1950 年代以来、科学者たちは核融合 (太陽に動力を与える一種の反応) を地球にもたらすことを探求してきました。
12 月 5 日の午前 1 時過ぎ、カリフォルニア州ローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) の国立点火施設 (NIF) の科学者たちは、ついに核融合の歴史における主要なマイルストーンに到達しました。 .
核融合発電所があなたの街に実現する瞬間はまだありませんが、それはその目標への重要な一歩であり、科学者が探求の最初から求めてきた目標です。
「これで土台ができます」と言う タミー・マ、LLNLの科学者、 米国エネルギー省の記者会見 今日。 「それは基本的な科学的実現可能性を示しています。」
外側を見ると、NIF はサンフランシスコの東にある半乾燥地帯にある何の変哲もない工業ビルです。 内部では、科学者たちは文字通り星のエネルギーをいじくり回してきました (NIF の他の主要な任務である核兵器研究と交互に行われています)。
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核融合は、生命を維持するために地球を温めて照らす熱と光を太陽が生成する方法です。 それは、水素原子を一緒に粉砕することを伴います。 結果として生じる反応は、ヘリウムとエネルギー、つまりかなりのエネルギーを生み出します。 あなたが今日生きているのはそのおかげであり、太陽はその過程で温室効果ガスを少しも発生させません.
しかし、核融合を地球人のエネルギー源に似たものに変えるには、太陽の心臓部に一致する条件、つまり数百万度の温度が必要です。 地球上のその環境の複製を作成するには、膨大な量の電力が必要です。通常、最終的に作成される研究者の数をはるかに上回ります。
小さなターゲットに向けられたレーザー
何十年もの間、科学者たちは 1 つの基本的な質問に答えようと奮闘してきました。それは、核融合実験を微調整して、実際にエネルギーを得るのに適切な条件を作り出すにはどうすればよいかということです。
NIF の答えは、強力なレーザー ビームの武器庫に関係しています。 まず、専門家は、ピーナッツ サイズの金メッキされた両端が開いたシリンダー (ホールラウムとして知られています) に、余分な中性子を伴う水素原子の形態である重水素とトリチウムを含むコショウの実サイズのペレットを詰めます。
次に、レーザーを発射します。レーザーは細かく調整された 192 のビームに分割され、ホールラウムの両端から入り、内壁に衝突します。
「すべてのレーザー エネルギーを一度にターゲットに叩きつけるだけではありません」と彼は言います。 アニー・クリッチャー記者会見で、NIFの科学者。 「望ましい条件を達成するために、非常に特定の時間に非常に特定の権限を分割します。」
チャンバーがレーザー弾幕の下で数百万度まで加熱されると、燃料ペレットを激しく洗い流す X 線のカスケードが生成され始めます。 彼らはペレットの炭素の外殻を切り離し、内部の水素を圧縮し始めます—それを数億度に加熱します—原子を圧迫して押しつぶし、太陽の中心よりも高い圧力と密度にします.
すべてがうまくいけば、融合が始まります。
新しい世界記録
NIF が 2009 年に発足したとき、核融合の世界記録は、英国の Joint European Torus (JET) に属していました。 1997年に、 トカマクとして知られる磁石ベースの方法、JET の科学者は、投入したエネルギーの 67% を生成しました。
この記録は、2021 年後半まで 20 年以上維持されていました。 NIF の科学者が打ち負かした、70パーセントに達しています。 その結果、多くのレーザーウォッチャーが次のような明白な疑問をささやきました。 NIF は 100% に達することができますか?
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しかし、核融合は非常にデリケートな科学であり、特定の核融合実験の結果を予測することは困難です。 これほど熱くなった物体は、科学者の意向に反して冷やそうとします。 レーザー ビームの角度からペレット形状のわずかな欠陥まで、セットアップのわずかな偶発的な違いが、反応の結果に大きな違いをもたらす可能性があります。
そのため、約 10 億分の 1 秒かかる NIF の各テストには、数か月にわたる綿密な計画が必要です。
「すべての作業は、先週の月曜日の午前 1 時過ぎに、ショットを撮影した瞬間まで続きました…データが入り始めると、レーザー入力よりも多くの核融合エネルギーを生成したという最初の兆候が見られました。」言う アレックス・ジルストラ記者会見で、NIFの科学者。
今回、NIF のレーザーは 2.05 メガジュールをペレットに送り込み、ペレットは 3.15 メガジュールを爆発させました ( 平均的なアメリカの家 約43分間）。 NIF の科学者は 100% の着火というマイルストーンを達成しただけでなく、さらに進んで 150% 以上に達しました。
「正直に言うと…私たちは驚かない」と言う マイク・ドナルドソン、2030年代までに商業的に実行可能な核融合プラントを建設することを目指している、カナダのバンクーバーに本拠を置く民間企業であるGeneral Fusionのシステムエンジニアであり、NIF実験には関与していませんでした。 「これは順調に進んでいると言えます。 本当に何年にもわたる漸進的な進歩の集大成であり、素晴らしいと思います。」
しかし、落とし穴があります
これらの数値は、レーザーによって供給されるエネルギーのみを説明しています。地球上で最大かつ最も複雑なレーザーの 1 つであるこのレーザーが、最初に電源を入れるためにカリフォルニアの送電網から約 300 メガジュールを必要としたという事実は除外されています。
「レーザーは効率的に設計されていませんでした。 マーク・ハーマン記者会見で、LLNLの科学者。 「レーザーは、できるだけ多くのジュースを与えるように設計されています。」 エネルギーを大量に消費するレーザーのバランスを取ることは困難に思えるかもしれませんが、研究者は楽観的です。 レーザーは 20 世紀後半の技術に基づいて構築されており、NIF のリーダーたちは、レーザーをより効率的に、さらに強力にする道筋が見えていると述べています。
たとえそれを行ったとしても、専門家は、エネルギーを得るために繰り返し発射する方法を理解する必要があります. これも大きな課題ですが、これは発電所の実行可能な基盤を作るための重要なステップです。
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「今日のような科学的成果は素晴らしいものです」とドナルドソンは言います。 「核融合を商業化するために必要な他のすべての課題にも焦点を当てる必要があります。」
核融合発電所には、異なる技術が含まれる可能性が非常に高い。 JETのような多くの実験炉と建設中 ITER 南フランスでは、レーザーの代わりに、強力な磁石を使用して、特別に設計されたチャンバー内で超高温のプラズマを形成および彫刻することで、太陽を再現しようとしています。 ほとんど 民間融合の取り組み 最近急増している企業も、磁気的方法に力を入れています。
いずれにせよ、安価な核融合エネルギーを動力源とするデバイスでこのような記事を読むのはかなり先のことですが、その日が重要なマイルストーンに近づいている可能性があります。
「レーザーを使った点火が最初に夢見られてから 60 年が経ちました」と Ma 氏は記者会見で語った。 「これは、これを実現させた人々の忍耐と献身の証です。 また、グリッド上で核融合エネルギーに到達するための忍耐力があることも意味します。」