米国核融合研究所が日本企業と連携し、高温に対応する専用排気システムを開発

核融合研究に従事する科学者たちは、実験炉と商業電力の間にある最も難解な工学的課題の一つを解決するための新たな計画を始動した。カリフォルニアに位置するDIII-D国家融合施設と日本のエンジニアリング会社である京都融合技術が協力し、核融合反応炉内部で発生する激しい熱に対応するための専用排気システムを共同で構築・試験する。このシステムは、米国エネルギー省が資金提供する試験プラットフォームであるDIII-Dのトカマク装置に直接設置される。核融合は、軽原子を融合させてクリーンエネルギーを生成するプロセスであり、太陽を駆動する過程と同様である。

ほとんどの研究は、トカマクと呼ばれるドーナツ型の磁場室内で行われている。しかし、物質を1億度以上に加熱すると、機械の壁に深刻なリスクをもたらす。

負三角形設計の可能性

トカマクの新しい運用方法において、標準的な反応炉は強力な突然の熱パルスにさらされ、時間とともに内部表面が侵食される。研究者たちはこの問題を解決するために、「負三角形」と呼ばれる設計に目を向けた。京都融合技術は、「負三角形または逆‘D’形状のプラズマは、トカマクのような磁場を含む融合装置にとって、革命的な運用方法となる可能性がある」と説明している。この代替的な幾何学的形状は、不安定な熱突発を抑制し、その影響が反応炉の壁に及ぶ前に余分な熱エネルギーを穏やかに放射する物理的な利点を提供する。

しかし、この設計の展望は期待できるものの、工業用排気システムの構成でその特有の粒子流に対応するテストはまだ行われていない。

新型ダイバータの開発

この新しい計画はこの盲点に直接対処し、京都融合技術が耐熱レンガを生産して、反応炉の煙突として機能するように特別に設計された「ダイバータ」を構築する。設置が完了した後、DIII-D、京都融合技術、コロンビア大学の研究者たちは、トカマクを起動して広範な試験を行う。DIII-D融合技術推進コーディネーターのSuk-Ho Hongは、「商業関連装置における負三角形の性能を理解する必要があり、これが今回の協力を促進した」と述べている。彼は、このプロジェクトが科学者たちに活発でコスト効果の高い試験プラットフォームでこの方法を評価する機会を提供することを強調した。

エンジニアたちは、腔体内で微妙なバランスの挑戦に直面している。機械は核融合を実現するために十分に高いコア温度を維持しなければならず、同時に外側の端は周囲の設備が溶けないように十分に冷却されている必要がある。試験では、逆D形状のプラズマが長時間の運転中にどのように機能するかをテストし、内部コンポーネントの熱負荷と機械的応力を測定する。京都融合技術の社長であるBibake Uppalは、「高中子負荷と熱流量は、核融合発電所の実現可能性における最も重要な課題の一つである」とまとめている。彼は、新型ダイバータの概念をテストすることが商業的実現可能性を証明するために重要であると強調した。

これらの研究結果は、米国エネルギー省が策定したより広範なロードマップに使用され、試験結果は物理学者が全体の発電所コンピュータモデルを検証し、プラズマの安定性を評価し、将来の試験発電所に必要な材料を洗練するのに役立つ。実験データは国際DIII-Dユーザーネットワークで自由に共有される。オープンな研究を通じて、この協力は、世界中の商業核融合企業が電力網に安定した電力を供給できる反応炉を設計するのを支援することを目指している。

排気システムの核融合発展における重要性

核融合技術の発展は、特に高温環境下での熱管理において多くの工学的課題に直面している。この協力は、反応炉内部の熱パルスに効果的に対応できる排気システムの開発を目指しており、核融合の商業的実現可能性を高めるために重要である。負三角形設計の適用は、プラズマの安定性を改善するだけでなく、将来の核融合発電所に重要なデータを提供し、世界の核融合技術の実現をさらに進めることが期待される。