なぜ熱核エネルギーが必要なのですか？
地球の気温が1.5度以上上昇するのを防ぐには
これらの差し迫った問題のすべてを解決できる1つのエネルギーソリューションがあったとしたらどうでしょうか。これは素晴らしいように聞こえますが、存在します。
私たちのエネルギーの最も強力な形態の1つ今日使用しているのは核エネルギーです。現代の原子力発電は非常に効率的で炭素排出量がゼロですが、多くの欠点があり、深刻です。何千年もの間危険なままである潜在的な核溶融物と放射性廃棄物です。
しかし、もっと良い方法があります。
熱核融合とは何ですか？それを地球にどのように適用できますか？
現在のすべての原子炉は核分裂を使用して、エネルギーを生成するために原子を分割するプロセス。何年もの間、科学者たちは、地球上で増大するエネルギー需要を満たすために、逆のプロセス、つまり原子を結合することによって太陽に「電力を供給する」核融合をどのように使用できるのか疑問に思ってきました。熱核融合自体は超強力なプロセスであり、核分裂よりも数倍強力であり、その燃料はウランやプルトニウムではなく水素であるため、核廃棄物の形成にはつながりません。実際、熱核反応器の開発が成功した場合、科学者は地球上に「ミニサン」を作成します。
「制御された熱核反応の達成、それらを生成するために必要とされるよりも多くのエネルギーを消費し、気候変動への潜在的な応答として商業的に見られています」と、ScientificAmericanの科学特派員NathanielGronevoldは説明します。 「融合エネルギーは、化石燃料の必要性を排除し、再生可能エネルギーに固有の不連続性と信頼性の問題を解決します。電力は、核分裂エネルギーの懸念を引き起こす危険な量の放射線なしで生成されます。」
国際熱核の関係者南フランスを拠点とする多国籍プロジェクトであるExperimentalReactor（ITER）は、歴史的なマイルストーンであるFirstPlasmaからわずか6。5年であると発表しました。今週のプレスリリースによると、35か国のコンソーシアムによってサポートされているITERプロジェクトは、現在65％完了しています。新しく設置されたセクション（クライオスタットのベースと下部シリンダー）は、超高温プラズマの融合コアを囲む強力な磁場を収容するために選択された技術構造であるトカマックの設置への道を開きます。
核融合の問題
核融合は、ここ地球上で再現する必要のある極端な条件（たとえば、太陽の中心部）。米国エネルギー省で説明されているように、「熱核反応は科学者によって研究されていますが、核を融合するために必要な巨大な圧力と温度のために、それらを長期間維持することは困難です。」
核融合エネルギーには封じ込めが必要高圧下の非常に熱いプラズマ。太陽の中心よりも何倍も熱い、非常に熱いプラズマを磁気的に閉じ込めるには、強力な磁場が必要です。それらは地球表面の大気圧の 10 倍でなければなりません。磁場の強さは、プラズマと材料の表面が物理的に接触することなく、プラズマを高温に保つための断熱と安定に保つための外圧の両方を提供するため、これらの条件を達成する上で重要なパラメータです。
核融合は生成しますが、現代世界の最も困難な問題のいくつかを解決するための信じられないほどの見通しがある一方で、時間は刻々と過ぎており、多くの専門家は、たとえ核融合が目前に迫っているとしても、時間は私たちの味方ではないと述べています。 ITERは2025年までに打ち上げられ、2035年頃までに完全に稼働することが期待されているが、これでは遅すぎる可能性がある。 2019年に遡ると、気候変動の専門家らは、地球の変化する状況を逆転させるために政府間パネルが世界に与えた12年の期限を18か月に短縮する必要があるかもしれないと主張した。ポツダム気候研究所のハンス・ヨアヒム・シェルンフーバー氏は1年前、このように説明した。「気候の数学は極めて明白だ。世界は今後数年間で回復しないかもしれないが、2020年までに過失によって致命傷を負う可能性がある。」
しかし、今週はクリーンエネルギーへの期待が再燃しました。
SPARCプロジェクト
コンパクト版を開発する科学者核融合炉が機能することが一連の研究論文で示され、太陽のエネルギー生産を模倣するという長らく実現できなかった目標が達成され、最終的には気候変動との闘いに貢献できるという期待が再び高まっている。
プラズマ研究および熱核センターMITは、個人所有のスタートアップであるCommonwealth Fusion Systems（CFS）と共同で、SPARCコンセプトデザインを開発しています。これは、純粋な熱核エネルギーを使用したコンパクトな高電圧実験です。 SPARCは、既存のミッドレンジフュージョンデバイスと同じサイズであると予想されますが、磁場ははるかに強くなります。物理法則に基づいて、科学者は、デバイスが50〜100MWの熱核出力を生成することを期待しています。このような実験は、クリーンなエネルギーの創造と、新しい超伝導技術を使用して構築されたデバイスを作成する可能性の最初のデモンストレーションになります。 SPARCは、新しい高磁場、高温超伝導（HTSC）磁石を使用して、核融合の開発を加速するための全体的な戦略の一部です。
この反応チャンバーの画像に示されているように、Sparc融合発電所は比較的小さくなります。
T.ヘンダーソン/ CFS / MIT-PSFC
建設時間
下の原子炉の建設が期待されますマサチューセッツ工科大学の研究者とCommonwealthFusion Systemsの子会社によって開発されているSPARCという名前は、来年の春に始まり、3〜4年かかると研究者と会社の関係者は語った。
まだまだ深刻な問題はたくさんありますが、同社によれば、建設後は試験が行われ、成功すれば、今後10年以内に核融合エネルギーを使用して発電できる発電所が建設される予定です。
この野心的なスケジュールは、世界最大の核融合エネルギープロジェクト、ITERと呼ばれるフランス南部の多国籍プロジェクト。この原子炉は 2013 年から建設中であり、発電するように設計されていませんが、2035 年までに核融合反応を起こすことが期待されています。
CommonwealthのCEO、Bob Mumgaardフュージョンと同社の創設者の1人は、SPARCプロジェクトの目標は、地球温暖化の影響を緩和する役割を果たすために、時間内にフュージョンを開発することであると述べました。 「私たちはできるだけ早く熱核力を得ることに焦点を合わせています」と彼は言いました。
軽い原子が結合する熱核融合数千万度の温度で集まってエネルギーを放出することは、世界が発電による気候変動の影響に対処する方法となっています。
原子を分裂させる従来の核分裂発電所と同様、核融合発電所は化石燃料を燃やさず、温室効果ガスを排出しません。
プロジェクトの批判
プロジェクトの野心にもかかわらず、途中で障害核融合プラズマを生成し、それが触れるすべてのものを損傷または破壊する渦巻く超高温の原子の雲を操作することができる機械の作成は巨大です。
何十年にもわたって熱核力に取り組んできた一部の科学者は、Sparcの見通しに熱心である一方で、タイムラインは単に非現実的である可能性があると述べています。
「これらの文書を読む（研究論文-約ed。）は、開発者が私たち全員が夢見ている制御された熱核熱核プラズマを持っていると私に感じさせます」と、プロジェクトに関与していないウィスコンシン大学の物理学者、キャリーフォレストは言いました。しかし、彼はプロジェクトのタイムラインが現実的であるかどうか確信がありません。
Mumgaard博士によると、SPARCはITERよりも小さく（サッカー場と比較してテニスコートのサイズ）、公式の見積もりによると約220億ドルの費用がかかる国際プロジェクトよりもはるかに安価ですが、この数字は制限ではありません。 2018年に設立され、約100人の従業員を擁するCommonwealth Fusionは、このプロジェクトのためにこれまでに2億ドルを調達しました。
SparcとITERの違い
ほぼ一世紀前に始まって以来、核融合実験では、使用するエネルギーよりも多くのエネルギーを生成できる実用的な核融合装置を作成する見通しは依然としてつかみどころがありません。
しかし、Journal of Plasma Physics に掲載された科学者の調査結果によると、SPARC プロジェクトは成功し、消費するエネルギーの 10 倍のエネルギーを生成するでしょう。
調査により、「プロジェクトはMITプラズマ研究融合センターの副所長であり、プロジェクトの主要な科学者の1人であるMartin Greenwaldは、次のように述べています。 Greenwald博士は、Commonwealth Fusionの創設者ですが、現在は同社と提携していません。
SPARCはと同じデバイスタイプを使用しますITER：融合反応が起こるトカマック、またはドーナツ型のチャンバー。プラズマ雲は非常に高温であるため（太陽よりも高温）、磁力によって抑制されなければなりません。
ITERは、液体ヘリウムで冷却する必要のある超伝導ワイヤーを含む巨大な電磁コイルを使用してこれを行います。
ITER融合反応器のモデル（断面）
CC BY-SA 2.0 fr
Greenwaldによると、SPARCはいわゆる高温超伝導体を使用する新しい電磁技術の利点。これにより、はるかに強い磁場を生成できます。その結果、プラズマははるかに小さくなります。
文書は、「この道は高いフィールドはまだ実行可能に見えます」とグリーンワルド博士は言いました。 「エンジニアリングの課題を克服できれば、このマシンは予想どおりに機能します。」
Commonwealth Fusionは、数か月以内にSPARCの所在を発表すると発表しました。
他に誰が熱核エネルギーに取り組んでいますか、そして何か希望はありますか？
Commonwealth Fusionは、多くの1つにすぎません。数億ドルの投資に支えられ、研究機関と協力して核融合エネルギーの開発と商業化に取り組んでいる企業。
たとえば、TAE Technologies は、南カリフォルニアの研究チームは、2 つのプラズマ雲を互いに発射して核融合を引き起こす線形装置を使用する設計に取り組んでいます。
イギリスのオックスフォード大学の子会社であるFirstLight Fusionは、エネルギーを使用して熱核燃料を圧縮および圧縮します。
フォレスト博士はこう言いました。より強力な磁場を使用することにより、SPARC はより「保守的」であると言えます。 「これにより、定義上、より多くのスタートアップ企業との差別化が図られます。危険です」と彼は強調する。
ウィリアム・ドーランド、メリーランド大学の物理学者およびThe Journal of Plasma Physicsの編集者は、ジャーナルがこれらの融合プロジェクトのいくつかの代表者に「彼らの物理的基盤について話す」ように求めたと述べた。 MITとCommonwealthFusionグループはすぐに合意したと彼は言った。
「私の観点からすると、これはこれらのグループの最初のものです。個人的なお金があり、実際に彼らが何をしているのかについて非常に明確です」とドーランド博士は言いました。 -合理的な人々はそれが機能するかどうかについて意見が分かれています。しかし、彼らがステップアップして、通常の科学を使用して何が起こっているのかを教えてくれたことを嬉しく思います」と彼は結論付けています。
結局、どのような結果が期待できるか核融合反応器を開発していますか？技術的プロセスがデバッグおよび制御されれば、人類を救うでしょう。原子を分裂させる代わりに融合することからのクリーンなエネルギーは、少なくとも地球を核廃棄物から保護するでしょう。
一番下の行は何ですか？
プロジェクトにはあらゆる危険と複雑性があるにも関わらず、熱核融合の開発は進んでいますが、人類には代替手段がないようです。人間のニーズとは異なり、地球の能力には限界があります。 SPARC、ITER、その他の新興企業がその約束を果たすかどうかは時間が経てば分かるだろう。
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