プロヴァンスの中心部では、地球上で最も聡明な科学の頭脳が、世界最大かつ最も野心的な科学実験と呼ばれるものの舞台を整えています。
「私たちはおそらくこれまで設計された中で最も複雑な機械を構築しているのです」とラバン・コブレンツ氏は打ち明けた。
当面の課題は、太陽や星に動力を供給するのと同じ反応である核融合を産業規模で利用する実現可能性を実証することです。
これを実現するために、正味エネルギーを生成する世界最大の磁気閉じ込め室 (トカマク) がフランス南部で建設中です。
国際熱核融合実験炉 (ITER) プロジェクト協定は、2006 年に米国、EU、ロシア、中国、インド、韓国によってパリのエリゼ宮で正式に署名されました。
現在、30カ国以上がこの実験装置の製作に協力しており、完成時には重量が2万3000トン、最高1億5000万℃の温度に耐えられると予想されている。
「ある意味、これは国立研究所、大きな研究機関の施設のようなものです。しかし、実際には35か国の国立研究所が集まったものなのです」とITERの広報責任者コブレンツ氏はユーロニュース・ネクストに語った。
核融合はどのように機能するのですか?
核融合は、2 つの軽い原子核が融合して 1 つのより重い原子核を形成し、大量のエネルギーの放出を生成するプロセスです。
太陽の場合、その核の水素原子は、膨大な重力圧力によって融合します。
一方、ここ地球では、核融合を発生させるための 2 つの主な方法が研究されています。
「1つ目は、米国の国立点火施設で聞いたことがあるかもしれません」とコブレンツ氏は説明した。
「重水素と三重水素という2つの形態の水素を、とてもとても小さな、コショウ粒ほどの量で摂取するのです。そして、それらにレーザーを照射します。つまり、あなたは同じことをしているのです。加圧も粉砕しているのです」熱を加えると、エネルギーの爆発が起こります (E = mc²)。少量の物質がエネルギーに変換されます。」
ITER のプロジェクトは、2 番目の可能なルートである磁気閉じ込め核融合に焦点を当てています。
「この場合、800立方メートルという非常に大きなチャンバーがあり、そこに非常に少量の燃料、つまり2～3gの燃料、重水素、三重水素を入れ、さまざまな加熱システムを通じてそれを最大1億5000万度まで加熱します。 」とラバンは言いました。
「これは、これらの粒子の速度が非常に速い温度であり、正電荷で互いに反発する代わりに、結合して融合します。そして、それらが融合すると、アルファ粒子が放出され、中性子が放出されます。」
トカマクでは、荷電粒子は磁場によって閉じ込められますが、高エネルギーの中性子は例外で、中性子は逃げて部屋の壁に衝突し、その熱を伝達し、それによって壁の後ろを流れる水を加熱します。
理論的には、エネルギーはタービンを駆動する蒸気によって利用されます。
ITERの科学部門のセクションリーダー、リチャード・ピッツ氏は、「これは、言ってみれば、一連の研究装置の後継機だ」と説明した。
「1940年代から50年代にロシアで最初の実験が設計・建設されて以来、この分野ではトカマク物理学が約70年間研究されてきた」と同氏は付け加えた。
ピッツ氏によると、初期のトカマクは小型の卓上装置でした。
「それから少しずつ、それらはますます大きくなっていきます。なぜなら、これらの小型デバイスに関する私たちの研究や、小型から大型、さらに大型へのスケーリング研究から、これらのものから正味の融合電力を生み出すためには、これと同じくらい大きなものを作る必要がある」と彼は言った。
融合のメリット
原子力発電所は 1950 年代から稼働しており、原子炉内で原子が分裂し、その過程で大量のエネルギーが放出される核分裂反応を利用しています。
核分裂には、既に実証済みの確立された手法であるという明らかな利点があり、現在世界中で 400 基を超える核分裂炉が稼働しています。
しかし、原子力災害は歴史上まれな出来事ですが、1986 年 4 月のチェルノブイリ 4 号炉の壊滅的なメルトダウンは、原子力災害が完全にリスクがないわけではないことを強く思い出させます。
さらに、核分裂炉は、通常、地層処分場の地下深くに埋められている膨大な量の放射性廃棄物の安全な管理にも取り組まなければなりません。
対照的に、ITERは、同様の規模の核融合プラントは、はるかに少量の化学投入量、わずか数グラムの水素から発電することになると指摘している。
「安全効果は比較にならない」とコブレンツ氏は指摘した。
「材料は2～3gしかありません。しかも、核融合炉の材料である重水素と三重水素、そして出てくる材料である非放射性のヘリウムと中性子はすべて利用されているのです。だから、残りはありません」いわば、放射性物質の在庫は極めて極めて微量である」と彼は付け加えた。
ITERプロジェクトの挫折
コブレンツ氏は、核融合の課題は、これらの原子炉の建設が依然として非常に難しいことであると強調する。
「何かを1億5000万度まで上げようとする。必要なスケールにしようとするなど。それはただ難しいことだ」と彼は言う。
確かに、ITER プロジェクトは、この巨大な事業の複雑さに苦労してきました。
ITER プロジェクトの当初のスケジュールでは、最初のプラズマの日付として 2025 年が設定されており、システムの完全な試運転は 2035 年に予定されていました。
しかし、コンポーネントの障害と新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) 関連の遅延により、システムの試運転のスケジュールが変化し、それに合わせて予算も膨れ上がっています。
このプロジェクトの当初の推定コストは 50 億ユーロでしたが、現在では 200 億ユーロ以上に増加しています。
「私たちはこれまで、単にその複雑さと、初めての機械に搭載された初めての材料や初めてのコンポーネントの多さが原因で、課題に直面しました」とコブレンツ氏は説明しました。
重大な問題の 1 つは、韓国で製造された真空チャンバーのセグメントの溶接面の位置ずれに関係していました。
「到着したものは、溶接部分のエッジに十分な不適合があったため、エッジをやり直す必要がある」とコブレンツ氏は語った。
「その特定のケースでは、それはロケット科学ではありません。核物理学でさえありません。それは単に機械加工を行い、信じられないほどの精度で物事を実現するだけですが、それは困難でした」と彼は付け加えた。
コブレンツ氏は、このプロジェクトは現在、核融合運転開始の2035年の目標にできるだけ近づけることを期待して、順序を変更するプロセスに取り組んでいると述べた。
「最初のプラズマ以前の日付、2025年の最初の機械試験、そして2035年に最初の核融合発電に到達するための一連の4段階に焦点を当てるのではなく、最初のプラズマをスキップするだけです。できるだけその日付を守ることができるように、テストが別の方法で行われるようにしてください」と彼は言いました。
国際協力
国際協力に関する限り、ITER は、プロジェクトに参加している多くの国の間で地政学的な緊張という逆風に耐えてきたという点で、ユニコーンのような存在です。
「これらの国々が常にイデオロギー的に一致しているわけではない。アルファベット社の職場にある特徴的な旗を見ると、中国はヨーロッパの隣に飛んでおり、ロシアは米国の隣に飛んでいる」とコブレンツ氏は指摘した。
「これらの国々が協力するという40年間の約束をするのに確実性はありませんでした。何らかの紛争が起こらないという確信は決してありません。」
コブレンツ氏は、プロジェクトが相対的に健全である理由は、核融合を立ち上げて稼働させることが、世代を超えた共通の夢であるという事実にあるとしている。
「それがその強さを結びつけるものである。そしてそれが、現在のウクライナ情勢において欧州などがロシアに課している現在の制裁を乗り越えてきた理由だ」と付け加えた。
気候変動とクリーンエネルギー
気候変動によってもたらされる課題の規模を考えると、科学者たちが世界に電力を供給するカーボンフリーのエネルギー源を見つけようと競い合っているのも不思議ではありません。
しかし、核融合エネルギーが豊富に供給されるまでにはまだ遠く、ITERですら、自分たちのプロジェクトがエネルギー問題に対する長期的な解決策であることを認めています。
有意義な方法で気候危機と闘うには核融合は遅すぎるという考えに対し、コブレンツ氏は、核融合発電は将来にわたって果たすべき役割がある可能性があると主張する。
「都市を動かすのにエネルギー消費が必要になるほど海面が本当に上昇するとしたら？その規模でエネルギーの課題が見え始めれば、あなたの質問に対する答えは本当に明らかになるだろう」と彼は言う。
「核融合の到着を待つ時間が長ければ長いほど、より多くの核融合核が必要になります。したがって、賢いお金とは、できるだけ早く核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合到着を待ち望む時間が長ければ長いほど、核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合の到着までの待ち時間が長ければ長いほど、核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核融合核材が必要になるのです。」
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