極小のダイヤモンドの球体からクリーンなエネルギーを生み出す技術

　昨年12月5日、米カリフォルニア州の研究所で今後40年は不可能とされた「核融合反応の点火」に成功したそうだ。

　ローレンス・リバモア国立研究所の国立点火施設で行われた実験では、小さなダイヤモンド製の燃料カプセルに192本のレーザー光線を照射。それによる高温と高圧力によって核融合反応が発生した。

　これが革新的なのは、「発生したエネルギーが入力されたエネルギーより大きい」ことが史上初めて確認されたからだ。

　太陽と同じ仕組みで得られる無限のクリーンエネルギー実現へ向けて、重要な一歩が踏み出されたことなる。

　実用化までにはまだまだ克服すべき課題がいくつもあるが、重要な最初の一歩を踏み出せたことで、技術革新が加速すると研究者は期待している。

核融合の核「ダイヤモンド燃料カプセル」

　国立点火施設の”核”とも言えるのが、「ダイヤモンド燃料カプセル」だ。コショウの粒ほどの小さなものだが、その中に核融合を引き起こす燃料が入っている。

　カプセルの生産を担当するのは、ドイツのダイヤモンド・マテリアル社だ。

　カプセルに求められる性能は非常に厳しい。燃料を点火して核融合を引き起こすには、カプセルが完璧につるつるでなければならず、汚染も一切許されない。

　表面のでこぼこを極限まで減らし、不純物もつかない製造法を考案するために長い年月が費やされたという。 核融合反応の点火に成功したローレンス・リバモア国立研究所の国立点火施設。ここには世界最強のレーザーがある / image credit:LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY

　ダイヤモンド燃料カプセルを作るには、炭化ケイ素の芯にダイヤモンドの結晶を丁寧に重ねつつ、丹念に磨いていく。

　それは20〜40個作るのに2ヶ月かかるほど根気のいる作業だが、それでも顕微鏡レベルでは表面にでこぼこが残ってしまう。

　そこで磨き上げたカプセルをさらにダイヤモンドでコーティングしてやる。するとまるで鏡のように美しい表面に仕上げることができる。 ダイヤモンド燃料カプセルの表面は鏡のように滑らか / image credit:LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY

　その後ダイヤモンド燃料カプセルから芯を抜き取り、細いガラス管で「重水素と三重水素」を注入する。これが核融合の燃料となる。

　ここにさらに金と劣化ウランの筒と、カプセル内を冷却するためのアルミ製の筒をかぶせる。こうして3重の層で構成されるダイヤモンド燃料カプセルが完成する。 レーザーによる核融合を起こすには光学技術の進歩も必要 / image credit:LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY

　だがこれだけでは足りない。国立点火施設で使われているレーザーは世界最強のレーザーだ。強力すぎるために、一度起動するだけで、光学系の部品がダメージを受けてしまう。

　そのため国立点火施設の研究者は、1970年代初頭から専門のガラスメーカーや光学機器メーカーと密接に連携して、過酷な実験に耐えられる体制を整えてきた。 世界最強のレーザーを照射し、カプセル内の燃料に核融合を引き起こす / image credit:LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY

夢のエネルギーの実用化へ向けて

　核融合反応の点火に成功したとはいえ、核融合エネルギーの実用化までにはまだまだ時間がかかる。

　今後も研究を続け、核融合発電所の建設にともなう工学的な難題を克服し、高エネルギーの負荷に耐えられる材料を見つけねばならない。

　だがこの成功は、世界各地の優秀な科学者の注目を集め、より多くの開発資金を呼び込むことで、核融合エネルギー開発に弾みをつけてくれるだろうと関係者は期待している。

　ローレンス・リバモア研究所最大の企業パートナー、ゼネラル・アトミックス社のマイク・ファレル氏は、実験の成功によって今後さらなるサポートが期待できるとBBCで語る。

　「この実験は科学者の意見を一変させました。それまで点火はあと40年は無理だろうと思われていたのです。12月の結果は、目を見張るものでした」

　ファレル氏は、一度ブレークスルーが起きてしまえば、その後の展開は一気に加速すると指摘する。基本的な方法さえわかれば、それはどんどんと改善されていくからだ。

　「ライト兄弟による世界初の飛行は1903年のことです。1950年代には超音速機が空を飛びました。40年かそこらで、あっという間に進歩するのです」

References:Scientists are using a tiny diamond sphere that could change life as we know it / The tiny diamond sphere that could unlock clean power - BBC News / written by hiroching / edited by / parumo
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