10 年以上前、世界で最もエネルギーの高いレーザーが、水素同位体の小さなカプセルに爆発を放ち始めました。管理者は、無限の核融合エネルギーへの経路をすぐに実証すると約束しました。現在、国立点火施設 (NIF) はその目標に向けて大きな飛躍を遂げています。先週、単一のレーザー ショットがコショウの実サイズの燃料カプセルから核融合爆発を引き起こし、施設がこれまでに達成したエネルギーの 8 倍のエネルギーを生成しました。1.35 メガジュール (MJ) - 時速 160 キロメートルで走行する自動車の運動エネルギーとほぼ同じです。 .それはまた、それを引き起こしたレーザー パルスのエネルギーの 70% であり、「点火」に非常に近いものでした。つまり、過剰なエネルギーを生成する核融合ショットです。
NIF を運営するローレンス リバモア国立研究所で核融合プログラムの責任者を務める Mark Herrmann 氏は、次のように述べています。
NIFの最新のショットは、「少量の質量を内破させる少量のエネルギーが融合できることを証明しています。この分野にとって素晴らしい結果です」と、ロチェスター大学のレーザーエネルギー学研究所 (LLE) の所長である物理学者 Michael Campbell 氏は述べています。
インペリアル カレッジ ロンドンの慣性核融合研究センターの共同所長であるプラズマ物理学者のスティーブン ローズは、次のように付け加えています。 「とても気持ちが楽になりました。 …突破口のように感じます。」
何年にもわたるゆっくりとした進歩により、レーザー駆動核融合に実用的な未来があるかどうかについて疑問が生じているため、時期尚早ではありません。現在、LLE のチーフ サイエンティストである Riccardo Betti 氏によると、研究者は次の質問をする必要があります。それが本当の問題です。」
星に動力を与える核融合は、小さな原子核を融合させて大きな原子核にし、大量のエネルギーを放出します。核融合には熱と圧力が必要なため、地球上で達成するのは非常に困難ですが、核融合は、環境への影響がほとんどなく、大量のエネルギーを約束するため、科学的および商業的な関心を集め続けています。
しかし、研究されている多くのアプローチの中で、そもそも反応を引き起こすのに必要な以上のエネルギーを生成したものはまだありません.トカマクと呼ばれる大型のドーナツ型原子炉は、核融合温度まで加熱するのに十分な時間、磁場を使用して超高温プラズマを保持し、正味のエネルギー増加を達成する最有力候補でした。しかし、フランスの 250 億ドルの巨大な ITER プロジェクトは、民間の核融合企業がより迅速な進歩を約束しているにもかかわらず、あと 10 年以上はそこに到達しないと予想されています。
慣性閉じ込め核融合として知られる NIF のアプローチでは、米国のフットボール競技場数個分のサイズの施設に収容された巨大なレーザーを使用して、192 のビームを生成し、短い強力なパルス (約 20 ナノ秒で 1.9 MJ) でターゲットに焦点を合わせます。その目的は、ターゲット カプセルにできるだけ多くのエネルギーを取り込むことです。ターゲット カプセルは、鉛筆の消しゴムほどの大きさの金のシリンダー内に取り付けられた、水素同位体である重水素とトリチウムで満たされた小さな球体です。金が蒸発し、X 線のパルスを生成してカプセルを内破し、核融合燃料を熱く高密度の小さな球体に駆り立てて核融合に点火します。理論的には、このような小さな核融合爆風を毎秒約 10 回の割合で発生させることができれば、発電所は発電のために生成された高速中性子からエネルギーを得ることができます。
NIF が打ち上げられたとき、コンピュータ モデルはすぐに成功すると予測しましたが、初期の核融合ショットはそれぞれ約 1 キロジュール (kJ) しか発生しませんでした。爆縮の物理学をよりよく理解するための長い努力が続き、昨年までのショットは 100 kJ を生成していました。主な改善点には、燃料カプセル表面の微細な隆起やくぼみを滑らかにすること、燃料を注入するために使用されるカプセルの穴のサイズを小さくすること、金のシリンダーの穴を縮小してエネルギーの逃げを少なくすること、およびレーザー パルスを延長して燃料を駆動し続けることが含まれます。より長く燃料を内側に向けます。 NIF の資金提供者である国家核安全保障局は、核兵器の動作をシミュレートする他の実験にレーザーを使用することを支持して、点火に専念するショットを減らしていたため、進歩が切実に必要とされていました。
今年の初めに、これらの改善をさまざまな方法で組み合わせて、NIF チームは 170 kJ の 1 つを含む 100 kJ を超えるショットをいくつか作成しました。この結果は、NIF が最終的に「燃焼プラズマ」を生成していることを示唆しています。このプラズマでは、核融合反応自体がさらなる核融合のための熱を提供します。その後、8 月 8 日にショットが 1.35 MJ という驚異的なエネルギーを発生させました。 「誰もが驚きました」と Herrmann 氏は言います。 「これはまったく新しい体制です。」
正確にはどの改善が最大の影響を与え、どの組み合わせが将来の利益につながるかを解明するにはしばらく時間がかかると Herrmann 氏は言います。 「これは非常に非線形のプロセスです。それがイグニッションと呼ばれる理由です。それは暴走するものです」と彼は言います。しかし、「これは、私たちがさらに先に進むことができるという励ましを与えてくれます。」
しかし、Herrmann のチームが核融合発電所について考えるには程遠い。 「実験室で核融合を行うのは非常に難しく、経済的な核融合力を得ることはさらに困難です」とキャンベルは言います。 「だから、私たちは皆、我慢しなければなりません。」 NIF の主な任務は、米国の核兵器備蓄の安全性と信頼性を確保することです。核融合エネルギーは副業のようなものです。しかし、制御されていない核融合は核兵器に電力を供給するため、着火に到達し、プロセスを研究してシミュレートできるようになることで、「管理に関する新しい窓が開かれる」と Herrmann 氏は言います。
Herrmann 氏は、先週同僚から最新のショットから「興味深い」結果が得られたというテキストを受け取ったとき、機器に何か問題があるのではないかと心配したことを認めています。そうではないことが判明したとき、「私はシャンパンのボトルを開けました。」
