核融合発電への道、巨大レーザーと強力な磁石の対決

星を照らすのと同じエネルギーを人間が利用できる日は、あなたが思っているよりも早く来るかもしれません。そこに到達すれば、温室効果ガスを排出することなく、豊富な電力が放出されるでしょう。

Will Wade、Jonathan Tirone、David R Baker著 グラフィックス by Dave Merrill

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人類は、星を照らすのと同じ動力源を利用して、ほぼ無限のカーボンフリーのエネルギーを得るという驚異的なことの瀬戸際にいます。 科学者たちは最近、夢であるエネルギー生成のための核融合が可能であることを証明しました。 さて、研究室での実験から商用プラントの建設に至るまでは、巨大なレーザーを強力な磁石と対決させる競争となるでしょう。

数十年にわたる実験の後、核融合プラントの 2 つの競合する設計が誕生しました。 1 秒間に何度も原子を衝突させる一連の反応を引き起こすには、高強度レーザーが必要です。 もう1つは、超強力な磁石を使用して、太陽よりも熱く燃えるプラズマの雲を閉じ込めるというものだ。 最近の画期的な進歩にはレーザーが使用されましたが、多くの専門家は商業的見通しに懐疑的です。 彼らは、磁石を使うのが一番確実だと言います。

12月、ローレンス・リバモア国立研究所で、2つの形態の水素が入った小さな燃料カプセルがレーザーで爆破された。

結果として生じる核融合反応は、レーザーによってターゲットに入力されたエネルギーよりも多くのエネルギーを生成しました。

賭け金はこれ以上ありません。 研究者たちが核融合を大規模に実現できれば、温室効果ガスを排出せず、核メルトダウンの危険もなく、安価で豊富な電力を昼夜を問わず供給する発電所への扉が開かれることになる。 星の極限状態を発電所で再現するというアイデアは、SF の世界のような話のように聞こえるかもしれませんが、最も楽観的な専門家らは、その限界点まであと 10 年ほどしか残っていないと言っています。 他の科学者は、今から 20 年か 30 年後だと予想しています。

コモンウェルス・フュージョン・システムズの最高経営責任者ボブ・マムガード氏は、「核融合は常にエネルギー技術の頂点に立つ捕食者だ」と述べた。 「これは大きな見返りを伴う非常に難しい問題だ。」

このレースにはすでに世界の富裕層からの賭けが集まっている。 ジェフ・ベゾス、ビル・ゲイツ、ピーター・ティールは、スタートアップに投資している億万長者のほんの3人です。 投資家と政府は、マサチューセッツ工科大学からスピンアウトして20億ドルを獲得した新興企業コモンウェルス・フュージョンを筆頭に、融合を追求する企業に48億ドル以上を注ぎ込んでいる。 TAE Technologies は 11 億ドル以上を受け取りました。 Fusion Industry Association は 33 社のスタートアップを追跡しています。 15 社は磁気アプローチに焦点を当てており、8 社はレーザー設計に取り組んでいます。 残りは他のさまざまなテクノロジーを追求しています。

道のりは長く、複雑になるだろう。 レーザーと磁石のアプローチはどちらも、大きな技術的課題、科学的な難題、コストのハードルに直面しています。 しかし、それが正しく実現すれば、世界にとって大きな進歩を意味するでしょう。 人類の長期的な気候変動の課題ははるかに管理しやすくなり、その成果によってエネルギーと科学の新時代が始まる可能性がある。

フュージョンの仕組み今日の原子力発電所は原子を分裂させる核分裂を利用していますが、核融合は原子が結合するときに生成されるエネルギーを捕らえます。 核融合は現代の核兵器に破壊力を与えるためにすでに使用されているが、目標はそれを民間のエネルギー需要に合わせて制御することである。

それは簡単な仕事ではありません。 これには、プロセスで消費されるよりも多くの電力を生成しながら、極度の高温で操作し、反応を抑制し、エネルギーを捕捉し、これらすべてを実行することが含まれます。

画期的な進歩 12月5日の真夜中を過ぎて間もなく、カリフォルニアにあるローレンス・リバモア国立研究所の科学者らは、水素同位体が充填された胡椒の実ほどの大きさのダイヤモンドペレットに世界で最も強力なレーザーの焦点を合わせた。 注意深く変調された 3 つのパルスで 192 個のビームを発射しました。

ビームは 2.05 メガジュールのエネルギーを照射し、水素をヘリウムに融合させる反応を引き起こし、その過程で 3.15 メガジュールを放出しました。この差は 1 メガジュールよりわずかに多いか、手榴弾によって放出されるエネルギーとほぼ同等です。 それは科学者たちが何十年にもわたって追求してきた成果でした。 正味エネルギー獲得として知られるこのマイルストーンは、人間が星の力を解き放つことができることを証明しました。 しかし、商用プラントを作るには毎秒その1,000倍のエネルギーを生成する必要があるとプリンストンプラズマ物理研究所所長スティーブン・カウリー氏は言う。