プリンストン大学プラズマ物理研究所の物理学者とエンジニアからなるチームは、永久磁石を用いたステラレータと呼ばれるねじれ型核融合炉を開発し、強力な核融合装置を費用対効果の高い方法で構築できる可能性を示した。MUSEと呼ばれるこの実験は、3Dプリントされた部品と既製の部品を活用している。
太陽のような恒星のエネルギー源である核融合反応は、原子の融合によって莫大なエネルギーを生み出します（原子を分裂させることで得られるエネルギーは少ないですが、核分裂とは混同しないでください）。核分裂は、電力網に電力を供給する現代の原子炉の中核を成す反応です。科学者たちは、核融合をエネルギー源として利用する方法をまだ解明できていません。たとえ長年の目標が達成されたとしても、この技術を大規模化し、商業的に実現可能にすることは、それ自体が困難な課題です。
ステラレータは、高温プラズマを閉じ込めた円筒形の装置で、核融合反応を促進する条件に調整することができます。これは、核融合反応を起こすドーナツ型の装置であるトカマクに似ています。トカマクは電流を流す磁石であるソレノイドを利用しています。MUSEは異なります。
「永久磁石の使用は、ステラレータを設計する全く新しい方法です」と、プリンストン大学プラズマ物理研究所の大学院生で、MUSE実験の設計について解説したJournal of Plasma Physics and Nuclear Fusion誌に掲載された2本の論文の筆頭著者であるトニー・チアン氏は述べています。「この技術により、新たなプラズマ閉じ込めのアイデアを迅速に検証し、新しい装置を容易に構築できるようになります。」
永久磁石は磁場を発生させるのに電流を必要とせず、市販品として購入できます。MUSE実験では、このような磁石を3Dプリントされたシェルに貼り付けました。
「希土類永久磁石は、他の磁石と並べて設置しても、プラズマを閉じ込めて核融合反応を起こすのに必要な磁場を生成・維持できることに気づきました」と、同研究所の研究科学者であり、MUSEプロジェクトの主任研究者であるマイケル・ザーンストルフ氏はプレスリリースで述べた。「この技術が機能するのは、まさにこの特性のおかげです。」
昨年、米国エネルギー省ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の科学者たちは、核融合反応で損益分岐点を達成しました。つまり、反応によって生成されたエネルギーが、そのエネルギー消費量を上回るということです。しかし、この偉業は、反応を誘発するために必要な「壁面電力」を考慮に入れていません。つまり、まだ道のりは長いということです。
LLNLの画期的な成果は、強力なレーザーを原子ペレットに照射することで達成されました。これは、トカマクやステラレータで発生するプラズマベースの核融合反応とは異なるプロセスです。MUSEへの永久磁石の導入や、KSTARトカマクのタングステンダイバーターの改良など、装置に小さな改良を加えることで、科学者は実験セットアップを再現しやすくなり、高温でより長時間実験を行うことが容易になります。
これらのイノベーションを総合すると、科学者はプラズマをもっと活用できるようになり、おそらく、使用可能かつ拡張可能な核融合エネルギーという誇るべき目標を達成できるかもしれません。
訂正：この記事の以前のバージョンでは、プリンストン・プラズマ物理研究所をプリンストン大学の一部と誤って記載していました。プリンストン大学はエネルギー省のためにこの研究所を管理していますが、大学の一部ではありません。
