核融合とは何ですか？
核融合（この場合は熱核融合について話しています）は反応です
現代の天体物理学によるとпредставлениям, основным источником энергии Солнца и других звезд является происходящий в их недрах термоядерный синтез. В земных условиях он осуществляется при взрыве водородной бомбы. Термоядерный синтез сопровождается колоссальным энерговыделением на единицу массы реагирующих веществ (примерно в 10 млн раз большим, чем в химических реакциях). Поэтому представляет большой интерес овладеть этим процессом и на его основе создать дешевый и экологически чистый источник энергии. Однако несмотря на то, что исследованиями управляемого термоядерного синтеза (УТС) заняты большие научно-технические коллективы во многих развитых странах, предстоит решить еще немало сложных проблем, прежде чем промышленное производство термоядерной энергии станет реальностью.
プロセスを使用する現代の原子力発電所電力部門は世界の電力需要を部分的にしか満たしていません。これらの燃料は天然の放射性元素であるウランとトリウムであり、自然界におけるその存在量と埋蔵量は非常に限られています。したがって、多くの国がそれらを輸入するという問題に直面しています。熱核燃料の主成分は、海水中に含まれる水素同位体重水素です。その埋蔵量は公的に入手可能であり、非常に大きい（世界の海洋は地球表面積の約 71% を占め、重水素は水を構成する水素原子の総数の約 0.016% を占める）。
燃料の入手可能性に加えて、熱核エネルギー源には、原子力発電所に比べて以下の重要な利点があります。
- CTSリアクターには、核分裂リアクターよりもはるかに少ない放射性物質が含まれているため、放射性生成物の偶発的な放出の結果は危険性が低くなります。
- 熱核反応は、寿命の短い放射性廃棄物を生成します。
- TCBは直接発電を可能にします。
融合反応の成功した実施は、使用される原子核の特性と、反応を開始するために必要な高密度の高温プラズマを得る可能性に依存します。
融合中にエネルギーはどのように放出されますか？
核融合中のエネルギー放出はコア内で作用する非常に強い引力。これらの力は、核を構成するプロトンと中性子をまとめます。それらは非常に強く、距離とともに非常に速く減衰します。これらの力に加えて、正に帯電したプロトンは静電反発力を生み出します。静電力の作用半径は核力の作用半径よりもはるかに大きいため、核が互いに離れると、静電力が優勢になり始めます。
通常の条件下では、核の運動エネルギー軽い原子は、静電反発を克服するには小さすぎるため、核反応に近づいて入る可能性があります。ただし、反発は、「ブルート」力によって、たとえば、高い相対速度で核を衝突させることによって克服できます。
なぜ科学者は核融合をしているのですか？
熱核を開発している研究者消費するよりも多くの電力を生成できる原子炉は、最近の一連の研究で、その設計が機能しなければならないことを示しており、このクリーンで無限のエネルギー源が気候危機の緩和に役立つという楽観的な見方を取り戻しています。
マサチューセッツ州の研究者グループインスティテュートオブテクノロジー（MIT）およびその他の機関は、コンパクトフュージョンリアクターSPARCが実際に機能することを宣言しています。彼らが最近発表された一連の研究で主張しているように、少なくとも理論的には。
チームは、計画段階では予期しない障害や驚きは見つかりませんでした。これは、12の異なる科学機関からの47人の研究者によって書かれた7つの記事に記載されています。
新しい原子炉はまだ建設中ですが、開発の初期段階では、科学者らは10年末までに発電を開始できることを期待している。このプロジェクトの上級科学者の一人、マーティン・グリーンワルド氏はガーディアン紙に対し、この野心的なスケジュールの主な動機は温暖化気候におけるエネルギー需要を満たすことだと語った。 「核融合は、迫り来る気候変動から抜け出すための可能な解決策の一つのようです」と彼は言う。
融合の問題は何ですか、そしてそれはどのように地球を助けることができますか？
核融合、その物理的プロセス私たちの太陽に力を与えるのは、原子が非常に高い温度と圧力で衝突し、重い原子と融合することによって大量のエネルギーを放出するときに発生します。
最初に発見されて以来前世紀、科学者たちは核融合を利用することを模索してきました。核融合は、その燃料である水素同位体が豊富で補充される非常に高密度のエネルギー形態です。さらに、核融合は温室効果ガスや炭素を生成せず、核分裂炉とは異なり、メルトダウンのリスクを伴いません。
しかし、この形態の原子力エネルギーの利用は、「亜原子粒子のスープ」（プラズマ）を何億度にも加熱する必要があり、どの容器でも扱えないほど熱すぎるため、この研究は非常に困難であることが判明した。これを回避するために、科学者たちは、プラズマを所定の位置に保持するトカマクと呼ばれる、強力な磁場が内部を通過するドーナツ型のチャンバーを開発しました。
すでに開発されているものは何ですか？
マサチューセッツ工科大学の科学者子会社のCommonwealthFusion Systemsは、2018年の初めに、前任者よりもコンパクトな新しいリアクターの設計を開始し、来年の前半に建設を開始しました。研究者や会社の関係者によると、彼らのスケジュールが計画通りに進んだ場合、Sparcと呼ばれる原子炉は2030年までにグリッド用の電力を生産する可能性があります。これは、既存の主要な核融合エネルギーイニシアチブよりもはるかに高速になります。
現在の原子炉設計は大きすぎます消費者のために実際に発電するための道路。 MIT と Commonwealth Fusion チームは、最先端の超強力磁石を使用して、コンパクトで効率的かつ拡張性のあるトカマク炉を作成したいと考えています。 「私たちが実際に行ったのは、既存の科学と新しい材料を組み合わせて、新たな巨大な可能性を開くことです」とグリーンウォルド氏は語った。
Sparcデバイスをデモンストレーションした後理論的には、運用に必要なエネルギーよりも多くのエネルギーを生成する可能性があります。9月に発表された研究論文では、次のステップは、グリッド上で発電するリアクターとパイロットプラントを構築することです。
核融合の長所と短所
科学者や起業家は長い間それを約束してきました熱核融合はもうすぐですが、克服できない問題に直面しました。これは、特に風力、太陽光、その他の再生可能エネルギー源が融合ほど強力ではないものの、より効率的で費用対効果が高くなっているため、投資に消極的です。
しかし、状況は変化しています。Bidenの2兆ドルの計画では、彼は高度な核技術を脱炭素戦略の一部と呼んでいました。民主党は1972年以来初めて原子力発電を支援しました。いくつかの大規模な石油およびガス会社を含む民間の資金源からもかなりの投資が行われており、融合は風や太陽よりも長期的な足がかりとして優れていると考えています。
幹部のボブ・マムガード氏によると、コモンウェルス・フュージョンのディレクターである同氏の目標は、太陽光と風力エネルギーを核融合で置き換えることではなく、それらを補完することです。 「大都市や製造業への電力供給など、産業規模では再生可能エネルギーだけでは難しいことがある」と同氏は述べた。 「そこで合成が役に立ちます。」
プラズマコミュニティは全体としてSparcの進歩に熱心ですが、技術的および規制上のハードルを考慮して野心的なタイムラインに疑問を呈する人もいます。
ダニエル・ジェスビー、25年間の科学研究Princeton Laboratory of Plasma Physicsのアソシエイトは、SPARCのような核融合リアクターが代替エネルギー源になる可能性があるかどうかについて疑問を持っています。 Sparcが燃料として使用する水素同位体の1つであるTritiumは、自然界には存在せず、生産する必要があると彼は述べた。
マサチューセッツ技術チーム研究所は、この物質が合成反応自体によって継続的に再生されると想定しています。しかし、ジェスビーは、これには大量の電力が必要であり、原子炉が法外に高価になると考えています。 「私たちが太陽と風のエネルギーを無料で手に入れると思うとき、融合反応に頼るのはばかげているでしょう」と彼は結論付けています。
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