核融合は今熱いように思えますが、核融合発電はどの程度実現に近づいているのでしょうか?

カナダのゼネラル・フュージョンと中国のEAST原子炉による核融合のマイルストーンは、 AI や電化による電力需要の高まりの中で、この潜在的に無限のクリーン エネルギー源が現実になりつつあるという話題があります。 一方、新しい核融合スタートアップが世界中で誕生し、数十億ドルの民間投資を集めている。

ここでは核融合について詳しく見ていきます。 その発展 カナダだけでなく世界中にいます。

核融合とは何ですか?

核融合は、豊富な資源からクリーンで安全な無限のエネルギーを生成する方法として、数十年にわたって研究されてきました。

核融合は、2 つの原子の中心にある原子核が結合して 1 つの原子核となり、より重い元素を形成し、膨大な量のエネルギーを放出するときに起こります。水素の原子核をヘリウムに結合させると、太陽に電力が供給されます。同じ反応が地球上の原子炉でも使用できます。

その反応の燃料である水素は、地球上の水中に広く存在しています。また、ウランなどの放射性元素の原子を分割する従来の原子炉の反応とは異なり、核融合反応では放射性廃棄物が生成されません。しかし、商用核融合炉はまだ利用可能ではない。

なぜ最近核融合が話題になっているのでしょうか？

中国の EAST (実験型先進超電導トカマク) 核融合炉は最近、重要なマイルストーンに達しました。核融合炉は、太陽の中で見られるように、水素を非常に高温にし、プラズマの形で凝縮しておく必要があります。中国科学院は今月初め、EASTが 以前の限界を超えた密度でもプラズマを安定に維持。これにより、将来的にはより小型で安価な商用核融合炉の製造が可能になるかもしれません。 ネイチャーレポート。

50年以上レーザー核融合研究に携わってきたアルバータ大学のロバート・フェドセジェフ教授は、こうした結果は何年も前から予測されていたが、実際にそれを行うことは「一歩前進」だと述べた。

あ 2024 年 11 月の発表 ブリティッシュコロンビア州リッチモンドに拠点を置くゼネラル・フュージョン社からも ニュースで再び浮上した 今月のこの記録は、どれだけの核融合が起こったかを示す副産物である中性子の生成における「世界記録」と言われています。

フェドセイェフ氏は、この記録はゼネラル・フュージョン社独自の技術にのみ適用されると述べ、政府が資金提供した一部の核融合炉は他の技術と桁違いに多くの核融合を行っていると述べた。しかし、ゼネラル・フュージョンは「他の多くの企業よりも進んでいる」と付け加えた。 [fusion] 中性子をまったく生成していないスタートアップ企業です。」

カナダ原子力協会の核融合エネルギーおよび加速器科学技術部門の元共同議長であるブレア・ブロムリー氏は、最近の発展はどちらも重要だが漸進的であると述べた。

その他のカナダのフュージョンニュースでは、 オンタリオ州の新しい核融合エネルギーセンター 2か月も経たないうちに発表されました。連邦政府と王立企業アトミック・エナジー・オブ・カナダ社から3,300万ドル、オンタリオ州政府と王立企業オンタリオ・パワー・ジェネレーション社から1,950万ドル、核融合スタートアップのステラレックス・グループ・リミテッドから3,900万ドルで設立される。 ステラレックス 言う 同センターの使命には、実証炉の設計、建設、運転が含まれる。、しかしタイムラインは提供していません。

なぜ最近核融合に世界的な関心が集まっているのでしょうか?

アンドリュー・ホランド氏は核融合産業協会（FIA）の最高経営責任者（CEO）である。FIAは中国以外の世界のすべての主要な民間核融合企業を代表しているという世界的組織である。

ホランド氏は、データセンターやAIからのエネルギー需要が高まる中、世界中の投資家が気候変動とエネルギー安全保障について考えていると述べ、「理想的には、カーボンフリーで常時稼働の常時利用可能なエネルギーがもっと必要だ。フュージョンはそれを解決できる」と語った。

その一方で、「科学は、企業が次に製造するマシンが機能するという確信を持てるまでに進歩した」と同氏は述べた。

この業界団体は2021年に24社が加盟して設立された。過去 5 年間で核融合企業の数は 2 倍以上の 53 社に増加し、民間の核融合スタートアップには 100 億ドル以上が投資されました。

投資家には以下が含まれます ハイテク企業のマイクロソフトとグーグル、億万長者のビル・ゲイツとジェフ・ベゾス、そして石油会社のシェブロンだ。

FIAによると、加盟国の過半数は2030年代に核融合による送電網の発電が実現すると予想しているという。

それは楽観的に聞こえます。実際、私たちはどれくらい近いのでしょうか？

核融合の課題は、反応を開始するのにさえ莫大なエネルギーを費やす必要があることです。

3年前、 融合反応 米国ローレンス・リバモア国立研究所の国立点火施設にて 生成された 投入されたエネルギーよりわずかに多くのエネルギー。これは、核融合反応によって正味エネルギーが生成されたのは初めて (そしてこれまでのところ唯一) でした。

フェドセイェフ氏は、「意識が本当に高まり、おそらく楽観的な見方ができた」と語った。

しかし、投入したエネルギーよりもわずかに多くのエネルギーを放出するだけでは十分ではありません。 発電所ではこの比率をさらに高くする必要があります。

ITER（国際熱核融合実験炉）は、中国、欧州連合、インド、日本、韓国、ロシア、米国の協力により推定130億ユーロ（210億カナダドル）の費用をかけてフランスで建設中の巨大核融合炉で、それを達成することを目指している。 500メガワットの核融合発電を生成するには50メガワットの電力が使用されます。これはLLNLの約10倍です。、約 250,000 世帯に電力を供給するのに十分な量 —そして2030年代後半には稼働する予定です。

フェドセイェフ氏は、科学者たちはこれほど大きな核融合炉がこれを実現できるとかなり自信を持っていると述べた。

しかし、核融合発電所を稼働させるまでには他の課題が残っています。

猛暑と、 核融合反応によって生成される放射線は原子炉に損傷を与え、その運転寿命はおよそ「総運転時間1時間未満」に制限されるとフェドセイェフ氏は述べた。ただし、それは数百秒の運転を十数回に分けて行うことになるという。 Eそれを拡張するには、新しい材料などのエンジニアリングとソリューションが必要になります。

核融合促進におけるカナダの役割

加えてn 成果を伴う課題に対して、n自立した燃料システムをまだ開発していない人もいます。

今日の核融合炉は、重水素と三重水素と呼ばれる 2 種類の異なる水素を組み合わせることに依存しています。

重水素は水中に自然に存在しますが、三重水素は中性子とリチウムを使用して製造されます。将来的には、技術者らは、核融合反応で生成された中性子を、より多くのトリチウムを生成するリチウムの「増殖」コンテナに供給するシステムの構築を目指しているが、それはまだ存在していない。

それまでの間、トリチウムを別の場所で製造し、原子炉に供給する必要があります。

現在、世界の商用トリチウムのほとんどはオンタリオ州のCANDU原子炉で生産されている。

カナダの供給品 トリチウムおよびトリチウム関連機器および技術 ITERにトリチウムを供給し、核融合のために英国原子力庁にトリチウムを供給する予定だ。

コストを下げる必要がある

ITER のような巨大原子炉は核融合発電を生成できるかもしれませんが、非常に高価です。現在の問題は、商用核融合炉が他のゼロカーボン電源と経済的に競争できるかどうかだ、とブロムリー氏は語った。。 Fusion は、従来の原子力や水力発電など、より継続的な「ベースロード」電源と競合することを目指しています。一方、太陽光と風力はすでに化石燃料よりも安価です。

そのため、核融合スタートアップ企業は、高温超伝導磁石などの新技術を利用して、より小型で安価な原子炉を製造する方法を見つけようとしている。

ブロムリー氏は、科学は民間産業が政府と並行して多くの実際的な技術的および工学的課題に取り組むことができる段階にあると述べています。

「民間部門の多くの人々は、これは問題であり、利益を上げ、世界的に必要とされている問題に対処する機会だと考えてきた」と同氏は語った。

ホランド氏は、現在、核融合炉の実現に十分近づいているため、産業界はサプライチェーンの構築を開始し、政府はそれを支援するための公共政策や規制の整備を開始する必要があると考えていると述べた。

「私たちは、これが近づいていることを人々に認識させ始めなければなりません」と彼は言った。 「私たちは、人々がこれがいかにエキサイティングなものかを知ってもらい、実際に自分たちのコミュニティにこれを建てたいと思ってもらえるようにしなければなりません。」