制御された核融合エネルギー: 人類はエネルギーの自由を達成するまでどのくらい遠いのでしょうか?

中国核工業集団は8月25日午後、新世代人工太陽「中国トロイダル3号」が科学研究で大きな進歩を遂げ、初めてプラズマ電流100万アンペアでの高閉じ込めモード運転を達成し、わが国の磁場閉じ込め核融合装置の運転記録を再び更新し、プラズマ大電流高閉じ込めモード運転制御、大電力加熱システム注入結合、先進的なダイバータ位置制御などの主要な技術的難題を突破したと公式発表した。これは、我が国の磁気閉じ込め核融合研究が高性能核融合プラズマ運転に向けて重要な一歩を踏み出したことを示しています。

磁気閉じ込め核融合の定常運転は定常エネルギー出力を達成できる

すべてのものは太陽の助けによって成長します。太陽が輝き、熱を発するのは、太陽内部で核融合反応が起こっているからです。核融合を実現するための原材料は地球上に極めて豊富に存在します。電気を生み出す「太陽」を作ることができれば、人類はエネルギーの自由を達成できるという希望を持つことになるだろう。人工太陽は太陽と同様の動作メカニズムを持ち、核融合反応を利用して膨大な量のエネルギーを生成することができます。

制御核融合は、豊富な資源、環境への優しさ、固有の安全性など、優れた利点を備えています。これは、人類のエネルギー問題を最終的に解決するために現在認識されている重要な方法の 1 つです。

「中国循環3号」は中国核工業集団の西南核物理研究所が独自に設計・建造した。中国核工業集団西南核物理研究所の准研究員である肖国梁氏は、閉じ込め方式に基づく制御核融合には、太陽に代表される重力閉じ込め核融合、レーザー核融合に代表される慣性閉じ込め核融合、トカマク装置に代表される磁気閉じ込め核融合の3つの主なタイプがあると紹介した。

磁気閉じ込め核融合は、磁場を利用してプラズマを宇宙空間の核融合燃料内に閉じ込める技術です。トカマク装置は制御された核融合研究のための主流の装置です。強力な磁場を利用して真空容器内のプラズマを数億度に長時間制御し、核融合反応を安定的かつ継続的に進行させます。

「磁気閉じ込め核融合における高閉じ込めモード（Hモード）は、代表的な先進運転モードであり、建設中の国際熱核融合実験炉（ITER）の標準運転モードとして選択されています。」肖国梁氏は、この方法は将来的に定常運転を通じて安定したエネルギー出力を達成することができ、核融合エネルギーの利用を最初に実現する最も有望な方法でもあると述べた。

人工太陽が超大電流と高閉じ込め動作を実現

核融合装置や核融合研究のレベルを測定するためのパラメータは、燃料イオン温度、プラズマ密度、エネルギー閉じ込め時間の 3 つです。これら 3 つのパラメータの積が特定の値を超えた場合にのみ、真の核融合が達成されます。将来の核融合炉装置は、より高い核融合パラメータと出力エネルギーを実現するために、一般的に 100 万アンペア以上で安定して動作します。

核融合エネルギーの利用を実現するためには、プラズマの総合的なパラメータを核融合点火条件に合わせて改善すること、すなわち実験的な出力エネルギーが入力エネルギーを上回ることを実現する必要があります。肖国良氏は、通常の動作モードと比較して、磁気閉じ込め核融合における高閉じ込めモード（Hモード）はプラズマの総合パラメータを数倍に増加させ、プラズマの全体的な閉じ込め性能を効果的に向上させることができると紹介した。

「100 万アンペアのプラズマ電流の高閉じ込め動作は、高閉じ込めモードが磁場内での反応のために 100 万アンペアの電流のプラズマをよりよく捕捉し、それによってより高い核融合プラズマパラメータを得ることができると理解できます。」肖国良氏は、これはプラズマ配置制御能力、高出力加熱能力、装置壁処理技術、装置給電技術、不安定性制御技術、高度な診断測定技術など、さまざまな技術的ブレークスルーを含む核融合装置の総合的な能力の現れであると紹介した。

核融合エネルギーは今世紀半ばに商業的に利用可能になると予想されています。肖国良氏は、「中国トロイダル3」チームが高出力加熱・電流駆動、先進的なプラズマ運転制御などのコア技術をさらに開発し、コアレベルのプラズマ運転を実現し、核融合エネルギーの発展を加速すると紹介した。