科学者たちは、核融合への代替アプローチを開発する探求において、大きな進歩を報告しています。ニューメキシコ州アルバカーキにあるサンディア国立研究所の研究者たちは、数千万アンペアの電流を生成できる巨大な電気パルス発生器である研究所の Z マシンを使用して、核融合反応の副産物であるかなりの数の中性子を検出したと述べています。実験。これは、彼らのアプローチの実行可能性を示しており、核融合装置が取り込むよりも多くのエネルギーを生成するという最終目標に向けた進歩を示していると彼らは言います.
核融合は、現在の原子力発電所で起こっているように、重い原子核を分離することによってではなく、軽い原子核を融合させることによってエネルギーを放出する核反応です。このアプローチは、燃料 (水素) が豊富で安価であり、汚染や長寿命の核廃棄物を発生させないため、エネルギー源として魅力的です。問題は、原子核が正に帯電しているため、互いに反発し合うため、融合するのに十分なほど近づけることが難しいことです。十分な反応が起こるには、水素原子核が毎秒 1000 キロメートル (km/s) の速度で衝突する必要があり、それには水素原子核を摂氏 5000 万度以上に加熱する必要があります。このような温度では、ガスはプラズマ (原子核と電子が別々に動き回る) になり、それを封じ込めることが問題になります。なぜなら、ガスが容器の側面に触れると即座に溶けてしまうからです。
核融合科学者は、60 年以上にわたり、超高温のプラズマを封じ込め、融合するまで加熱する方法を見つけようと努力してきました。今日、ほとんどの取り組みは 2 つのアプローチのいずれかに集中しています。フランスの国際 ITER 核融合プロジェクトなどのトカマク炉は、核融合温度まで加熱している間、一度に数秒または数分間、拡散プラズマを安定に保持します。カリフォルニア州の国立点火施設などのレーザー核融合装置は、少量の凍結した水素を取り、数百億分の 1 秒続く強力なレーザー パルスでそれを粉砕して加熱および圧縮します。どちらの技術もまだ「損益分岐点」に達していません。これは、核融合反応によって生成されるエネルギー量が、プラズマを最初に加熱して封じ込めるのに必要な量を超えるポイントです。
サンディアの技術は、極端なレーザー核融合とトカマクの磁気閉じ込め核融合の中間に位置するいくつかの技術の 1 つです。レーザー核融合のように高速パルスで燃料を粉砕しますが、それほど高速ではなく、密度も高くありません。磁化ライナー慣性核融合 (MagLIF) として知られるこのアプローチでは、核融合燃料 (水素同位体重水素のガス) を、幅 5 mm、高さ 7.5 mm の小さな金属缶の中に入れます。次に、研究者は Z マシンを使用して、1900 万アンペアの巨大な電流パルスを、わずか 100 ナノ秒で缶の上から下に通過させます。これにより強力な磁場が発生し、70 km/s の速度で缶を内側に押しつぶします。
これが起こっている間、研究者は他に 2 つのことを行っています:短いレーザーパルスで燃料を予熱し、安定した磁場を適用します。プラズマを粉砕すると、拘束磁場も約 10 テスラから 10,000 テスラに増加します。この制約フィールドが重要です。それがなければ、それ自体の内向きの慣性以外に、過熱プラズマを所定の位置に保持するものは何もないからです。圧縮が止まると、反応する前に飛び散ってしまいます。
サンディアの研究者は今週 Physical Review Letters で報告しました 彼らはプラズマを摂氏約3500万度に加熱し、各ショットから約2兆の中性子を検出した. (2 つの重水素を融合させる 1 回の反応で、ヘリウム 3 と中性子が生成されます。) 結果は、チームが 1 年前に達成した数の 100 倍のかなりの数の反応が起こっていることを示していますが、グループは 10,000 回生成する必要があります。損益分岐点を達成するためにできるだけ多く。 「これは良い進歩ですが、ほんの始まりにすぎません」と、サンディアの上級科学者であるマイク・キャンベルは言います。 「ガスにより多くのエネルギーを取り込み、初期磁場を増加させ、それが正しい方向にスケーリングするかどうかを確認する必要があります。」
この結果の重要な側面の 1 つは、重水素と別の水素同位体であるトリチウムの核融合による中性子も検出されたことです。主な反応である重水素と重水素、または D-D では、ヘリウム 3 またはトリチウムが生成されます。これらの反応生成物は通常、再反応することなくプラズマから飛び出すのに十分な速さで移動します。しかし、強力な拘束磁場により、トリチウムは、重水素と衝突して再び融合する可能性がはるかに高い狭いらせん経路をたどります。研究者は、重水素-トリチウム (D-T) 核融合から 100 億個の中性子を検出しました。 「私にとって最も興味深いデータは、二次 D-T 中性子でした。これは、元の [10 テスラ] フィールドがプラズマで凍結され、停滞時に [約 9000 テスラ] の値に達したことを非常に強く示唆しています」とキャンベルは言います。
「これは素晴らしいニュースです」とニューメキシコ州ロスアラモス国立研究所の磁化プラズマチームのリーダーであるグレン・ワーデンは言います。彼は、「二次 D-T 中性子が観測されたという事実…これは、少なくとも一部の D-D 生成 [トリチウム原子核] が減速し、反応していることを意味する」ことに感銘を受けました。シミュレーションによると、Z マシンの最大電流は 2,700 万アンペアで、損益分岐点に達するのに十分なはずです。しかし、研究者たちはすでに目標をはるかに高く設定しています。彼らによると、期待される 6000 万アンペアへのアップグレードは、電力出力を入力の 1000 倍の「高ゲイン」領域に押し上げ、商用化への大きな一歩となります。
