アメリカの科学者たちは、核融合からエネルギーを生み出すという長い間とらえどころのない目標に大きなブレークスルーをもたらしたと彼らが呼んでいるものを発表しました。
米国エネルギー省は 13 年 2022 月 XNUMX 日に、科学者は初めて、そして数十年にわたる試みの後、投入しなければならなかったエネルギーよりも多くのエネルギーをプロセスから引き出すことに成功したと述べました。
しかし、開発はどれほど重要ですか？ そして、豊富でクリーンなエネルギーを提供する核融合の長年の夢は、どれくらい先にあるのでしょうか? キャロリン・クランツミシガン大学の原子力工学の准教授で、核融合の記録を破ったばかりの施設で働いていた、この新しい結果を説明するのに役立ちます.
核融合室で何が起きたのか?
融合 は、XNUMX つの原子を結合して、総質量がわずかに少ない XNUMX つまたは複数の新しい原子を作成する核反応です。 アインシュタインの有名な式 E = mc で説明されているように、質量の差はエネルギーとして放出されます。2 ここで、エネルギーは光速の XNUMX 乗に質量を掛けた値に等しくなります。 光の速度は非常に速いため、核融合で起こるように、ごくわずかな質量をエネルギーに変換すると、同様に膨大な量のエネルギーが生成されます。
米国政府の研究者 国立点火施設 カリフォルニアでは、「核融合点火」として知られていることを初めて実証しました。 点火とは、核融合反応が外部ソースからの反応に投入されるよりも多くのエネルギーを生成し、自立することです。
National Ignition Facility で使用された技術では、192 のレーザーを 0.04 インチ (1 mm) の燃料ペレット 重水素とトリチウム（中性子を追加した水素の20つのバージョン）でできており、金のキャニスターに入れられています。 レーザーがキャニスターに当たると、燃料ペレットを鉛の約 5 倍の密度、華氏 3 万度 (摂氏 100 万) 以上に加熱および圧縮する X 線が生成されます。太陽。 この状態を長く維持できれば、 燃料は融合してエネルギーを放出します.
燃料とキャニスターは、実験中に数十億分の XNUMX 秒以内に気化します。 研究者たちは、装置が熱に耐え、核融合反応によって放出されたエネルギーを正確に測定できることを願っています。
それで、彼らは何を達成しましたか？
核融合実験の成功を評価するために、物理学者は核融合プロセスから放出されるエネルギーとレーザー内のエネルギー量の比率を調べます。 この比率は ゲインと呼ばれる.
ゲインが XNUMX を超える場合は、レーザーが放出したエネルギーよりも多くのエネルギーが核融合プロセスで放出されたことを意味します。
5 年 2022 月 15 日、National Ignition Facility は XNUMX 万ジュールのレーザー エネルギー (ヘアドライヤーを XNUMX 分間動かすのに必要な電力量) で燃料のペレットを発射しました。 これが融合反応を引き起こし、 XNUMX万ジュールを放出. これは約 1.5 倍の利益であり、これまでの利益の記録を打ち破っています。 0.7年2021月施設でXNUMX達成.
この結果はどれほど大きな取引ですか?
核融合エネルギー エネルギー生産の「聖杯」でした 半世紀近く. 1.5 倍の増加は、真に歴史的な科学的ブレークスルーであると私は信じていますが、核融合が実行可能なエネルギー源になるまでには、まだ長い道のりがあります。
2 万ジュールのレーザー エネルギーは 3 万ジュールの核融合出力よりも小さかったが、施設はほぼ レーザーの生成に 300 億ジュール この実験で使用されます。 この結果は、核融合点火が可能であることを示していますが、核融合が正味の正のエネルギーリターンを提供できるポイントまで効率を改善するには、システム全体だけでなくエンドツーエンドシステム全体を考慮すると、多くの作業が必要になります。レーザーと燃料の間の単一の相互作用。
何を改善する必要がありますか?
科学者がこの結果を生み出すために何十年もの間着実に改善してきた核融合パズルのピースがいくつかあり、さらに作業を進めることでこのプロセスをより効率的にすることができます.
まず、レーザーは 1960で発明された. アメリカ政府のとき 2009年に国家点火施設の建設を完了、それは世界で最も強力なレーザー施設でした。 ターゲットに XNUMX 万ジュールのエネルギー. 現在発電している 50 万ジュールは、 地球上で次に強力なレーザー. より強力なレーザーと、これらの強力なレーザーを生成するエネルギー集約型の方法が少ないと、システムの全体的な効率が大幅に向上する可能性があります。
融合条件は 維持するのが非常に難しい、そしてany カプセルまたは燃料の小さな欠陥 必要エネルギーが増加し、効率が低下する可能性があります。 科学者たちは多くの進歩を遂げてきました より効率的にレーザーからキャニスターにエネルギーを伝達する と キャニスターから燃料カプセルへのX線放射、しかし現在は約 10パーセント30 総レーザー エネルギーの XNUMX つは、キャニスターと燃料に伝達されます。
最後に、燃料の一部である重水素は自然に トリチウムは海水に豊富に存在するが、はるかに希少である. Fusion自体が実際に生成する トリチウムであるため、研究者はこのトリチウムを直接収穫する方法を開発したいと考えています。 その間に、 必要な燃料を生産するために利用可能な他の方法.
核融合が家庭用の電気を生成する前に、これらの、およびその他の科学的、技術的、工学的なハードルを克服する必要があります。 核融合発電所のコストを現在よりも大幅に下げる作業も必要です。 3.5 億米ドルの国家点火施設. これらのステップには、連邦政府と民間企業の両方からの多額の投資が必要です。
核融合をめぐる世界的な競争があり、世界中の他の多くの研究所との間で注目に値する さまざまな技術を追求. しかし、国立点火施設からの新しい結果により、世界は初めて、 融合の夢は実現可能.
この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.
画像のクレジット： 米国エネルギー省/ローレンス リバモア国立研究所
