制御された核融合は現実のものとなるか？

私たちはテクノロジーが爆発的に進歩し、ほぼ毎日新しいものが登場する時代に生きています。しかし、予想される将来の技術の中で、最も期待されているのは間違いなく制御核融合です。

人類はなぜ制御された核融合にそれほど関心を持っているのでしょうか?これは他の技術とは異なる変革的な技術であるため、その成功は私たちの生活様式を完全に変え、人類文明が新たな発展段階に入ることを可能にするでしょう。エネルギーは文明の発展の基盤です。文明が進歩するほど、エネルギーの需要は大きくなります。エネルギーを得る方法が変わらなければ、文明が前進し続けることは難しいでしょう。たとえば、今日の人類が使用している化石エネルギーを考えてみましょう。それは人類の星や海への進出を制限する主な要因です。化石エネルギーは非常に重いため、3,000トンを超える重量の打ち上げロケットの積載量はわずか100トン程度です。この場合、どうすれば星や海まで飛べるのでしょうか?

制御された核融合は異なります。非常に効率的で非常に安定しています。制御された核融合が実現すれば、遠い将来は言うまでもなく、少なくとも私たちは太陽系内を自由に旅することができるようになり、SF映画に出てくる宇宙船が現実のものとなるでしょう。

制御された核融合のもう一つの利点は、そのクリーンさです。化石燃料によって引き起こされる汚染と比較すると、原子力エネルギーは間違いなくクリーンです。しかし、従来の制御された核分裂では依然として一定量の放射性廃棄物が発生し、ひとたび核漏れが発生すると周辺地域に深刻な核汚染を引き起こす可能性があります。しかし、制御された核融合は異なります。自然条件下で安定的に反応し、放射性廃棄物を生成せず、核漏れの危険もありません。制御核融合ってすごいですね、その原理は何ですか？

簡単に言えば、制御核融合とは、2つの軽い原子を高温高圧の環境下で衝突させて、重い原子に凝集させることです。この過程で質量損失が発生し、失われた質量はエネルギーの形で放出されます。

質量エネルギー方程式から、エネルギーは質量に光速の二乗を掛けたものに等しいことが分かるので、質量のわずかな損失も膨大なエネルギーに変換されます。具体的には、制御核融合に必要な原材料は何でしょうか?ヘリウム3だという人もいます。実際、重水素とヘリウム3は核融合反応を起こすことができ、月にはヘリウム3の資源が豊富に存在します。しかし問題は、この反応の技術的な難易度が比較的高く、核融合の第二世代に属することです。私たちが現在研究しているのは、技術的な難易度が比較的低い第一世代の核融合であり、原料として水素の2つの同位体、重水素と三重水素が使われています。

重水素と三重水素は地球上に豊富に存在するのでしょうか?

重水素は非常に豊富です。青い惑星地球に最も欠けているものが海水であることは、私たちが知っています。地球の表面の 71% は海で覆われており、海水 1 リットルあたり 0.03 グラムの重水素が含まれています。合計すると、地球の海には40兆トンもの重水素が存在します。制御された核融合反応にのみ使用される場合、無尽蔵であると言えます。

重水素とは異なり、三重水素は地球上では非常に稀です。トリチウムは水素の同位体ですが、放射性元素であり、この放射性元素の半減期は非常に短く、わずか 12.43 年です。そのため、自然界にトリチウムが存在したとしても、すぐに他の物質に崩壊してしまい、長期間保存することはできません。自然界にはトリチウムが自然に合成される条件はほとんどありません。

トリチウムは地球上では非常に不足していますが、制御された核融合には不可欠です。私たちは何をすべきでしょうか?人工的にしか合成できません。

原理的には、トリチウムを合成するのはそれほど難しくありません。リチウムに中性子を照射することで得られます。実際に合成トリチウムを生産したい場合は、気液触媒交換技術と特殊な電気分解技術を使用することができます。実は、トリチウムを人工的に合成するのは難しくありません。難しさは消費とコストにあります。制御核融合を研究する目的はエネルギーを得ることです。トリチウムを生成するプロセスでは必然的にエネルギーが消費され、その後の閉じ込められた核融合反応でもエネルギーが消費されます。では、消費と生産は比例するのでしょうか?トリチウムを人工的に合成する技術は数多くあるが、コストが非常に高く、大量生産はまだ難しい。これは、制御された核融合研究の過程で直面する困難でもあります。

原材料の入手に加えて、制御された核融合には多くの困難が伴います。

太陽が光と熱を放出できるのは、太陽内部で核融合反応が起きているからで、制御された核融合は「小さな太陽」とも呼ばれています。しかし、太陽とは異なり、太陽内部の圧力は非常に高く、そのような巨大な圧力は地球上で生成できないため、核融合反応を促進するにはより高い温度が必要になります。この温度は、既知のすべての物質の融点をはるかに超えています。では、核融合反応をサポートするために何が使用できるのでしょうか?現在の研究の方向性は主に磁場閉じ込めであり、この研究の道は困難に満ちていると考えられます。制御された核融合を実現するにはあと100年かかると考える科学者もいれば、数年しかかからないだろうと楽観視する科学者もいる。実際、現在の研究の進歩に基づくと、これらは根拠のない憶測にすぎません。私たちは、この革命的な技術が私たちの生きている間に実現することを願うばかりです。

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