私の国の「人工太陽」は世界最先端の兵器です

|人工太陽とは何ですか？

いわゆる「人工太陽」は、国際熱核融合実験炉（ITER）建設プロジェクトとしても知られる先進的な超伝導トカマク実験装置です。これは現在世界最大の熱核融合実験プロジェクトです。太陽の核融合を地球上でシミュレートし、熱核融合を利用して人類にクリーンなエネルギーを提供することを目指しています。核融合は重水素と三重水素を燃料として使用し、安全性、クリーン性、無制限の資源という3つの大きな利点があります。それは、最終的に全人類のエネルギー問題を解決する戦略的な新しいエネルギー源です。

人工太陽は、太陽の原理が核融合反応であるため、制御された核融合の一般的な名称です。 （核融合反応は主に水素同位体に依存しています。人々が熱核融合について理解するようになったのは、水素爆弾の爆発がきっかけでした。科学者たちは、「水素爆弾の爆発」のプロセスを効果的に制御して、継続的かつ安定したエネルギー出力を可能にする装置を発明したいと考えており、このタイプの装置は「人工太陽」に例えられています。正式名称は「完全超伝導トカマク実験装置」です。（トカマクは「磁気コイルトーラスチャンバー」のロシア語の略語で、サーキュレーターとも呼ばれています。これは、中空のドーナツのような閉じた磁場で構成された「容器」で、イオン化されたプラズマを閉じ込めるために使用できます。）

|人工太陽の起源

100年前、アインシュタインは原子核に蓄えられた膨大なエネルギーを予見しました。彼が提唱した質量エネルギー方程式 E=mc2 によれば、2 つの軽い原子核は特定の条件下ではより重い原子核に凝集できるが、反応後には一定の質量損失が生じ、膨大な量のエネルギーが放出される。 1939年、アメリカの物理学者ベーテは、重水素原子核と三重水素原子核が衝突してヘリウム原子核に結合し、中性子と17.6MeVのエネルギーが放出されたことを確認しました。この発見は太陽の「燃焼」の謎を解明するものである。 1952年に最初の水素爆弾が爆発し、人類が核融合反応を起こすことが現実のものとなりましたが、それは制御不能な瞬間的な爆発に過ぎませんでした。それ以来、科学者たちは、ある実験装置で水素爆弾の爆発を制御し、その核融合エネルギーを継続的に取り出す方法を模索してきました。

1970 年代には、閉じ込め磁場の研究において大きな進歩がありました。プラズマ粒子の横方向のドリフトの問題は、閉じ込め磁場の分布と形状を変更することによって解決されました。世界中でトカマクに関する研究が盛んに行われています。アメリカ、ヨーロッパ、日本、ソ連は4つの大型トカマクを建設し、後に磁気閉じ込め核融合研究に決定的な貢献を果たしました。

|人工太陽の重要性

太陽は地球上で最大のエネルギー源です。表面温度は約6,000度、中心温度は約1,500万度です。それはまるで燃え盛る火の玉のようで、毎秒100兆トンの石炭が完全燃焼するのと同等のエネルギーを放出しています。太陽は内部で継続的に核融合反応を起こしているため、このような膨大なエネルギーを生み出しています。この核融合反応を支える主原料である重水素は、地球上に極めて豊富に存在します。水素原子で実現できる最も簡単な核融合反応は、その同位体である重水素と三重水素の核融合です。この劇的な変化の産物である「ヘリウム」は、炭素排出も放射性廃棄物も出さず、燃料棒の溶融などの災害も起こさない、非常にクリーンな物質です。風力や太陽エネルギーよりも安定しており、理想的な「究極のエネルギー源」と考えられています。地球上の海水1リットルあたり30mgの重水素が含まれています。 30 mg の重水素の核融合によって生成されるエネルギーは、300 リットルのガソリンに相当します。海中には約40兆トンの重水素が存在すると推定されています。理論上、核融合反応によって放出されるエネルギーは、人類が数百億年にわたって使用するのに十分な量です。

「人工太陽」がうまく稼働すれば、世界に革命的な変化をもたらすことになるだろう。国々はもはや中東の石油をめぐって戦争をする必要はない。石油や石炭の採掘による汚染がなければ、二酸化炭素の温室効果、南極の氷の減少、海岸線の上昇など、現在人類を悩ませている一連の問題が解消されます。太陽が与えてくれるのと同じように、人類に無限のクリーンエネルギーをもたらすでしょう。

| 「人工太陽」の仕組み

「人工太陽」は、2つの軽い原子を1つの重い原子に融合させることで、大量のエネルギーを生み出します。しかし、原子間には自然の反発力があり、2つの原子を1つに融合するには極めて高い温度と大きな圧力が必要になります。実験における核燃料の最高温度は1億3000万℃に達し、圧力は100気圧にも達した。地球上のいかなる物質も、このような過酷な条件に耐えることはできません。科学者たちは磁場を間接的に制御することでこの問題を解決しました。制御された核融合を誘発するために、「人工太陽」の内部に巨大な超伝導磁石が設置されており、電源を入れると磁気浮上技術と同様に強力な磁場を発生させることができ、人工太陽はいかなる機器にも触れることなくエネルギーを放出することができます。核燃料が装置内に入った後、科学者は電気を流して核燃料を加熱し、内部で電流を発生させます。超伝導磁石は磁場と核燃料の間の電磁相互作用を利用して、燃料を装置の中心に閉じ込め、装置自体に接触するのを防ぎます。したがって、高温はデバイスの動作に影響を与えず、デバイスの不安定性を克服します。

実験では、核融合反応の利点が次々と発見されています。核融合反応は核分裂の 7 倍のエネルギーを生み出し、反応生成物は放射能汚染のないヘリウムです。さらに完璧なのは、将来の核融合発電所は常に亜臨界の安全な運転状態になるということです。事故が起きても反応は自動的に止まり、チェルノブイリや福島のような核漏れは起きません。

|私の国の「人工太陽」

中国科学院合肥物理科学研究所のEAST完全超伝導トカマク装置は、寿命1,000秒の「人工太陽」の作成に成功した。国産のトカマク型核融合実験装置を使い、これまで西側が保持していた400秒の世界記録を破り、1000秒間の核融合放電を達成した。最高温度は1億6000万度に達し、制御核融合研究の分野で中国にとって大きな進歩となった。 EAST はイースタン スーパー リングとも呼ばれ、建設予定の国際熱核融合実験炉 (ITER) に類似した、全超伝導磁石を使用する現在稼働中の世界で唯一のトカマク装置です。 1994年、わが国初の円形断面超伝導トカマク型核融合実験装置「合肥スーパートーラス」（HT-7）の開発に成功しました。この新たな世界記録の主役であるEASTは、「合肥スーパートーラス」をベースに中国の科学者が独自に開発した世界初の全超伝導磁石非円形断面トカマク実験装置です。主要部分は高さ11メートル、直径8メートル、重さは400トン以上あります。真空チャンバー、縦磁場コイル、ポロイダル磁場コイル、内部および外部コールドスクリーン、外部真空デュワー、サポートシステムの 6 つの主要コンポーネントで構成されています。大小の補助加熱、診断、排気、冷却装置に囲まれています。部品数はボーイング777型機5機分に相当する。また、超高温、超低温、超高真空、超強力磁場、超大電流などの極限環境が「一つの炉に溶け込む」超燃焼コアも備えています。

1億度を超える高温を達成するために、科学者たちはマイクロ波や中性ビームなどのさまざまな加熱方法を使用しました。家庭用電子レンジの電力は約500ワットで、EASTの総電力は34メガワットとなり、これは家庭用電子レンジ約6万8000台をまとめて加熱するのに相当します。科学者たちは磁場を利用して「ケージ」を作り、火の玉を数億度に浮かべた。これにより、イオン化されたプラズマはすべて磁力線に沿ってのみ移動し、周囲の容器の材料との接触を防ぎ、装置の材料が燃えるのを防いだ。 EAST は 16 個の縦磁場コイルと 14 個のポロイダル磁場コイルで構成されており、発生する磁場の強さは地球の磁場の約 70,000 倍です。

強力な磁場を実現するために、「人工太陽」には1万2000アンペア以上の超大電流も必要で、これは一般家庭用エアコンの数千倍の強さだ。大電流を流すコイルは、摂氏１億度の高温からわずか１メートルほど離れた、摂氏マイナス２６９度の極低温で作動し、まさに「氷と炎」の世界を創り出す。 「『断熱』を実現するためには、表面大気圧の約1000億分の1の強度の『超高真空』を実現する必要がある」と研究者らは述べた。

| 「人工太陽」の展望

では、制御された核融合発電技術はいつ成熟するのでしょうか?実際、制御核融合発電を商業的応用価値を持つものにするためには、核融合発電のコストを商業化可能な範囲まで下げるために、少なくとも核融合時間をさらに3000秒以上に延長する必要がある。中国の科学チームはこの分野の技術の研究を開始しており、既存のトカマク装置を改良することで核融合時間を3000秒まで延長することを目指している。同時に、中国は第一世代の制御核融合発電所のエンジニアリング設計を開始した。人類史上初の制御核融合発電所の建設は2035年に着工され、2050年までに完成・稼働する予定。制御核融合発電技術が飛躍的に進歩すれば、人類はほぼ無限のエネルギー源を手に入れることになる。エネルギー不足や環境問題を心配する必要がなくなるだけでなく、この技術を使って恒星間宇宙船を建造し、人類の宇宙飛行の偉大な時代を迎えることも可能になります。私の国は現在この分野で先進国であり、我が国の科学者が将来さらなる成果を上げることを期待しています。

（インターネットからの写真）