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米・国立点火施設(NIF)の研究者らは、昨年の画期的な報告以来、核融合炉が昨年1年間、繰り返し「点火」(正味ゼロまたは正味のエネルギー獲得)を達成することに成功したと報告した。約1年前の2022年12月に初めて達成されたNIFは、2023年にも何度もこの成果を繰り返している。カリフォルニア州のローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)に位置するNIFは、人類にとって素晴らしい成果を上げており、今後クリーンで無尽蔵に近いエネルギーを獲得する未来に繋がる物だ。

核融合の大きなマイルストーン

LLNLで慣性閉じ込め核融合科学プログラムを率いる物理学者、Richard Town氏は『Nature』誌にこう語った。「かなり良い気分です。私たちは皆、この成果を誇りに思うべきだと思います」。

NIFは発電所として建設されたのではなく、熱核爆発の際に起こる反応を再現し、研究するための研究施設として建設された。これは、1992年に米国が地下核実験を禁止した後に必要となったものである。この施設によって核融合収率の向上が可能となり、核兵器研究の進展に活用されるとともに、クリーン・エネルギー源としての核融合への関心も高まった。

NIFは、発電という伝統的な意味での核融合炉ではない。むしろ、実験・研究目的で管理された実験室内で核融合を実現するために設計された研究施設である。しかし、この技術の重要な「実証の場」でもある。

ウィリアム・アンド・メアリー大学の物理学者Saskia Mordijck氏によれば、NIFの建設は多くの人にとって危険な事業であったが、その成功は核融合のコミュニティと世間一般の認識の両方に大きな影響を与えたという。Mordijck氏によれば、NIFの成功は多くの人にとって “信仰の飛躍”であった。「その意味で重要なのは、科学者が何かできると言い、そして実際に何かをしたということです」と彼女は言う。

NIFプロジェクトは、192本のレーザービームを使って、重水素とトリチウムという2つの水素同位体の凍ったペレットを発射する。このペレットは、金でできた円筒の中に吊るされたダイヤモンドのカプセルの中に入っている。レーザー光線がペレットに当たると爆縮が起こり、同位体が融合してヘリウムが生成され、大量のエネルギーが発生する。2022年12月5日、核融合反応は初めてターゲットに照射されたレーザー光線よりも約54%多いエネルギーを生成した。感動的だが、これは始まりに過ぎない。

capsule hohlraum
(Credit: LLNL)

2023年7月30日、施設は2.05メガジュールのエネルギーをターゲットに供給し、これまでの記録を更新した。今回の爆縮では3.88メガジュールの核融合エネルギーが発生し、これは投入エネルギーの89%増となった。研究所の科学者たちは、2023年10月にさらに2回の試行で点火を達成した。さらに、研究所の計算によると、2023年6月と9月に行われた他の2回の試みは、レーザーが提供したエネルギーよりもわずかに多くのエネルギーを発生させたが、点火を確認するほどではなかった。

多くの科学者にとって、最近の結果は研究室が新たな段階に入ったことを示している。10年以上追求してきた目標をついに達成することができたのだ。ダイヤモンドカプセルのわずかな欠陥やレーザーパルスの微小なばらつきのために、爆縮はまだ不完全ではあるが、研究者たちは現在、関係する主要な変数とその制御方法をより熟知している。

まだまだ長い道のり

核融合エネルギーを送電網に供給することは、高度な技術を必要とする複雑で困難な課題である。NIFには世界最大のレーザーがあるが、効率が悪いため、この作業には適していない。回の点火に使われるエネルギーの99%以上は、ターゲットに到達する前に失われてしまうため、レーザーシステムは非常に非効率的なのだ。

エネルギー省の新しい慣性核融合エネルギー研究プログラムは、このようなエネルギー漏れを部分的に塞ぐ、より効率的なレーザーシステムを開発することを目標としている。


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