核融合発電のしくみとそれを追求するスタートアップ

何十年もの間、人類は星の力を利用して地球上で発電することを目指してきました。そして、それと同じくらい長い間、その目標の達成はわずか 10 年先のことのように思われていました。

現在、多数の新興企業がこれまで以上に接近しており、送電網に電力を供給できる核融合炉の建設を急いでいる。

Fusion スタートアップは 100 億ドル以上の投資を集めています。 十数人が1億ドル以上を集めた。データセンターからのエネルギー需要が増大し、核融合スタートアップがゴールラインに近づくにつれ、投資家が業界に引き寄せられ、昨年は多くの大規模な資金調達ラウンドが終了した。

核融合発電の核心は、原子の融合によって放出されるエネルギーを利用して発電することです。人類は、制御されていない核融合の一例である水素爆弾から、世界中の実験室で作られた無数の核融合装置に至るまで、原子を融合する方法を数十年にわたって知ってきました。実験用核融合装置は核融合を制御することができ、反応を引き起こすのに必要な以上のエネルギーを生成することができました。

しかし、それらのどれも、発電所を可能にするのに十分な余剰を生み出すことができていません。

この問題を解決するために、核融合スタートアップ企業はさまざまなアプローチを試みています。専門家の間では、どれが成功する可能性が最も高いかについてさまざまな意見がありますが、この業界はまだ初期段階にあるため、何も保証されていません。

ここでは、核融合発電への主なアプローチの概要を示します。

磁気閉じ込め

磁気閉じ込めは、最も広く使用されている技術の 1 つで、強力な磁場を使用して、核融合装置の心臓部である過熱粒子のスープであるプラズマを閉じ込めます。

磁石は非常に強力なはずです。 コモンウェルス フュージョン システム たとえば、CFS は、一般的な MRI 装置よりも約 13 倍強力な 20 テスラの磁場を生成できる磁石を組み立てています。必要な電力量を処理するために、磁石は高温超伝導体で作られていますが、液体ヘリウムを使用して -253°C (-423°F) まで冷却する必要があります。

CFS は現在、マサチューセッツ州でさらに加速されたタイムラインで Sparc と呼ばれるデモンストレーション デバイスを構築しています。同社は2026年後半に発電を開始する予定で、すべてが順調に進めば、2027年か2028年にバージニア州にある商用規模の発電所であるアークの建設が開始される予定だ。

磁気閉じ込めを使用する核融合装置には、トカマクとステラレーターという 2 つの主なタイプがあります。

トカマクは 1950 年代にソ連の科学者によって初めて理論化され、それ以来広く研究されてきました。トカマクには 2 つの基本的な形状があります。D 字型の輪郭を持つドーナツと、中央に小さな穴のある球です。ヨーロッパ共同トーラス (JET) と ITER は 2 つの注目すべき実験トカマクです。 JETは1983年から2023年まで英国で運用され、ITERは2030年代後半にフランスで運用が開始される予定だ。

英国を拠点とする トカマク・エネルギー は球状トカマクの設計に取り組んでいます。同社の ST40 実験機は現在アップグレード中です。

ステラレーターは、磁気閉じ込め装置のもう 1 つの主要なタイプです。血漿をドーナツ状の形状内に保持するという点でトカマクに似ています。しかし、トカマクの幾何学的な側面とは異なり、ステラレーターはねじれたり回転したりします。不規則な形状は、プラズマの挙動をモデル化し、強制的に規則的な形状にするのではなく、プラズマの癖に合わせて磁場を調整することによって決定されます。

Wendelstein 7-X は、マックス プランク プラズマ物理学研究所によって運用されている、モジュール式超伝導コイルを備えた大型ステラレーターです。は 2015 年からドイツで事業を展開しています。いくつかの新興企業も独自のステラレーターを開発しています。 プロキシマ フュージョン、 ルネッサンス フュージョン、 シーアエナジー、 そして タイプ 1 エネルギー。

慣性閉じ込め

核融合へのもう 1 つの主なアプローチは慣性閉じ込めとして知られており、内部の原子が融合するまで燃料ペレットを圧縮します。

ほとんどの慣性閉じ込め設計では、レーザー光のパルスを使用して燃料ペレットを圧縮します。いくつかのレーザービームが一度に発射され、その光パルスがあらゆる角度から燃料ペレットに同時に収束します。

これまでのところ、慣性閉じ込めが唯一のアプローチです。 マイルストーンを破った 科学的損益分岐点として知られています。これは、反応によって消費されるエネルギーよりも多くのエネルギーが放出されるときです。これらの実験は、カリフォルニア州ローレンス・リバモア国立研究所の国立点火施設（NIF）で行われた。特に、科学的な損益分岐点を決定するための測定には、実験施設に電力を供給するために必要な電力などが含まれていません。

それでも、十数社近くの新興企業が慣性閉じ込めに十分な可能性を見出し、それを中心とした原子炉を設計している。 エネルギーを集中、 イナーシャ・エンタープライズ、 マーベル・フュージョン、 そして キシマー レーザーを使用した注目すべき例をいくつか挙げます。

ただし、レーザーを使用していない企業が 2 社あります。1 つはピストンの使用を提案している First Light Fusion です。 パシフィック フュージョン、レーザーの代わりに電磁パルスを使用することを計画しています。

さらに今後も

これらは核融合発電への 2 つの主なアプローチですが、これらが唯一ではありません。間もなく、磁化ターゲット核融合、磁気静電閉じ込め、ミューオン触媒核融合などの代替設計に関する詳細を追加する予定です。