巨大で停滞していた核融合炉プロジェクト、ついに磁石システムが完成

巨大で停滞していた核融合炉プロジェクト、ついに磁石システムが完成

20年を要しましたが、国際核融合エネルギー計画(ITER)の巨大トロイダル磁石の設計と搬入が完了しました。ITERの発表によると、19基のコイルは現在南フランスに設置されており、この大規模核融合プロジェクトがついに最初のプラズマを生成する準備が整いました…いずれは。

ITERは、核融合をエネルギー源として実現可能性を試験するためのトカマクを建設する35か国による共同プロジェクトです。トカマクとは、核融合反応によって燃焼するプラズマを保持するドーナツ型の容器です。

核融合とは、2つ以上の原子の軽い原子核が集まって1つの原子核を形成する反応で、その過程で莫大なエネルギーが放出されます。これは、重い原子核を分裂させることでエネルギーと放射性廃棄物を放出する核分裂とは別物です。核融合は自然界でも起こり、恒星を動かすエネルギー源となっていますが、地球上では起こりません。しかし、物理学者やエンジニアは、実験室環境、トカマク、レーザーなどを用いて核融合を誘発することができます。馬鹿げているように聞こえるかもしれませんが、難しいのはそこではありません。真の難しさは、触媒反応に必要なエネルギーよりも多くのエネルギーを生み出す核融合反応を促進することであり、理論上は無限のエネルギーを生み出すのです。

トカマクは、プラズマを閉じ込め、制御するために磁石を使用します。ITERのトロイダル磁場コイル(実験の磁石)は、摂氏マイナス269度(華氏マイナス452.2度)まで冷却され、超伝導状態になります。高さ56フィート(約17メートル)のコイルは、プラズマを封じ込めるドーナツ型の容器に巻き付けられ、ITERの科学者が真空容器内で核融合を制御することを可能にします。

トカマク真空容器の周囲にある ITER のトロイダル磁場コイルの前にいる人間のイラスト。
ITERのトカマク真空容器を囲むトロイダル磁場コイルの前に立つ人間のイラスト。イラスト:ITER

ITERは他のどのトカマクよりも大規模で、中央のソレノイド磁石は6つの110トンの磁石モジュールで構成されます。トカマク全体の重量はなんと2万3000トンにもなり、その磁石は地球全体が生み出す磁場の約30万倍もの強力な磁場を発生させます。プラズマは華氏3億200万度(摂氏1億5000万度)まで加熱され、これは太陽の中心核の10倍もの温度です。先月開催された第34回ITER評議会で発表された最新の基本計画によると、ITERは来年最初のプラズマ状態を維持し、最初の核融合反応は2035年に予定されています。この最新の基本計画は、7月3日(水)の記者会見で発表される予定です。

ITERは1985年にゴルバチョフとロナルド・レーガンによって提案されましたが、計画の建設地が決定されたのは2005年のことでした。それから20年近くが経ちましたが、いまだにトカマク内で実験は行われていません。サイエンティフィック・アメリカン誌の報道によると、ITERの建設費は開始以来4倍に膨れ上がり、最近の推計では220億ドルを超えるとされています。技術的な欠陥と新型コロナウイルス感染症のパンデミックが遅延の一因となっています。

皮肉な自明の理(あまりにも繰り返し語られて決まり文句になっている)に、核融合エネルギー源の実現は50年先だというものがある。それは常に今日の技術の限界を超えており、まるで救いようのない元恋人のように「今回は違う」と常に言われ続ける。ITERは核融合発電の技術的な実現可能性を証明することを目的としているが、重要なのは、その経済的実現可能性を証明することではない。核融合発電を実用的なエネルギー源にするだけでなく、電力網にとって現実的なものにするという、もう一つの厄介な問題だ。

核融合はエネルギー物理学の聖杯、化石燃料への依存を終わらせる手段と目されています。しかし、深刻化する気候危機に対処するには、実現が遅すぎるでしょう。言い換えれば、たとえITERが工学面で大きな進歩を示したとしても、それはゴルディアスの結び目という難題の一部に過ぎません。核融合を軽視するつもりはありませんが、国立点火施設(NIF)が2022年に技術的ブレークイーブンを達成したことからもわかるように、私たちは着実に近づいています。しかし、まだ道のりは長いのです。

さらに:核融合は世界の電力源となるのか?

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