中国の「人工太陽」は、無尽蔵のクリーンエネルギー源に近づきつつある。

中国の「人工太陽」と呼ばれる先進超伝導核融合実験炉（EAST）は、核融合反応の記録を着実に更新し続けている（写真：張大鋼／VCG／ゲッティイメージズ）。

「人工太陽」としても知られる中国の先進的超伝導実験核融合炉（EAST）。

中国科学院の発表によると、EASTトカマク炉は、高エネルギー物質の第4の状態であるプラズマを極めて高密度で安定的に維持することに成功した。これは、これまで核融合開発の障壁と考えられてきた大きな課題である。

中国科学技術大学電気電子工学学院の研究共同筆頭著者であるピン・チュー教授は、「これらの研究結果は、トカマク炉や次世代の燃焼プラズマ核融合装置における密度限界を克服するための実用的かつスケーラブルな道を開くものです」と述べています。

クリーンエネルギーの可能性と課題。

核融合は、化石燃料よりも核廃棄物や気候に影響を与える温室効果ガスの排出が少なく、ほぼ無尽蔵のクリーンエネルギー源となることが期待されています。

1月1日に科学誌「サイエンス・アドバンス」に掲載された新たな研究結果は、人類をこのエネルギー源の利用に一歩近づける可能性がある。一部の研究者は、この利用は今後数十年以内に実現可能になると予測している。

しかし、核融合技術は70年以上も開発が続けられており、依然として実験的な科学分野です。原子炉は、生産できるエネルギーよりも多くのエネルギーを消費することがよくあります。

地球規模の気候変動の影響が続いているため、気候科学者は温室効果ガスの排出を即時かつ大幅に削減するよう求めているが、核融合が現在の気候危機の即時の解決策となる可能性は低いが、将来的には世界にエネルギーを供給する可能性がある。

グリーンウォルドがどのように機能し、限界を克服するか。

核融合炉は、熱と圧力によって 2 つの軽い原子を 1 つの重い原子に融合し、太陽と同様のエネルギーを生成するように設計されています。

地球上の圧力は太陽の圧力よりもはるかに低いため、科学者はプラズマをはるかに高い温度に保つことでそれを補わなければなりません。

中国のEAST原子炉は磁気閉じ込め原子炉（トカマク）であり、長時間にわたってプラズマを継続的に燃焼させるように設計されている。

この原子炉はプラズマを加熱し、強力な磁場を用いてドーナツ型の容器内に閉じ込めます。トカマク型原子炉はまだ核融合活性化（核融合が自立的に持続する状態）を達成していませんが、EAST原子炉は安定した高度に閉じ込められたプラズマループの持続時間を延ばしています。

核融合研究者にとって大きな障害となるのは、グリーンワルド限界として知られる密度限界です。この限界を超えると、プラズマはしばしば不安定になります。プラズマ密度が高くなると原子衝突が増加し、核融合を始動させるエネルギーコストは減少しますが、この不安定性によって核融合は停止してしまいます。

グリーンワルドの限界を克服するために、EAST の科学者は、起動時に初期の燃料ガス圧力と電子サイクロトロン共鳴加熱 (プラズマ内の電子がマイクロ波を吸収する周波数) という 2 つの重要なパラメータを調整することにより、プラズマと反応炉壁の相互作用を慎重に制御しました。

これにより、グリーンワルド限界の 1.3 ～ 1.65 倍という極めて高い密度でプラズマを安定に保つことができます。これは、トカマクの一般的な動作範囲である 0.8 ～ 1 よりもはるかに高い密度です。

世界的な進歩とITERの将来

グリーンワルド限界を超えたのは今回が初めてではありません。米国エネルギー省のサンディエゴにあるDIII-Dトカマク炉は2022年にこの限界を超えており、2024年にはウィスコンシン大学マディソン校の研究者が試験装置を用いてグリーンワルド限界の約10倍の圧力で安定したトカマクプラズマを維持しました。

しかし、EAST での漏れにより、研究者はプラズマを、密度が増加してもプラズマが安定した状態を保つ「ゼロ密度状態」と呼ばれる、以前から理論づけられていた状態まで加熱することができた。

この研究はプラズマ壁自己組織化理論 (PWSO) に基づいており、プラズマと反応器壁の相互作用が厳密に平衡状態にある場合、密度のない状態が実現可能であると仮定しています。

EASTと米国における進展は、新型原子炉開発にとって重要な情報を提供するだろう。中国と米国は共に、フランスに世界最大のトカマク型原子炉を建設するために数十カ国が協力する国際核融合実験炉（ITER）計画に参加している。

ITER は 2039 年までに大規模な核融合生産を開始すると予想されており、将来の核融合発電所への道を切り開きます。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/mat-troi-nhan-tao-trung-quoc-tien-gan-den-nguon-nang-luong-sach-vo-tan-20260112034701305.htm