ヨーロッパの核融合研究を担当する機関は、2050 年までに実用的な量のエネルギーを生成する最初のプロジェクトとなるフランスで建設中の巨大な国際原子炉 ITER から、2050 年までに産業用プロトタイプの核融合発電所に移行するためのロードマップを公開しました。 ITER の運用の成功は、まだ 6 年以上先のことですが、核融合エネルギーの大きなブレークスルーと見なされるでしょうが、欧州核融合開発協定 (EFDA) からの新しいロードマップには、核融合科学者とエンジニアは、今後数十年にわたって依然として直面しています。
核融合炉は、太陽と星の動力源を使用して、水素の同位体を融合させてエネルギーを生成します。これを行うには、強力な磁石、電波、粒子ビームを使用して、核融合燃料のプラズマを圧縮し、少なくとも 1 億 5000 万℃という驚異的な温度まで加熱する必要があります。核融合が発生する温度までプラズマを到達させるには非常に多くのエネルギーが必要なため、正味のエネルギー利得を生成した原子炉はまだありません。
ITER はその障壁を打ち破り、50 MW の入力から 500 メガワットを数分間発電することが期待されています。しかし、それは科学的な実証にすぎません。 ITER は発電しません。その仕事は、その後継者である原型発電所 DEMO に任せる。核融合研究者は DEMO の設計について考え始めたばかりですが、中国、欧州連合、インド、日本、ロシア、韓国、米国が加盟する ITER のようなグローバルな共同研究にはならない可能性が高まっているようです。州。
韓国は最近、K-DEMO と呼ばれる次の段階の原子炉の予備設計作業を開始していると発表しました。中国はすでに、中国核融合工学試験炉と呼ばれる ITER と DEMO の間の中間段階の設計に取り組んでいます。そして今、EFDA は独自の DEMO への道筋を示しました。機関は国際協力を排除しませんが、あらゆる研究がEUの範囲内に収まるようにロードマップを設計しました. 2014 年から 2020 年までの核融合予算。予算は今年後半に合意されます。
EFDA ロードマップは、ITER が核融合発電に向けて前進するための鍵であることを認めており、既存の小規模原子炉でのさまざまな運用シナリオの研究を含め、その成功を確実にするためにあらゆる努力を払う必要があります。ロードマップによると、未解決の最大の問題は、将来の機械からの排熱をどのように取り除くかということです。トカマクとして知られる ITER やその他の同様の最新の原子炉は、下部にダイバータとして知られる構造があり、とりわけ、プラズマ容器から使用済み燃料を除去します。プラズマが意図的に固体表面に接触する容器内の唯一の場所として、大量の熱も吸収する必要があります。 ITER のダイバータはステンレス鋼でできており、タングステンでコーティングされています。これは、低出力で、一度にせいぜい数分間動作する研究用原子炉で動作するはずですが、DEMO は数ギガワットの電力を継続的に生成し、その熱負荷は標準的なダイバータには大きすぎる可能性があります。
ロードマップによると、研究者はバックアップとして他の設計に取り組む必要があります。これらには、接触面積を広げて熱負荷を減らしたり、ダイバータと接触する前にプラズマがより多くの熱を放射できるようにする代替形状が含まれる可能性があります。代替案は、適合した既存のトカマクまたは専用の試験施設で試験する必要がある、と EFDA は述べています。
もう 1 つの大きな不明点は、DEMO のプラズマ容器およびその他のプラズマに面するコンポーネントの構造とライニングに使用する材料です。核融合は高エネルギーの中性子を生成し、DEMO からの砲撃は強烈になります。中性子は固体中の原子をノックアウトし、原子を弱め、放射性にします。何十年にもわたる持続的な中性子衝撃に耐えることができる材料を見つけるために研究が必要ですが、それらをテストするのに十分な強度の中性子源は既存のものではありません.加速器ベースの中性子源の設計は、ITER プロジェクトの補助として開発されていますが、EFDA はもっと早く何かが必要であると考えています。
EFDA はまた、原子炉からの中性子がリチウムを核融合燃料の 1 つであるトリチウムに変換する、いわゆる「トリチウム ブランケット」、プラズマ容器の壁のセクションでさらに作業を行うことを望んでいます。 ITER でのテストが成功しなかった場合に備えて、代替のブランケット設計を開発する必要があります。ロードマップはまた、DEMO が完成したら核融合開発を引き継ぐ必要があるため、DEMO の準備に産業界がより深く関与すること、およびプラズマ理論とモデリングが強化されることを求めています。
究極のバックアップ計画として、ロードマップでは、1960 年代後半にトカマクが登場したときに人気を失った代替核融合炉スキームであるステラレータの研究を継続することを提唱しています。来年完成予定のドイツのヴェンデルシュタイン 7-X ステラレータは、HELIAS と呼ばれる後のエネルギー生産バージョンのモデルを提供する可能性があります。
