プロトン

米国と日本の物理学者は、磁気的に閉じ込められたプラズマ中で陽子とホウ素11原子の間の核融合を初めて観察した。 この結果は、豊富で経済的なエネルギー源としての陽子・ホウ素核融合の可能性を示していると研究者らは述べている。 しかし、そのようなエネルギー源の科学的根拠は依然としてほとんど証明されておらず、商用発電所には大きな技術的ハードルが立ちはだかっていると警告する人もいる。

あらゆる形式の核融合は、核分裂を悩ませるメルトダウンの可能性や長寿命の廃棄物の問題を引き起こすことなく、ほぼ無限のクリーンなベースロードエネルギーを得ることが期待されています。 しかし、陽子とホウ素（p11B）の融合は、水素同位体の重水素と三重水素が関与する主流の反応と比較して、さらにいくつかの利点をもたらします。

ホウ素は簡単に採掘できますが、トリチウムは地球上に稀少であり、人工的に生成するのは困難です。 陽子とホウ素の反応では、3 つのヘリウム原子 (アルファ粒子) も生成されます。そのエネルギーは原則として電気に直接変換できますが、中性子は発生しないため、原子炉コンポーネントの放射能汚染が大幅に減少します。

ただし、これらのプラスポイントには代償が伴います。 重水素と三重水素の核融合自体は、原子核の相互反発を克服するために約 1 億ケルビンという膨大な温度を必要とします。 しかし、陽子とホウ素の反応には、さらにはるかに過酷な条件、つまり約 15 億ケルビンが必要です。

最新の研究の著者らがNature Communications誌に掲載された論文で説明しているように、通常、プラズマの温度が高くなるほど、より多くのエネルギーがシンクロトロン放射や制動放射の形で放射される。 このため、原子炉に電力を供給するのに必要以上のエネルギーを核融合反応によって生成することが難しくなっている、と研究者らは指摘している。これは、商業プラントが発電の非効率性を克服するために少なくとも50のエネルギー利得を必要とする可能性が高い場合に大きな問題となる。プロセス。

この新しい研究は、カリフォルニアの核融合企業TAE Technologiesのリチャード・マギーらと同僚、土岐市にある国立核融合科学研究所の科学者らによって実施された。 研究者らは同研究所の大型ヘリカル装置（LHD）で実験を行った。これは、必要な核融合燃料がすでに設置されているステラレータで、陽子は高エネルギーの中性ビームとして発射され、不純物を減らすためにホウ素粉末がプラズマに注入される。

TAE は、アルファ粒子が当たると電流を生成する部分的に空乏化したシリコン半導体に依存する検出器を提供しました。 これは、中心プラズマから離れる方向に角度を付け、LHD の大きな磁場によって荷電アルファ粒子を中心プラズマに誘導することで、X 線やその他のプラズマ放射からの信号を誤って記録することを避けるために作られました。

研究者らは昨年2月に数十回の実験ショットを実施した。 彼らは、中性ビームをオンにする前後で検出器の信号を比較し、ホウ素粉末を使用せずにいくつかのショットを実行することによって核融合反応を観察しました。 中性ビームとホウ素粉末の両方を持った場合にのみ、出力が飛躍的に上昇しました。その正確な値は、1秒あたり約1012回の核融合反応を生成していることを示し、これはコンピューターシミュレーションと一致しました。

陽子とホウ素の融合の実証はこれが初めてではなく、科学者らはこれまでに粒子加速器と強力なレーザーを使用してそれを観察していた。 しかし、日米共同研究は、反応が最終的に利用される場所、つまり磁気的に閉じ込められた熱核プラズマ内での反応を研究することが重要であると主張している。 研究者らは、さらに多くの研究を行う必要があることを認めているが、TAE がそのデバイスの 1 つでエネルギー増加を達成できると確信している。

実際、TAEは核融合エネルギーの商業化に向けて順調に進んでいると主張している。 同社は、磁場反転配置融合を研究するために、ますます洗練された一連のリアクターを構築しました。これには、プラズマのパルスをチャンバー内に発射し、回転させることで磁気的に所定の位置に保持することが含まれます。 これまでのところ、陽子・ホウ素核融合（水素プラズマを使用する現在の「ノーマン」反応炉）を実証した装置はないが、同社は、2030年代初頭までにパイロット陽子・ホウ素発電所から送電網に電力を送るつもりだと述べている。