私たちがまだ核融合を発電に利用していない主な理由は、核融合反応を維持することが信じられないほど難しいからです。エネルギー要件は非常に高く、そのような高温に耐えられる材料を見つけるのは困難です。さらに、核融合反応を続けるには大量の余分なエネルギーが必要であり、プラズマを安定かつ安全に自己完結させる方法をまだ見つけていません。
世界中の原子力発電所は、原子がより小さな原子に分割されるプロセスである核分裂の原理に基づいて動作し、エネルギーの放出を伴います。このプロセスは、他のものに電力を供給するために使用されます。ご存知かもしれませんが、核融合は核分裂の反対です。また、核分裂と同じように、膨大な量の電力を生成することもできます。
核融合と核分裂の両方がエネルギーを生成します。
驚くかもしれませんが、発電に関しては核分裂よりも核融合の方が実際に優れています。
電力を生成するために核融合が核分裂よりも優れているのはなぜですか?
核融合は多くの点で核分裂よりもはるかに優れています。まず、核融合は核分裂よりも燃料が少なくて済みます。さらに、自然界に豊富に存在する重水素（水素の同位体）を燃料として核融合を行います。対照的に、核分裂に必要な燃料 (ウラン、プルトニウム、またはトリウム) は入手が非常に難しく、非常に高価です!
さらに、核分裂とは異なり、核融合は放射性廃棄物を生成しません。副産物としてヘリウム原子を生成するだけで、実際にさまざまな方法で利益を得ることができます.
核融合は核分裂のように暴走連鎖反応を起こさないため、核融合の場合、メルトダウンのリスクは実質的にありません。
では、核融合が非常に優れており、多くの点で核分裂よりも優れているのであれば、なぜ核融合を使って電力を生成していないのでしょうか?
核融合による発電に関連する課題
過去に私たちの足を止めた要因は 1 つだけではなく、いくつかの要因があり、核融合を使用して確実に発電することを今でも不可能にしています。これらのいくつかを見てみましょう:
非常に高いエネルギー要件
核融合の力を活用できなかった最大の理由の 1 つは、そのエネルギー要件が信じられないほど、非常に高いことです。
核融合が起こるためには、摂氏1億度以上の温度が必要です。これは、太陽の核の温度の 6 倍強です。実験的な核融合炉が実際に存在し、機能していることに注意する必要があります。 – しかし、それらは生成するよりもはるかに多くの電力を消費します。これは基本的に、核融合を使用して電力を生成する目的を無効にします.
つまり、原子炉から得られるエネルギーよりも多くのエネルギーを供給してしまうと、原子炉を稼働させても意味がありませんよね?
材料要件
核融合反応を開始するためのエネルギー要件が信じられないほど高いだけでなく、反応に耐えられる材料を見つけることも非常に困難です。たとえば、このような高温に加熱されても動かない特殊な素材が必要です。また、セットアップ全体を冷却するために大量の液体ヘリウムが必要になります。
融合反応の維持と抑制
多くの過剰が必要になります 核融合反応が始まったらそれを継続させるためのエネルギー。そのため、最初の反応で十分な過剰エネルギーを生成して、他の原子の融合を助けることができるはずです.それに加えて、反応全体を収容するために、非常に複雑で複雑で密集したセットアップが必要です。今日、私たちはトカマクと呼ばれる機械で核融合反応を行っています .
トカマクは、核融合の力を利用するために設計された実験装置です。(写真提供:ITER.org)
トカマクはドーナツ型の真空チャンバーで構成されています。このチャンバーにガスが送り込まれ、中央に電気が流れ、ガスが帯電してプラズマを形成します。このプラズマは、非常に強い磁場によってチャンバー内に封じ込められています。
プラズマの形成は良いことですが、プラズマは非常に伝導性が高いです。本質的に、それはズームするにつれて独自の電磁電流と電磁場を形成し始め、チャンバー内にそれを封じ込めようとしている磁場を乱します。プラズマ電流が自己完結し、安定して安全になる信頼できる方法をまだ見つけていません。
また、核融合反応を持続させるためには、このような大量の熱に長時間耐えることができる材料を見つける必要があります.
冶金の問題
核融合反応は、原子炉の壁に衝突する高エネルギー中性子を生成します。プラズマに面するリアクターの層は、第一の壁と呼ばれます .この種の放射線は、鋼に通常使用されるほとんどの合金元素を放射性にします。
今のところ、核融合炉を構築するためにどのような材料を使用すればよいのか、その壁が極限状態に耐えられるかどうかは正確にはわかっていません.
予算と社会的不名誉
最後になりましたが、必須のお金の問題です。原子力に関連するものは、通常、大衆に売り込むのは難しいアイデアと考えられています。核融合に賭けることは、保証なしで数十億ドルの投資をするようなものです
それに加えて、多くの人に「原子力は悪い」と信じ込ませる原子力発電に対する社会的不名誉があります。まず、悪名高い「放射線の危険」があります。これは、チェルノブイリやフクシマなどの不幸な事故によってさらに悪化します。また、多くの人が「核」という言葉を大量破壊兵器 (原子爆弾、水爆など) と関連付けていることを覚えておくことも重要です。
実を言うと、核 (核分裂または核融合) は、今日私たちが利用できる最も「クリーン」で安全なエネルギー源の 1 つです。しかし、核融合を技術的にも経済的にも実行可能なプロセスにするまでには何年もかかります。核融合の力を利用して制御すれば、もう電力不足を心配する必要はありません…これまでに!
