移行期と融合エネルギーの可能性

何世紀もの間、人間は 太陽の力を利用する ここで私たちの生活を活性化する しかし、我々は太陽エネルギーを集めること以上に行きたいと思っています。そして、ある日、ミニ太陽から私たち自身を作り出しています。 非常に複雑な科学的および工学的問題を解決できれば、融合エネルギーは グリーン、安全、無制限のエネルギー源。 ちょうど 水から1日に抽出される重水素1キログラム 何十万もの家庭に電力を供給するのに十分な電力を得ることができます。

1950s、科学と工学の研究は 莫大な進歩を遂げた 自立反応で水素原子を融合させるために 小さいが実証可能な金額 核融合エネルギー 懐疑主義者と支持者 最も重要な残りの2つの課題に注意してください。長期的な反応を維持し、電気の融合力を活用するための材料構造を工夫することです。

融合研究者として Princeton Plasma Physics Lab現実的には、最初の商業用融合発電所はまだ少なくとも25年も離れています。 しかし、今世紀の後半に大規模な特典が到着する可能性は、我々が仕事を続けなければならないことを意味します。 融合の可能性の主なデモンストレーションは早く達成できなければならず、融合力を将来のエネルギー計画に組み込むことができなければならない。

太陽、天然ガス、核分裂などの他の発電形態とは異なり、融合は小型では開発できず、単純にスケールアップすることはできません。 実験的な手順は時間がかかり、構築に時間がかかります。 しかし、豊かでクリーンなエネルギーの問題は、 人類への大きな呼びかけ 次の世紀以上の間 最も有望なエネルギー源を十分に活用しないことは愚かなことです。

なぜ融合力?

融合において、水素原子の2つの核(重水素およびトリチウム同位体) 一緒に融合する。 これは比較的困難です。どちらの核も正に帯電しているため、お互いに反発します。 彼らが衝突するときに非常に速く動いている場合にのみ、彼らは一緒に粉砕し、融合し、それによって私たちの後のエネルギーを解放するでしょう。


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これは太陽の下で自然に起こります。 地球上では、強力な磁石を使って、重水素と三重水素の核と電子の非常に高温のガスを含んでいます。 この高温で帯電したガスはプラズマと呼ばれます。

プラズマは非常に暑く(100百万摂氏以上)、正に帯電した核が電気的な反発と融合を克服するのに十分速く動く。 核が融合すると、アルファ粒子(ヘリウム原子の核)と中性子の2つのエネルギー粒子が形成されます。

このような高温にプラズマを加熱することは、融合が始まる前に原子炉に投入されなければならない大量のエネルギーを必要とする。 しかし、いったんそれが起こると、融合は、それ自身の熱を維持するのに十分なエネルギーを発生させる可能性があり、余分な熱を引き出して使用可能な電力に変えることができます。

核融合力のための燃料は本質的に豊富です。 重水素は水に富んでおり、原子炉自体は リチウムから三重水素を作る。 たいてい地元の天然資源とは無関係に、すべての国で利用可能です。

融合力はきれいです。 それは温室効果ガスを放出せず、ヘリウムと中性子のみを生成する。

安全。 がある 暴走反応の可能性はないむしろ、何らかの不具合があれば、血漿は冷却され、融合反応は止まる。

これらの属性はすべて何十年にもわたって研究を動機づけており、時間の経過とともにさらに魅力的になっています。 しかし、その積極性は、融合の重要な科学的課題に対応しています。

現在までの進捗状況

融合の進展は、2つの方法で測定することができる。 1つ目は、高温プラズマの基本的な理解の進歩です。 科学者は物理学の新しい分野を開発しなければなりませんでした。 プラズマ物理学 - 強力な磁場中にプラズマを閉じ込める方法を想起させ、次に熱を発生させ、安定化させ、乱流を制御し、スーパーホットプラズマの特性を測定する能力を発達させる。

関連技術も非常に進歩しています。 我々は持っています マグニチュードでフロンティアを押した、電磁波源と粒子線を プラズマを含み、加熱する。 また、 材料は強い熱に耐えることができます 現在の実験ではプラズマの

フュージョンの進展を商業化へと導く実用的な指標を伝えるのは簡単です。 それらの中の主なものは実験室で生成された核融合力である。核融合発電は1970のマイクロ秒(ミリオン)から10メガワットの融合力(プリンストンプラズマ物理研究所)まで拡大し、 1秒間の16メガワット (イギリスのジョイント・ヨーロッパ・トーラスで)1990で。

研究の新しい章

現在、国際的な科学界は、フランスで大規模な融合研究施設を建設するために団結して取り組んでいます。 呼び出された ITER (ラテン語の "ラテン語")、この工場では一度に約8分の熱融合力の約500メガワットが生成されます。 この電力が電気に変換されると、150,000の家庭に電力が供給される可能性があります。 実験として、我々は、継続的に機能する核融合発電所の準備のために、科学と工学の重要な問題をテストすることができます。

ITERは、トカマク、 "もともとロシアの略語。 これは、プラズマ自体に流れる電流によって部分的に生成される、非常に強い磁場に閉じ込められたドーナツ形のプラズマを含む。

それは研究プロジェクトとして設計されており、電気エネルギーの純生産者ではないが、ITERはプラズマを加熱するのに必要な10メガワットよりも50倍多くの核融合エネルギーを生成する。 これは巨大な科学的ステップであり、最初の "燃焼プラズマこれは、プラズマを加熱するために使用されるエネルギーの大部分が、融合反応自体から生じる。

ITERは 世界人口の半分を代表する政府:中国、欧州連合、インド、日本、ロシア、韓国、米国それは、核融合エネルギーの必要性とその約束についての強力な国際声明です。

道を進む

ここから、融合力に向かう残りの経路には2つの要素がある。 まず、トカマクに関する研究を続けなければなりません。 これは、数ヵ月間安定した状態でプラズマを持続させるために物理学と工学を進歩させることを意味します。 太陽の表面の熱流束の5分の1に相当する熱量に長時間耐える材料を開発する必要があります。 また、中性子を吸収してトリチウムを繁殖させるために炉心を覆う材料を開発する必要があります。

融合への道のりの第2の要素は、融合の魅力を高めるアイデアを開発することです。 4つのそのようなアイデアは:

1)コンピュータを使用して、物理および工学の制約内で核融合炉設計を最適化する。 人間が計算できるものを超えて、これらの最適化されたデザインは、 ねじれたドーナツ形状 非常に安定しており、数ヶ月間自動的に動作することができます。 彼らはフュージョンビジネスで「星座」と呼ばれています。

2)新しい高温超伝導マグネットを開発する 今日のベスト。 そうすれば、もっと小さくて、安価な核融合炉を作ることができます。

3)プラズマを囲む材料として固体ではなく液体金属を使用する。 液体金属が壊れない周囲の物質がプラズマに接触したときにその物質がどのように挙動する可能性があるかについての可能な解決策を提供する。

4)ドーナツ型プラズマを含むビルディングシステム 中央に穴がない、形成する 球形のような形のプラズマ。 これらのアプローチのいくつかは、より弱い磁場でも機能することができる。 これらの "コンパクトトーリー「低視野」アプローチはまた、サイズとコストの削減の可能性を提供する。

政府主導の研究プログラム 両方の構成要素の要素に取り組んでおり、融合エネルギーへのすべてのアプローチ(ならびに宇宙と産業におけるプラズマの理解)に有益な知見が得られます。 過去の10から15までの間、 民間企業もこの取り組みに参加している特にコンパクトなトーリーおよび低磁場ブレークスルーを求めている。 進歩が来ており、豊かで清潔で安全なエネルギーをもたらすでしょう。

会話

著者について

Stewart Prager教授(天体物理学教授)は、プリンストンプラズマ物理研究所の元ディレクター、 プリンストン大学 Princheron Plasma Physics Laboratoryの副所長であるMichael C. Zarnstorff氏は、 プリンストン大学

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

[編集者注:ここには 警告メッセージ 核融合エネルギーについて]

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