中国は「人工太陽」の実験で新たな節目

合肥にあるトカマク炉のイラスト(写真:x @ChinaScience)

ジャカルタ - 中国は核融合エネルギー開発の重要な進歩を再び記録しました。実験的先進超伝導トカマク(EAST)に取り組む研究者、またはしばしば「人工太陽」と呼ばれています。

中国は、プラズマ密度の限界を超えて、世界中の核融合実験を何十年も制限してきた核融合炉を運転することに成功しました。この成果は、将来の核融合炉の効率を向上させることができると考えられています。

東は合肥に位置し、超伝導磁石を使用して非常に高温のプラズマを保持するトカマク炉です。核融合の原理では、プラズマの密度が高ければ高いほど、核融合反応が起こる可能性が高くなります。

しかし、トカマクの大部分では、過度の密度増加は不安定性を引き起こし、プラズマが崩壊してリアクター壁と接触する。この境界は広くグリーンウォルド制限として知られています。

EASTの研究チームは、問題がプラズマ密度のレベルにのみ関連しているわけではないと判断しました。中国科学院プラズマ物理研究所の研究者は、密度の限界がプラズマへの汚染物質、特に炉内壁から離れた金属粒子への汚染物質の流入と強く関連していることを発見しました。核融合装置で広く使用されている材料であるタングステンは、汚染物質の主要な寄与者の一人として特定されました。

この現象を理解し制御するために、研究者たちは境界プラズマ壁相互作用自己組織化(PWSO)と呼ばれるモデルを開発しました。このモデルは、電子サイクロトロン共鳴加熱と初期電荷ガススタータメソッドを組み合わせて、EASTで直接テストされました。このアプローチは、プラズマ端部のタングステンの影響を減らすことができることが証明されました。

汚染レベルがより制御された場合、プラズマは研究者によって「密度フリーゾーン」と呼ばれる安定した状態下で動作することができました。この状態では、原子炉は乱れや不安定性を引き起こすことなく伝統的な密度限界を超えることができます。実験結果はまた、PWSOモデルの予測と強い相関を示した。

この発見は、科学進歩誌に掲載され、将来の高密度核融合炉の設計のための新しいガイダンスを提供すると考えられています。商業的な核融合発電所は依然として長期的な目標ですが、この成果は、磁気閉じ込めによる核融合技術の開発を阻害してきた主要な実用上の課題の1つに答えることができると考えられています。