核融合エネルギーの探求がEU・日本の原子炉で大きな進展をもたらす

世界で最も強力な核融合エンジンの誕生により、クリーンで安全、豊富な電力の夢がさらに近づきます。

ギャレス・ウィルマー著

日本の東部の都市ナガに、普通の建物から遠く離れた場所に 6 階建ての塔があります。

円筒形の鋼構造物の内部にある装置はトカマクと呼ばれます。 プラズマと呼ばれる渦巻く過熱ガスを最大摂氏 2 億度、つまり太陽の核の 10 倍の温度で保持するように設計されています。

主要なマイルストーン

東京の北東に位置するトカマクは、核融合エネルギーの実現を目指す数十年にわたる国際的な探求における次のマイルストーンであり、欧州連合と日本が果たした重要な役割を反映している。

JD-60SAとして知られるNagaシステムは、EUと日本の成果です 合意 2007 年以来、核融合エネルギーを生成しています。 これは世界で最も強力なトカマクであり、10年近くの建設期間を経て2023年12月にオープンします。

「JT-60SAの運用開始は非常に重要なマイルストーンです」とイタリアの物理学者アンブロージョ・ファソーリ教授は述べた。

招待されました ユーロフュージョンこのパートナーシップには、29 か国の約 170 の研究所と業界パートナーが集まります。 参加者はハードウェアと人員を JT-60SA に提供します。

JT-60SA のような核融合エネルギー炉は、太陽や他の星で起こるプロセスを模倣します。 水素原子を融合させてヘリウムと中性子の形でエネルギーを熱として放出することにより、安全でクリーンなほぼ無尽蔵のエネルギーを生成する可能性があります。

分割ではありません

核融合は、従来の原子力発電所の中心となるプロセスである核分裂の逆です。 核分裂には、重い原子が 2 つの軽い原子に分裂することが含まれ、融合には 2 つの軽い原子が結合して、より大きな原子が形成されます。

核分裂とは異なり、核融合は長期にわたる核廃棄物を生成せず、メルトダウンや連鎖反応の危険もありません。

核融合の研究は、アーサー・エディントンという英国の天体物理学者が星のエネルギーを利用して水素をヘリウムに融合させた1920年代に始まりました。

1世紀後、気候変動が激化し、世界中の国々が化石燃料に代わる燃料を模索する中、核融合熱はかつてないほど高まっています。

しかし、大きな障害があります。 これらには、高熱で壁が溶けない原子炉を構築すること、核融合生成のための材料の最適な組み合わせを見つけること、原子炉内の材料の放射を制御することなどの技術的課題が含まれます。

新しいNo. 1

欧州エネルギー担当委員のカドリ・シンプソン氏は、5か月前にナガで行われたJT-60SAの落成式に参加した。

6億ユーロをかけてこの原子炉は、EUの組織フュージョン・フォー・エネルギー（F4E）と日本の量子科学技術研究開発機構（QST）が共同で建設した。

JT-60SAは運用開始が宣言されたとき、英国のジョイント・ヨーロッパ・トーラス（JET）と呼ばれる40年の歴史を持つ組織から最大のトカマクの称号を獲得した。

JT-60SA の加熱出力は、JET の 38 MW と比較して 41 MW になります。

「マシンのスイッチを入れたら、うまくいきました」とF4EのJT-60SA部門責任者、ガイ・フィリップス氏は語った。 「このような装置でこれまでにないプラズマを生成できるのは大きな成果です。 しかし、これは最初のステップにすぎず、やるべきことはまだたくさんあります。」

階段

JT-60SA は、次に計画されているトカマク、世界最大の核融合実験である ITER の作業に情報を提供します。

JT-60SA の 2 倍の規模を持つ ITER は、南フランスの 180 ヘクタールの敷地に建設されています。

F4Eは、33カ国が集まるITERへの欧州の貢献と、耐用年数約20年の計画中のJT-60SAを管理している。

JT-60SAのコアシステムが稼働していることを確認することで、原子炉が2～3年の計画停止に入る際に、外部加熱発電システムが追加され、その他のアップグレードが行われる予定です。

「次の運用段階を開始するにあたり、プラズマ生成とさまざまな構造を理解することで、さらに前進できるでしょう」とフィリップス氏は語った。

知識の創造

継続性は核融合研究の大きな特徴です。

JT-60SA に注目する前に、EUROfusion 研究者は JET に取り組みました。

この施設は、最終試験が実施される前に核融合発電炉が生成する最大エネルギー量の自己記録を破り、2023年12月に閉鎖された。

5.2秒間のバーストでは69メガジュールのエネルギーが測定され、これは1万2000世帯に電力を供給するのに十分であると推定されている。

「JETでの核融合エネルギーの記録は、私たちが現在地球上で核融合反応をいかにうまく処理しているかを、信じられないほど強く思い出させてくれます」とファソリ氏は語った。

先のことを考える

この分野における知識の重要性を考慮して、EUROfusion と F4E は両方とも、核融合における将来の世代の科学者に関心を持ち、訓練するためのプログラムを実施しています。

ファソリ氏によると、一部の若手研究者による核融合への関心を妨げる２つの要因は、この分野での即時的な成果の欠如と、核分裂に伴う暗黙の（そして不当な）偏見である。

「これは世代間の努力だ」と彼は言った。 「興味を持つ人を引き留めるためには、教育、訓練、構造が必要です。」

欧州委員（イノベーション、研究、文化、教育、青少年担当）のイリアナ・イワノバ氏は2024年3月にこう述べた。 イベント 業界代表者らは、核融合発電の生産を加速するには核融合分野における民間企業と公的企業の協力が不可欠であると述べている。

目標は、ラボからファブとして知られる製造への移行に、大規模な産業関係者や新興企業を巻き込むことです。

それは、民間部門の起業家精神と産業の可能性を公共部門の野心と現実性と結びつけることを意味するとファソリ氏は言う。

同氏は、核融合エネルギーは2050年代に現実になるだろうと述べた。

「私たち全員が同じ方向に進んでいる限り、その地平線は依然として妥当だと思う」とファソリ氏は語った。 「それは、全員が協力しなければならないことを意味します。」

この記事の研究は、欧州連合の Horizo​​n プログラムから資金提供を受けました。 インタビュー対象者の見解は、必ずしも欧州委員会の見解を反映しているわけではありません。 この記事は最初に公開されました 地平線 欧州連合の研究とイノベーションのジャーナル。