新しいタイプの超電導磁石のおかげで、核融合エネルギーのとらえどころのない目標が現実にかなり近づくかもしれません。または、今日のオンライン記者会見で長さ 2 メートル、幅 1 メートルの D 字型の電磁石を発表し、地球の自然界の約 500,000 倍の磁場を生成したと述べた Commonwealth Fusion Systems (CFS) の研究者はそう主張しています。磁場は、類似の超伝導磁石の 2 倍の強さです。
2018 年にマサチューセッツ工科大学 (MIT) からスピンアウトした CFS は、従来の超伝導磁石の 2 倍の磁場を生成できる特殊な高温超伝導材料で作られた磁石の開発にその存在を賭けてきました。したがって、9 月 5 日に達成された磁石のテストの成功は、会社の勝利を示しています。 「そのような磁石が存在するかどうかさえわからなかった 3 年前から、今日それを手に入れるまでになりました」と、プラズマ物理学者で CFS の共同創設者兼 CEO であるボブ・ムムガードは言います。
核融合炉 (トカマク) は、水素の重同位体である重水素と三重水素の原子核が融合してヘリウムと高エネルギー中性子を生成するときに放出されるエネルギーを捕捉することを目的としています。これを行うために、トカマクは強力な磁場に依存して、ドーナツ型の真空チャンバー内に超高温の電離ガスまたはプラズマを閉じ込めて絞ります。しかし、研究者は、消費するよりも多くのエネルギーを生成するトカマクをまだ構築しておらず、そのような原子炉がその損益分岐点に到達するには大型である必要があると長い間信じてきました.たとえば、フランスで建設中で損益分岐点を超えることを目指している国際 ITER トカマクには、高さ 11 メートル、幅 19 メートルの真空チャンバーがあります。
しかし、CFS の研究者は、高磁場磁石を使用すると、トカマクを大幅に小型化できるため、安価で簡単に構築できると述べています。 CFS の研究者は、ニオブ スズなどの通常の超伝導金属ではなく、希土類バリウム銅酸化物と呼ばれる高温超伝導体で構成されたコイルを巻いて、必要な磁石を作ることに着手しました。絶対零度近くまで冷却すると、電流と磁場が大きくなりすぎない限り、超伝導体は抵抗なしで電流を流します。高温超伝導体は、77 ケルビンを超える液体窒素の温度を超える比較的穏やかな温度で超伝導するため、そのように名付けられましたが、従来の超伝導体よりも高い磁場に耐えることができます。
磁石を研究した MIT のプラズマ物理学者でエンジニアの Brian LaBombard 氏によると、主な課題は、磁場自体が通電中のコイルを押し戻すときに発生する巨大な機械的応力に耐えられる磁石を作ることでした。 「気球に圧力をかけるようなものだと考えることができます」と彼は言います。通常の超伝導体は、コイルに巻くことができる頑丈なワイヤに加工できますが、高温超伝導体は比較的壊れやすいテープで提供されます。そのため、磁石を開発するために、CFS の研究者は、テープの薄い層がより強力な金属層の間に挟まれる設計を思いつきました。 「基本的に、できる限り多くの金属を用意する必要があります」と LaBombard 氏は言います。 「そして、ここにあるデザインはそれを限界まで押し上げています。」
最近のテストでは、新しい磁石は 20 テスラの磁場を約 5 時間生成しましたが、CFS の研究者は磁場を無期限に維持できた可能性があると述べています。磁石を手にした同社は、次の目標に向けて発射する準備が整ったと述べています。それは、ITER と同様に、トカマクが消費するよりも多くのエネルギーを生成できることを示すことを目的とした SPARC と呼ばれるプロトタイプ原子炉を開発することです。 SPARC では、研究者は 20 テスラのプロトタイプのような 18 個のコイルを使用して、トロイダル真空チャンバーを囲みます。 CFS の製造エンジニアである Joy Dunn 氏は次のように述べています。
ただし、磁石だけではトカマクは作れません。 2040 年までに核融合発電所のプロトタイプを現実のものにするためには、この分野では他にも多くの技術的課題を克服しなければならないことが昨年、米国科学アカデミー、工学医学アカデミーからの報告で明らかになりました。これらのニーズの中には、プラズマからの熱と中性子衝撃に直面できる材料と、真空チャンバーから高温のヘリウム排気を排出するためのより良いスキームがあります。 Mumgaard 氏は、これらの問題を解決しなければならないことに同意します。しかし彼は、高磁場のコンパクトなトカマクでは、それらすべてに対処するのが非常に簡単になると主張しています.
より一般的に言えば、新しい磁石は、設計の特殊性に関係なく、すべての核融合開発者が将来の原子炉をどのように思い描くかについて大転換を示す可能性があると、マサチューセッツ工科大学のプラズマ物理学者兼エンジニアであるデニス・ホワイトは述べています。それはすべてのボートを持ち上げます。」
