核融合炉のしくみ

Aug 11 2005
核融合炉は豊富な燃料源を使用し、通常のバックグラウンドレベルを超えて放射線を漏らさず、現在の核分裂炉よりも放射性廃棄物の発生が少ない。この有望な電源について学びましょう。
2020年7月28日にフランスのサンポールレデュランスにある国際熱核融合実験炉(ITER)の核融合機「トカマク」に挿入された真空チャンバーセクターを組み立てるために使用された組み立て前ガントリー。CLEMENTMAHOUDEAU/ Getty画像

1925年に、英国の天体物理学者アーサー・エディントンは、太陽などの星は、水素原子核が結合してヘリウムを形成する核融合反応によって動かされると理論付けた論文を発表しました。 1950年代までに、科学者たちは、そのプロセスを人類が大量のエネルギーを生成するためにどのように使用できるかを考え始めていました[出典:Arnoux ]。

それ以来、フュージョンの可能性は先見の明を魅了し続けています。核融合反応に必要な1グラムの水素同位体は、11トン(約10メートルトン)の石炭と同じくらいのエネルギーを生成する可能性があります[出典:Clynes ]。また、ウラン原子が分裂する核分裂反応を利用する従来の原子炉とは異なり、核融合炉を備えた発電所では放射性廃棄物が多く発生しません。 (その副産物は不活性ガスであるヘリウムです。)また、核融合エネルギーの生成は連鎖反応に基づいていないため、制御不能にならず、メルトダウンする可能性がないため、はるかに安全です[出典:IAEA ]。

それでも、核融合エネルギーは、プロセスが生成するよりも多くのエネルギーを消費せずに、地球上の星に電力を供給する炉を人工的に複製することが複雑で困難であることが主な理由で、長い間、将来のとらえどころのないビジョンであり続けています。通常は水素原子をはじく力に打ち勝ち、代わりにそれらの原子核を結合させるには、極端な温度と圧力が必要です[出典:Valich ]。

とは言うものの、科学者たちは近年、核融合を最終的に実現することに向けて大きな進歩を遂げてきました。 「核融合の背後にある重要な物理学の質問のほとんどは答えられました」とトーマス・オーバートンはエネルギー部門の出版物であるパワーの2020年の記事に書いています。 2010年に、米国、中国、欧州連合、インド、ロシア、日本、韓国を含む国々のコンソーシアムがITERの建設を開始しました。これは、2025年に「最初のプラズマ」試験を開始するのに十分な完成が予定されている施設です。うまくいけば、ITERは2030年代半ばまでに必要なエネルギーの10倍のエネルギーを生成する能力を実証している可能性があります。 ITERは発電しませんが、将来の核融合プラントへの道を開く可能性があります[出典:ITER ]。

この記事では、核融合について学び、ITER原子炉がどのように機能するかを見ていきます。