太陽のエネルギー源である核融合からの豊富で安全なカーボンフリーの電力の夢を追い求めているスタートアップ企業は、コンパクトな原子炉を建設するための場所、スケジュール、主要な技術を決定しました。 Bill Gates の Breakthrough Energy を含む投資家から 2 億ドル以上を集めて、3 歳の Commonwealth Fusion Systems は本日、マサチューセッツ州 Devens の新しい施設で、今年後半に SPARC と呼ばれる最初の試験炉の建設を開始すると発表しました。 、ケンブリッジの現在の拠点からそう遠くない.同社によると、反応を実行するのに必要な以上のエネルギーを生成する世界初の原子炉は、早ければ 2025 年に始動する可能性があります。
Commonwealth とライバルの英国企業も、フランスで建設中の公的資金による巨大な ITER 原子炉や、エネルギー省が検討している米国のパイロット プラントよりもはるかに先を行くことができると考える技術を選択しました。高温超伝導体から作られた磁石。 Commonwealth は、最初のほぼ実物大の磁石を組み立てており、6 月にテストしたいと考えています。 「これは大したことです」と CEO の Bob Mumgaard は言います。 「それは他の誰もが熱望するものを超えています。」
核融合炉は、水素同位体の電離ガスを摂氏 1 億度以上で燃焼させます。非常に高温であるため、原子炉の壁が溶けないように、プラズマを磁場のメッシュで封じ込める必要があります。 ITER では、電磁コイルを介して抵抗なしで巨大な電流を運ぶことができるニオブ合金超電導線を使用して、十分に強力な磁場が達成されます。しかし、このような低温超伝導体は、絶対零度より 4 度高い温度まで冷却する必要があり、これにはかさばる高価な液体ヘリウム冷却が必要です。また、ニオブ線が運べる電流の量には限界があるため、ITER では、必要な磁場を生成するために多くの巻き線を持つ巨大な磁石を採用する必要があります。 ITER の最大の磁石は直径 24 メートルで、原子炉の 200 億ドルの値札に貢献しています。
新しい高温超伝導体は、77 ケルビンを超える比較的穏やかな液体窒素温度で超伝導できるため、こう呼ばれていますが、ITER が設計されたときは存在しませんでした。しかし、それらははるかに高い電流を運ぶことができ、より小型で安価な原子炉の可能性に核融合設計者を悩ませています。しかし、それらはもろくて壊れやすい素材なので、「多くの人があきらめていました」と、同じくこの技術に賭けている英国の新興企業、トカマク・エナジーのロッド・ベイトマンは言う。 「信頼性が低すぎました。」
過去 10 年間、研究者は金属テープ上に超伝導希土類バリウム銅酸化物 (ReBCO) の薄層を堆積させる方法を開発してきました。テープは、長い間確実に製造でき、約 10 K で最高の性能を発揮します。しかし、低温工学に関しては、「10 K は 4 K よりもはるかに簡単です」と、サンディエゴにある General Atomics のマグネット エンジニア、John Smith 氏は述べています。 .
ReBCO テープは曲げることができますが、平らであるため、コイル状に巻くのは難しいと Mumgaard 氏は言います。 「それをワイヤーのように扱い、ワイヤーがすることをするように頼むのをやめなければなりません。」 Commonwealth は、キャンディー ケーン ストライプのようにねじれたテープの層を積み重ねたケーブルを開発しました。同社は、このケーブルが、直径わずか数メートルのマグネット コイルに 20 テスラの磁場 (ITER の 1.5 倍) を生成するのに十分な電流を流すことができると考えています。トカマク エネルギーは、よりシンプルでコンパクトなアプローチを採用しています。テープを平らにしてコイルを巻き、スコッチ テープのロールのように層を重ねます。 「巻き上げがとても簡単になります」とベイトマンは言います。
両社にとってのもう 1 つの課題は供給です。合わせて、ReBCO テープの製造業者は年間数百キロしか製造していませんでした。コモンウェルスは、最初のテスト用磁石を製造するだけで 500 キロが必要です。 「メーカーは今、狂ったように規模を拡大しています」と Bateman 氏は言います。 「核融合は、高温超伝導体が待ち望んでいた市場です。」
今後数か月は、両社にとって重要です。何年にもわたるモデリングと実験に続いて、彼らは両方とも、コンパクトなデバイスに必要な 20 テスラの磁場を実証するためのテスト磁石を構築しています。 Commonwealth は、高さ 2.5 メートルの D 字型の磁石を 1 つ巻く過程にあり、これは SPARC で計画されているものよりわずかに小さい。それでも、Mumgaard 氏は、6 月に完成すれば、これまでに製造された最大の高温超伝導磁石になると述べています。
Tokamak Energy は、直径約 1 メートルの試験炉に合わせたサイズの 16 個のコイル一式の試験で、同様の磁場強度を期待しています。ベイトマン氏によると、同社は今後数週間で磁石の巻き取りを開始し、年末までにテストしたいと考えています。成功すれば、同社は 2027 年に予定されているデモ炉 ST-F1 の建設に着手します。
核融合科学者は、紙のデザインが行き来するのを見るのに慣れています。しかし、もし高温超電導磁石が実際に 20 テスラを達成できれば、「それは技術に関する驚異的な声明になるだろう」とスミスは言う。
