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阪大・浜ホト・トヨタが挑む「夢の発電設備」 レーザー核融合

3月11日に発生した東日本大震災と原子力発電所事故は、世界のエネルギー政策に大きな影響を与えつつある。特に欧州では反原発の動きが広がり、風力や太陽光など再生可能エネルギーの需要が増える可能性が出てきた。ただ、こうした状況の中で、遠い将来をにらんだ「夢の発電設備」として「レーザー核融合」の研究も進められている。核融合と言っても、原子力ではなく、光を増幅させて強力なレーザー光線を作り、そこで生じるエネルギーを取り出す発電技術だ。核分裂反応を利用する原発よりも安全性が圧倒的に高いとされ、米国のオバマ政権も力を入れている。この分野では日本も負けていない。実は浜松ホトニクストヨタ自動車、大阪大学などが次世代技術の開発を急いでいる。

まず、レーザー核融合の仕組みについて説明したい。これは、重水素などで構成する燃料に強力なレーザーを照射して一気に圧縮させ、原子核同士が融合する際に発生するエネルギーを取り出す。技術的に説明するのは難しいが、簡単に言えば、太陽のエネルギーと同じ仕組みだ。それゆえ、「地上に太陽を」を合言葉に、人類未踏のエネルギーの獲得に向け、世界のレーザー研究者たちが研究に取り組んでいる。

世界的に知られるのが核兵器開発の拠点として知られる米ローレンス・リバモア国立研究所(カリフォルニア州)だ。2009年に、レーザー核融合を研究する新たな施設が加わった。米政府が約4000億円を投じて建設した「国立点火施設(NIF)」だ。オバマ政権も新エネルギー戦略に沿ったものとして、その後も強力に後押ししてきた。

NIFでは12年に計画する「点火」へのカウントダウンが始まっている。192本のレーザービームを直径数ミリの燃料に注ぎ込み、太陽の中心部分と同じように核融合を発生させる。

実現すれば史上初の快挙となる。取り出したエネルギーを熱に変換し、蒸気タービンを回せば発電への道が開けてくる。原発と違って核分裂反応が起きないため、臨界状態になって暴走する危険がないという。レーザーを止めれば核融合の反応もすぐに止まるので、地震に対する安全性も高いとされる。発生する放射線量も微量という。

まさに「究極のエネルギー」と言え、米国では2030年をメドにレーザー核融合炉を商用化するロードマップを描く。ただ、実用化には解決すべき課題も多い。

 NIFのレーザーは「中心点火」という方式を採用し、一度の照射で点火に導くのが特徴だ。そのため高出力のレーザーを発生させる巨大な設備が必要で、NIFでは建屋面積がサッカーコート3つ分ほどと大きい。発電用に実現するには大きすぎるとの見方がある。

こうした課題の解決策となりそうなのが、日本のレーザー核融合研究の総本山である大阪大学が中心になって研究する「高速点火」という技術だ。「中心点火」に比べて使用するエネルギーが小さいため、設備を10分の1程度に小型化できるという。

光産業創成大学院大学では、光技術の事業化を目指す人材育成を進めている(浜松市)

阪大レーザーエネルギー学研究センターの疇地宏センター長は「発電コストを1キロワット当たり10円以下に抑え、経済的な核融合炉の開発を目指したい」と意気込む。もちろん、高速点火を実現するには課題もあったが、浜松ホトニクスが中心となって、大阪大学などと協力、世界を驚かす成果をいくつも出してきた。

浜松ホトニクスはレーザーなど光分野の技術では世界でも突出した存在だ。創業者の昼馬輝夫会長が企業理念とする「未知未踏を追求せよ」という掛け声のもと、レーザー核融合分野の研究も進めてきた。阪大の研究を支援するだけでなく、2005年には自ら私財を出し、浜松市内に光産業創成大学院大学を設立した。阪大のレーザー研から北川米喜教授らを招いた。そして、トヨタ自動車も研究に参加している。

浜松ホトニクスの産業開発研究所に設置されたレーザー核融合の実験施設(浜松市)

これまで最大の課題の1つは、連続照射に耐えられるレーザーの光源だった。従来はフラッシュランプを使っていたが、照射するたびに熱を取る時間を要し、繰り返し照射するのに不向きだった。浜松ホトニクスが半導体レーザーを独自開発し、一気に連続照射への弾みがついた。レーザーを励起する「媒質」についても、神島化学工業がセラミック結晶を開発。従来のレーザーガラスに対して熱伝導度を数百倍に高め、冷却性能が大きく向上したという。

浜松ホトニクスの菅博文取締役(開発本部大出力レーザー開発部長)は「レーザーを照射し、そこで(核融合エネルギーの源となる)中性子を連続して発生させることには成功している。世界でも例はなく、そのために必要なレーザー関連技術などを蓄積してきた」と胸を張る。米国のNIFでの実験が注目されているが、「それが成功すれば、実用化への動きが加速する。我々の(レーザーなどの)研究成果が生かされる可能性がある」とも指摘している。

 また、トヨタがレーザー核融合の研究に参加しているのは意外と受け止める向きもある。ただ、トヨタの藤根学・先端材料技術部長は「どこまで研究をやるのかは決めてはいない」としながらも、「核融合はクリーンで将来のエネルギーになる可能性はある。自動車メーカーとしてサステナブルモビリティを目指しており、その一環として研究を進めたい」と強調する。トヨタは、核融合の研究で学んだ技術が水素をエネルギーとする自動車などの開発にも役立つと見ている。

レーザー核融合の研究で世界をリードする光産業創成大学院大学の北川教授

もちろん、レーザー核融合を使った発電技術の確立には長い時間がかかる。光産業創成大学院大学の北川教授は「今の技術を組み合わせても、発電は可能だろうが、20~30年かけて効率を上げる技術などを確立し、しっかり実用化したい。原発の安全性が疑問視され、再生可能エネルギーの活用が必要とされているが、やはり経済性を考えれば、将来的にレーザー核融合が日本経済を助けるはず」と指摘する。

阪大の疇地センター長は6月、全米科学アカデミーのレーザー核融合の検討委員会に出席し、日本の取り組み状況を説明した。およそ20人の委員全員から熱心な質問攻めにされ、米国も日本の技術に注目を示しているという。

もっとも、日本の研究体制は十分とは言えない。国内での核融合研究は「磁場とじ込め核融合」という方式が主流で、レーザー方式を研究するのは阪大などに限られている。研究予算も限られている。中国もNIF並みの研究拠点の建設を進めているとされ、急速に追い上げつつある。

国内でレーザー核融合発電を実用化するにも、学術研究が目的である大学の範ちゅうを超える。来年のNIFの点火実験が成功すれば実用化に大きく前進するだけに、「国内でもレーザー核融合に力を入れるべきだ」と、疇地センター長は強調する。

レーザー核融合は確かに遠い未来の話かもしれないが、浜松ホトやトヨタのような日本を代表する企業が参加し、世界でも注目される研究成果を出してきた。こうした流れをどこまで政府レベルで支援できるのか。究極のエネルギーであることは間違いなく、日本にとっては負けられない分野だと言えそうだ。

(浜松支局長 大西穣、産業部 牛込俊介)

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