核融合の2つの方式が互いに手を取り合い、実現に向けて動き出した

2024年7月9日

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核融合エネルギー開発において、長年別々の道を歩んできた磁場閉じ込め方式と慣性閉じ込め方式が、商用発電の実現に向けて協力の道を模索し始めた。ITERが主催した画期的なワークショップでは、両陣営の民間の核融合スタートアップ企業のCEOや専門家らが知見を共有し、技術融合の可能性を探った。この歴史的な動きは、核融合発電の商用化を加速させる可能性に繋がりそうだ。

核融合研究における「分裂」の終焉

核融合エネルギー研究の歴史において、磁場閉じ込め方式と慣性閉じ込め方式は長らく並行して、しかし別々に進められてきた。1950年代、科学者たちは制御された核融合が短期間で実現可能だと楽観的に考え、主に磁場閉じ込め方式に注力した。しかし、プラズマ物理学の理解が不十分だったため、必要な核融合エネルギー利得を得るまでには至らなかった。

1960年のレーザーの発明は、核融合科学に革命をもたらした。John Nuckolls氏らの科学者たちは、複数のレーザーを同時に発射して小量の核融合可能物質を圧縮・加熱する爆縮システムにより、核融合に適した条件を作り出せると考えた。1972年、Nuckolls氏の画期的な論文「Laser Compression of Matter to Super-High Densities: Thermonuclear (CTR) Applications」は、この方法による実用的な発電所の基本的な青写真を示した。これが現在「慣性閉じ込め核融合」と呼ばれる方式の始まりだった。

この新たなアプローチの登場により、核融合コミュニティーに「分裂」が生じた。磁場閉じ込めと慣性閉じ込めは、同じ目標を目指しながらも、全く異なる科学的課題に直面していた。磁場閉じ込めプログラムがプラズマ不安定性の最小化と閉じ込めの最適化に注力する一方、慣性閉じ込めプログラムはレーザー同期の膨大な技術的複雑さや爆縮不安定性などの課題に取り組んでいた。

両陣営は互いのアプローチを批判し合うこともあった。磁場閉じ込めの支持者は、慣性閉じ込め方式は発電所の効率に必要なスケールアップが難しく、ネットゲイン核融合に必要な複雑なレーザー配置は非現実的で高コストだと主張した。一方、慣性閉じ込めの支持者は、自分たちのアプローチの方がシンプルで、エネルギー密度が高く、運転制御と再現性において優れていると反論した。

しかし、近年両陣営は大きな進展を遂げている。2022年、米国の国立点火施設が初めて科学的ブレークイーブンを達成し、投入エネルギー2.05 MJに対して3.15 MJの核融合エネルギーを生成した。その後のショットではさらに高いQ値（エネルギー利得率）を記録している。磁場閉じ込め方式でも、JETが最終実験で69 MJという過去最高の核融合エネルギー生成を記録し、ITERはQ≥10という科学的目標を掲げている。

この両陣営の進展を背景に、ITERが主催した初の民間セクター核融合ワークショップが開催された。Fusion Energy InsightsのCEO Melanie Windridge氏が主催したパネルディスカッションでは、Ex-FusionのCEO松尾一輝氏とMarvel FusionのCEO Dan Gengenbach氏が、両アプローチの協力の可能性について議論した。

核融合エネルギー研究の分野は、少数の主要な取り組みによって支配されているが、現在、12カ国に約50の民間核融合新興企業があり、56億米ドル以上の投資を集めている。そのほとんどは、2030年までに商用核融合発電を実現できると主張している。ITERの今回のワークショップは、そうしたスタートアップとITERが情報を共有し、協力の可能性を模索することで、両社の垣根を取り除くために開催された。

松尾氏は、自社の核融合発電への道筋、特に単発式アプローチから連続運転施設へのスケールアップ計画を説明した上で、使用可能な電力への変換の必要性が、慣性閉じ込めと磁場閉じ込めのアプローチの自然な収束をもたらすと指摘した。特に、ブランケットシステム（核融合プロセスを使用可能エネルギーに変換する主要部分）を重要な協力分野として挙げた。「私たちのブランケットシステムは非常によく似ています。この分野における技術的な洞察と革新は、我々のコミュニティでは協力のための重要な分野だと考えられています」。

さらに松尾氏は、材料の課題やITERで開発された診断技術の共有も自社の進歩を加速させると述べた。また、ITERが経験した規制上の障壁が、Ex-Fusionのような慣性閉じ込め核融合企業にとって有利な道筋を開いたと考えている。「ITERが進展するにつれ、核融合発電所の安全性に関する国際標準の定義と確立に役立つでしょう」と松尾氏は述べた。

Gengenbach氏は、ITERで開発されたソフトウェアの一部を共有することがMarvel Fusionの目標達成に役立つ可能性があると考えている。「確かに使いたいコードがいくつかあります」と彼は笑いながら述べた。また、「非常に異なる技術」であるにもかかわらず、プラントの安全性規制の面でも学ぶべき点があることに同意した。

両方式はまだ商用化への道のりで課題に直面しているが、「核融合の分裂」を超えた協力の可能性が、両陣営の核融合発電追求を加速させる可能性がある。この歴史的な動きは、1956年にソ連の物理学者Igor Kurchatov氏が英国のHarwell原子力研究所で行った講演を思い起こさせる。冷戦下で行われたこの講演は、東西両陣営に相手側の研究状況を垣間見せ、科学的な自信を与え、その後10年以上にわたる核融合研究の急速な進展を促した。

今回の動きは核融合発電の歴史的な転換点となるかも知れない。

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