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Sep 27, 2023

幅わずか3フィートの小型核融合炉が大きなマイルストーンを達成 : ScienceAlert

Ioni di appena 1 metro (meno di 3 piedi) di diametro in un reattore a fusione compatto

直径わずか1メートル（3フィート未満）の​​小型核融合炉内のイオンが初めて摂氏1億度（華氏約1億8千万度）という魔法の数字まで加熱され、核融合エネルギーの実用化に向けた記念碑的な一歩となった。現実。

英国のトカマク・エネルギー社、米国のプリンストン・オークリッジ国立研究所、ドイツのエネルギー・気候研究所の研究者らは、より円形のトカマクとは異なる球状トカマク（ST）の装置で記録を達成した。加熱された燃料がより大型の反応器に入り、プラズマを「芯のあるリンゴの形」の渦の中に閉じ込める経路は、発電の安定性と実用性を向上させることを目的としています。

核融合は、私たちの太陽やそれに似た星の中心部で基本的なプロセスを再現し、より小さな元素がより大きな元素に融合することからエネルギーを絞り出します。 もし私たちがそれを正しく行うことができれば、そしてそれはかなり大きな話ですが、それでも多少のリスクは伴うものの、事実上無尽蔵のエネルギー源が得られることになるかもしれません。

星が元素を融合してエネルギーを放出するために自由に使える膨大な重力を持っている場合、私たちは熱に頼らざるを得ません。 実際、太陽の核の数倍の熱に相当する多量の熱。

適切な圧力を達成するには、原子成分またはイオンを少なくとも摂氏 1 億度 (基本的に 1 億ケルビン、またはエネルギー換算で 8.6 キロ電子ボルトを超えるもの) まで加熱することが重要です。

「5 keV [キロ電子ボルト]を超えるイオン温度は、これまでどのSTでも達成されたことがなく、実質的により大きなプラズマ加熱能力を備えたより大型のデバイスでのみ得られました」と研究者らは発表した論文で書いている。

今回はST40と呼ばれる球状トカマクを使用しました。 安全に運転するために必要な機械を除けば、原子炉自体は直径わずか0.8メートルで、直径数メートルもある大型トカマク型のほんの一部にすぎない。

大型の核融合炉と比較して、これらの小型の装置は製造コストが安く、潜在的により効率的で安定性が高いため、技術を商業的に実現可能にしたい場合には、これらすべての利点が得られます。

研究者らは、新しい温度記録を達成するために、ST 自体の使用、加熱方法や電子密度に関するプラズマの準備方法など、多くの最適化を実施しました。

一部の技術は、ST40 よりもはるかに大きいトカマク核融合試験炉で 1990 年代に実施された「スーパーショット」実験から借用されました。 基本的に、このアプローチでは、非常に短時間に大量の熱が加えられます。

科学者が適用したもう 1 つの最適化トリックは、プラズマ内の負に帯電した電子よりも正に帯電したイオンをより加熱することでした。 ホットイオンモードとして知られ、反応数とトカマク性能の向上に役立ちます。

「これらの温度は、イオンの温度が電子の温度を、通常は2倍以上上回るホットイオンモードのシナリオで達成された」と研究者らは書いている。

このブレークスルーや同様のブレークスルーは確かにエキサイティングなものですが、核融合はまだ試験段階にあり、実用的な電源として検討されるまでにはまだクリアすべき複数のハードルがあります。 技術的な課題を考慮すると、核融合発電が最終的に可能になると誰もが信じているわけではありません。

ここでもそれらの課題が強調されています。最高温度に達したのはわずか 150 ミリ秒です。 研究室では素晴らしい成果ですが、エネルギーグリッドに実際に貢献するには時間があまりかかりませんでした。

それでも、それぞれの発見は私たちを究極の目標に近づけます。そして、球状トカマクが、必要なエネルギーと経済の方程式が最終的に意味をなす方法で核融合反応を起こすための最も有望な選択肢の1つであることを考えると、今回の発見は特に注目に値します。

「これらの結果は、商用磁気閉じ込め核融合に関連するイオン温度がコンパクトな高磁場STで得られ、高磁場STに基づく核融合発電所にとって良い前兆であることを初めて実証した」と研究者らは書いている。

この研究はNuclear Fusion誌に掲載されました。