新しい種類の核融合技術を研究している科学者からの最近の報告は有望ですが、私たちはまだ「クリーンエネルギーの聖杯」から少し離れています。
ニューサウスウェールズ大学のハインリッヒホラと同僚によって開発されたこの技術は、強力なレーザーを使用して水素原子とホウ素原子を融合し、発電に使用できる高エネルギー粒子を放出します。
ただし、他のタイプの融合技術と同様に、課題は、確実に反応を開始し、それが生成するエネルギーを使用できるマシンを作成することにあります。
核融合エネルギーとは何ですか？
フュージョンは、太陽と星に力を与えるプロセスです。 これは、2つの原子の核が互いに非常に接近しているために結合して、その過程でエネルギーを放出する場合に発生します。
反応を実験室で再現できれば、実質的にゼロの炭素フットプリントで実質的に無制限のベースロード電力を提供できます。
実験室で開始できる最も単純な反応は、水素の2つの異なる同位体である重水素と三量体の融合です。 反応生成物はヘリウムイオンと動きの速い中性子です。 これまでのほとんどの合成研究は、この反応を追求してきました。
重水素-トリチウム融合は約1億℃で最もよく機能します。 プラズマ閉じ込めは、そのような温度での炎のような物質の状態に付けられた名前です。
融合力を使用するための主要なアプローチは、トロイダル磁気閉じ込めと呼ばれます。 超伝導コイルは、プラズマを封じ込めるために、地球の磁場よりも約100万倍強い磁場を作り出すために使用されます。
科学者たちは、米国(トカマックでの融合のための試験反応器)と英国(ユナイテッドヨーロピアントーラス)での実験で、すでに重水素-トリチウム融合を達成しています。 確かに、今年、英国の実験は重水素-三リチウム融合キャンペーンを実行します。
これらの実験は、大規模な外部加熱を使用して融合反応を開始し、反応自体が生成するよりも反応を維持するためにより多くのエネルギーを必要とします。
主要な合併研究の次の段階には、南フランスで建設されるITER(「パス」のラテン語)と呼ばれる実験が含まれます。 ITERでは、反応によって生成される限られたヘリウムイオンは、外部ソースと同じ量のエネルギーを生成します。 高速中性子はヘリウムイオンの4倍のエネルギーを運ぶため、出力は5倍に増加します。
水素とホウ素の使用の違いは何ですか？
Horaと彼の同僚によって報告されたこの技術は、レーザーを使用して非常に強力な閉じ込め磁場を生成し、2番目のレーザーを使用して水素燃料ペレットを加熱してフラッシュポイントに到達させることを含みます。
水素核(1つのプロトン)がホウ素-11核と融合すると、3つのヘリウムエネルギー核が形成されます。 重水素-トリチウム反応と比較して、封じ込めが難しい中性子がないという利点があります。
Horaの解決策は、レーザーを使用して小さな燃料ペレットを点火温度まで加熱し、別のレーザーを使用して金属コイルを加熱してプラズマを含む磁場を生成することです。
この技術は非常に短いレーザーパルスを使用し、持続時間はわずかナノ秒です。 必要な磁場は非常に強く、重水素とトリチウムの実験で使用される磁場の約1000倍です。
Horaらは、彼らのプロセスが燃料ペレットに「アバランシェ効果」を生み出すと主張しています。これは、予想よりもはるかに多くの融合が起こることを意味します。
レーザービームとターゲットを適合させることによる融合反応速度のわずかな増加を裏付ける実験的証拠がありますが、重水素-トリチウム反応と比較するために、雪崩効果は、1億℃で融合反応速度を100,000倍以上増加させる必要があります。
水素とホウ素を使った実験は確かに刺激的な物理的結果を生み出しましたが、熱核エネルギーを実現するための5年間の道についてのHoraと同僚の予測は時期尚早のようです。 他の科学者はすでにレーザー融合を開始しようとしています。 たとえば、彼らは小さなターゲットに焦点を合わせた192本のレーザービームを使用して水素-重水素融合からの点火を達成しようとしました。
これらの実験は、1回の実験に必要な条件の3分の1に達しました。 問題には、ターゲットの正確な位置決め、レーザービームの不規則性、爆発による不安定性などがあります。
熱核エネルギーの開発は、ITER実験に基づく主要な国際プログラムによって実施される可能性が最も高いでしょう。 オーストラリアは、理論とモデリング、材料科学と技術の分野でITERプロジェクトと国際協力しています。
オーストラリア国立大学数学科学研究所シニアリサーチフェロー、マシューホール。
この記事はTheConversationによって公開されました。
出典：写真：CCFE / JET
