核融合エネルギーのブレークスルーを解説

世界で最も裕福な投資家の一部は、科学における最大かつ最も困難な課題の1つである核融合をターゲットとする新興企業に群がっている。 クリーンで豊富なエネルギーの探求における究極の賞品と長い間考えられてきた核融合は、太陽に燃料を供給するプロセスであり、粉砕重力によって原子が互いに衝突し、そのエネルギーが放出されます。 2022 年後半、研究者たちは長年待ち望んでいた科学上のマイルストーンを祝いました。これは、厄介な技術的課題と短期的な見通しに対する懐疑に満ちた分野における進歩の兆しです。

1. マイルストーンは何でしたか?

2022年12月、カリフォルニアにあるローレンス・リバモア国立研究所の科学者らは、水素が充填された胡椒の実ほどの大きさのダイヤモンドカプセルに世界で最も強力なレーザーの焦点を当てた。 ビームは 2.05 メガジュールのエネルギーを照射し、水素をヘリウムに融合して 3.15 メガジュールを放出する反応を引き起こしました。 その差はメガジュールより少し大きく、およそ手榴弾が放出するエネルギー量に相当します。 「点火」または正味エネルギー利得（エネルギーの流入よりも流出の方が多いことを意味する）として知られるこの結果は、科学者たちが数十年にわたって追求してきた成果だった。 それは、制御核融合の中核となる物理学が解読され、安価でカーボンフリーの電力を生産するプロセスの可能性が生まれたことを示唆した。 何度かの試みが失敗に終わりましたが、同じ研究室は 7 月にその成果を再現することができました。

2. 商業的融合はどれくらい近づいていますか?

米国やその他の政府が大胆なビジョンやさまざまな技術を推し進めているにもかかわらず、最も楽観的な専門家らは、最初の核融合発電所が送電網に電力を供給するまであと約10年かかると言っている。 ほとんどの人は、今から 20 年か 30 年後にそれを固定します。 近年科学が進歩するにつれ、核融合は新たな層の投資家を惹きつけ始め、より多くの民間企業がこの競争に参入した。 投資額は2020年の約3億ドルから2021年には26億ドルに急増したが、2022年には5億2100万ドルにまで減少した。

3. テクノロジーとは何ですか?

核融合研究は、スーパーコンピューティング、3D プリンティング、超電導磁石の進歩の恩恵を受けてきました。 さまざまなアプローチがあります。

• 慣性閉じ込め: 12 月のマイルストーンは、水素を充填したペレットにレーザーを照射するこの方法が機能することを証明しました。 しかし、その反応は非常に短時間であり、発電所が通常使用するような連続プロセスではありませんでした。 そして少なくとも現時点では、これらのペレットは製造に高価で時間がかかります。

• 磁気閉じ込め: より広く使用されている方法は、核融合反応を持続できるように、プラズマ (帯電した過熱ガス) を閉じ込めるために強力な磁場を使用します。 太陽よりもはるかに高い、摂氏 1 億 5,000 万 (華氏 2 億 7,000 万) の範囲の温度が必要です。 ほとんどの研究では、プラズマを保持するための過冷却されたドーナツ型チャンバーを備えたトカマクとして知られるソ連時代の設計、またはステラレーターとして知られる改良型が使用されています。

• その他の選択肢: スタートアップ企業はハイブリッド技術や独自のアイデアを追求しています。 最も資金力のある企業の 1 つであるカリフォルニアの TAE テクノロジーズは、加速器を使用してプラズマに高エネルギー粒子を充満させ、管理を容易にしています。

4. ハードルは何ですか?

核融合では、1950年代から商用原子炉で使用され、元の原子爆弾の原動力となった、原子を分裂させる原子力の代替形態である核分裂による使用済み燃料棒のような高レベル核廃棄物は生成されません。 それでも、核融合研究では、機械内での原子粒子の衝突に耐えられる材料を開発する方法などの技術的課題を克服する必要がある。 また、生成されたエネルギーがどのように利用され、電気に変換されるのかも明らかではない。

5. プレイヤーは誰ですか?

3 つの異なるグループがあります。国家イニシアチブ、約 30 社の民間スタートアップ企業、および 35 か国からなる 250 億ドルの国際熱核融合実験炉 (ITER) です。 史上最大の研究プロジェクトであるこの国際協力は、2010年からフランスで巨大な実証機の開発に取り組んでいる。これは、米国と旧ソ連が巨大ロケットの製造を競っていた宇宙開発競争と同じ規模のプロジェクトである。 スタートアップの最も著名な支援者には、アマゾンの創設者ジェフ・ベゾス、マイクロソフトの創設者ビル・ゲイツ、パランティアのピーター・ティールが含まれる。 核融合技術の開発には数十年を要するとしても、核融合の推進によって科学の進歩がもたらされるという見方もある。