磁気閉じ込め核融合とは何ですか？

磁気閉じ込め核融合は、核融合へのアプローチであり、磁場にプラズマ（イオン化ガス）を懸濁し、その温度と圧力を大幅に上げることを伴います。 核融合は、軽い原子核（水素、重水素、トリチウム、またはヘリウム）が大きな温度と圧力で融合するときに生成される核エネルギーの一種です。 太陽の光と熱はすべて、その核で進行中の核融合反応に由来します。 これにより、太陽はまったく存在することができます-核融合反応の外向きの圧力は、重力崩壊の傾向と釣り合います。

人類は核エネルギーのために核分裂エネルギーを利用している-重い核をばらばらにする-核融合パワーの成功はまだ私たちを免れている。 これまでのところ、核融合電力を生成しようとするすべての試みは、生成するよりも多くのエネルギーを消費します。 磁気閉じ込め核融合は、核融合に対する2つの一般的なアプローチの1つです。もう1つは、慣性閉じ込め核融合です。これは、高出力レーザーで燃料ペレットを衝撃することを含みます。 現在、各経路を追求している数十億ドルのプロジェクトがあります。米国の国立点火施設は慣性閉じ込め核融合を追求しており、国際プロジェクトである国際熱核融合実験炉は磁気閉じ込め核融合を追求しています。

磁気閉じ込め核融合の実験は、物理学者で天文学者であるライマン・スピッツァーが8字型のプラズマ閉じ込め装置であるステラレーターを製作した1951年に始まりました。 1968年にロシアの科学者がトカマクの設計を発表し、大部分の磁気閉じ込め核融合装置の設計となるトーラスを発表しました。 1991年には、英国でのSTART（Small Tight Aspect Ratio Tokamak）、スフェロマク、または球状トカマクの構築に向けて、さらに一歩前進しました。 テストの結果、このデバイスは核融合反応の開始時にほとんどのトカマクよりも約3倍優れていることが示され、スフェロマクは核融合研究の継続的な研究領域であり続けています。

核融合反応を効率的にするためには、トカマク炉の中心部を約1億ケルビンの温度に加熱する必要があります。 このような高温では、粒子は非常に大きな運動エネルギーを持ち、常に逃げようとします。 ある融合研究では、磁気閉じ込め核融合の課題と、バルーンを絞る課題とを比較しています。一方を強く押すと、もう一方の面に飛び出します。 磁気閉じ込め核融合では、この「飛び出し」により高温粒子が反応器壁に衝突し、「スパッタリング」として知られるプロセスで金属片を削り取ります。 これらの粒子はエネルギーを吸収し、閉じ込められたプラズマの全温度を下げ、適切な温度を達成することを困難にします。

核融合の力をマスターできれば、人類にとって比類のないエネルギー源になる可能性がありますが、最も楽観的な研究者でさえ、2030年までに商用発電を期待していません。