2019年7月22日(月)

核融合発電へ一歩前進 プラズマの電子温度が6400万度

科学&新技術
BP速報
2019/6/13 10:50
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自然科学研究機構核融合科学研究所は核融合条件の1つであるイオン温度で1億2000万度を維持したまま、電子温度を従来の1.5倍となる6400万度に上昇させたプラズマの生成に成功したと、2019年6月10日に発表した。将来の核融合炉の実現に「大きく前進した」(同研究所)という。

核融合科学研究所の実験装置、大型ヘリカル装置(LHD)の実験室内部。中心の丸い部分がLHD本体(出所:核融合科学研究所)

核融合科学研究所の実験装置、大型ヘリカル装置(LHD)の実験室内部。中心の丸い部分がLHD本体(出所:核融合科学研究所)

核融合発電は、現行の原子力発電に比べて安全で、燃料が無尽蔵に近い。実用化すれば原子力発電を置き換え、化石燃料がいらなくなるとの期待がある「夢のエネルギー」だ。

核融合発電を実現するには、1億度以上に達する超高温のプラズマを強力な磁場で閉じ込めて維持する必要がある。プラズマは、分子が電離してイオンと電子に分かれて運動している状態。核融合科学研究所はかねて、イオン温度は1億度超を達成していたものの、電子温度は4200万度と低い値にとどまっていた。

■重水素プラズマで閉じ込め性能を高める

核融合科学研究所がイオン温度を維持したまま電子温度を高められたのは、重水素プラズマを使い、電子の加熱方法を工夫したことが大きい。

LHDで生成されたプラズマのイオン温度と電子温度の領域(出所:核融合科学研究所)

LHDで生成されたプラズマのイオン温度と電子温度の領域(出所:核融合科学研究所)

重水素ガスでプラズマを生成すると、通常の軽水素を使うのに比べて、プラズマの閉じ込め性能を高められることが分かっている。その物理機構は解明されていないが、閉じ込め性能が高いと熱が逃げにくくなる。

加熱方法の工夫では、マイクロ波を発生させる発振管とプラズマとの間の伝送路を調整した。マイクロ波の入射時期などを変化させることができて、電子温度を高めることに成功した。

LHDのプラズマ真空容器内部(出所:核融合科学研究所)

LHDのプラズマ真空容器内部(出所:核融合科学研究所)

同研究所の大型ヘリカル装置(LHD)を使った実験で実現した。ヘリカル方式は、磁力線で編んだカゴ状の磁気容器内に高温・高密度のプラズマを閉じ込める、磁場閉じ込め方式の1つ。核融合を実現する方式にはパルス運転(短時間運転)となるトカマク方式の研究も進むが、「ヘリカル方式は定常運転性能に優れる」(同研究所)とされる。

(日経 xTECH 清水直茂)

[日経 xTECH 2019年6月12日掲載]

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