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MIT設計のプロジェクトが核融合発電に向けて大きな前進を達成

MIT設計のプロジェクトが核融合発電に向けて大きな前進を達成

9月5日、大型の高温超伝導電磁石が初めて20テスラの磁場強度まで加速されました。これは、地球上でこれまでに生成されたこの種の磁場の中で最強のものです。この実証実験の成功は、消費量を上回る電力を発電できる世界初の核融合発電所の建設という目標達成における最大の不確実性の解消に役立つと、MITとスタートアップ企業のCommonwealth Fusion Systems(CFS)のプロジェクトリーダーたちは述べています。

コモンウェルス・フュージョン・システムズとMITプラズマ科学・核融合センター(PSFC)が設計・建設したこの大口径・実物大の高温超伝導磁石は、記録破りの20テスラ磁場を実証しました。これは世界最強の核融合磁石です。(クレジット:グレッチェン・エルトル、CFS/MIT-PSFC、2021年)
コモンウェルス・フュージョン・システムズとMITプラズマ科学・核融合センター(PSFC)が設計・建設したこの大口径・実物大の高温超伝導磁石は、記録破りの20テスラ磁場を実証しました。これは世界最強の核融合磁石です。
(クレジット:グレッチェン・エルトル、CFS/MIT-PSFC、2021年)

この進歩は、長い間待ち望まれていた実用的かつ安価な発電所の建設への道を開くものである。

MITニュースオフィスのデビッド・チャンドラー:

「核融合は多くの点で究極のクリーンエネルギー源です」と、MITの研究担当副学長であり、地球物理学のEAグリズウォルド教授でもあるマリア・ズーバー氏は語る。「利用可能なエネルギー量はまさに画期的です。」核融合エネルギーを生み出す燃料は水で、「地球は水で満ちています。水はほぼ無限の資源です。私たちはそれをどのように活用するかを考え出す必要があります。」

新型磁石の開発は、その実現に向けた最大の技術的ハードルと目されています。しかし、この磁石の成功により、数十年にわたり進展が限定的であった地球上の実験室での核融合実証への道が開かれました。この磁石技術の実証に成功したことで、MITとCFSの共同研究チームは、消費エネルギーよりも多くのエネルギーを生成するプラズマを生成・閉じ込めることができる世界初の核融合装置の開発に向けて順調に進んでいます。この実証装置はSPARCと呼ばれ、2025年の完成を目指しています。

日立アメリカ工学教授の[デニス] ホワイト氏は、今週の実証実験はSPARC設計の実現可能性について残された最大の疑問に答える重要な節目となるものだと述べています。「これは核融合科学技術における真の転換点だと私は信じています」と彼は言います。

地球上で太陽のエネルギー源を捕捉するには、1億度以上の高温の物体を、固体との接触を防ぐような方法で捕捉し、閉じ込める方法が必要だ。

これは強力な磁場によって実現されます。磁場は、陽子と電子の熱い渦巻くスープ、いわゆるプラズマを閉じ込める、一種の目に見えない瓶のような役割を果たします。粒子は電荷を持っているため、磁場によって強く制御されます。プラズマを閉じ込めるために最も広く用いられている構成は、トカマクと呼ばれるドーナツ型の装置です。これらの装置のほとんどは、銅製の従来の電磁石を用いて磁場を発生させていますが、フランスで建設中の最新かつ最大のITER(国際熱核融合炉)は、低温超伝導体と呼ばれる物質を用いています。

MIT-CFS核融合設計における主要な革新は、高温超伝導体の使用です。これにより、より小さなスペースではるかに強力な磁場を実現できます。この設計は、数年前に市販化された新しい種類の超伝導材料によって可能になりました。このアイデアは当初、ホワイト氏が担当する原子力工学の授業で、ある課題として生まれました。このアイデアは非常に有望視されたため、その後も授業を数回繰り返しながら開発が進められ、2015年初頭にARC発電所の設計コンセプトが生まれました。ARCの約半分のサイズに設計されたSPARCは、実物大の発電プラントを建設する前に、このコンセプトを実証するためのテストベッドです。

「これは大きな瞬間です」とCFSのCEO、ボブ・マンガード氏は語る。「数十年にわたるこれらの装置研究のおかげで、科学的に非常に先進的なプラットフォームが完成し、商業的にも非常に興味深いものになりました。このプラットフォームによって、装置をより速く、より小さく、より低コストで製造できるようになります」と、磁石の実証実験の成功について彼は語る。

次のステップは、計画中のARC発電所の小規模版であるSPARCの建設で​​す。SPARCの運転が成功すれば、本格的な商用核融合発電所の実用性が実証され、この先駆的な装置の迅速な設計と建設が本格的に進められる道が開かれます。

ズーバー氏は、「磁石の実証された性能に基づき、SPARCが正味正エネルギーを達成できると心から楽観しています。次のステップは規模を拡大し、実際の発電所を建設することです。まだ多くの課題が残されていますが、中でも最も重要なのは、信頼性が高く持続的な運用を可能にする設計の開発です。そして、ここでの目標が商業化であることを考えると、もう一つの大きな課題は経済性です。これらの発電所を、建設と運用において費用対効果の高いものにするには、どのように設計すればよいのでしょうか?」と述べています。

MacDailyNews の見解:これは、もし完成すれば、事実上無制限で安価でクリーンな電力という、全世界にとっての大きな変革をもたらすであろうものへの道のりにおける、科学的かつ工学的な大きなマイルストーンであることは明らかです。

ドク・ブラウンはマクフライ家のゴミ箱の中身をミスター・フュージョンに空け、デロリアンに燃料を補給する。(『バック・トゥ・ザ・フューチャー』1985年)
ドク・ブラウンは、マクフライ家のゴミ箱の中身をミスター・フュージョンに空け、デロリアン・タイムマシンに燃料を補給する。(『バック・トゥ・ザ・フューチャー』1985年)

タグ:ボブ・マンガード、CFS、コモンウェルス・フュージョン・システムズ、デニス・ホワイト、エネルギー、核融合発電、磁場、マリア・ズーバー、マサチューセッツ工科大学、MIT、MIT-CFS、PARC、プラズマ

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