核融合の原理

太陽をはじめとして、宇宙で輝いている恒星のエネルギーは未来のエネルギー源といわれる核融合によって供給されています。2つの原子核が十分近づくと、原子核の間に働く引力(核力)が静電的な反発力(クーロン力)に打ち勝って1つに融合し、新しい原子核が生まれます。これを核融合反応と呼びます。重水素(Ｄ)や三重水素(Ｔ)のような軽い元素は比較的容易に核融合反応が起こります。この場合には、核融合反応によってヘリウムと中性子ができ、全質量がわずかに減少します。この減少した質量に相当する17．6メガ電子ボルトのエネルギーが重水素-三重水素核融合反応に伴なって発生します(Ｅ＝Δｍｃ^2)。

核融合反応が起こるように原子核同士を近づけるためには、1億度以上という超高温状態が必要です。また発電に必要なエネルギーを取り出すために、核融合燃料が十分燃焼する必要があります。このため一定の密度と閉じ込め時間が必要になります。これは物質の第4の状態として知られるプラズマ状態で可能となります。このような超高温のプラズマを閉じ込める方法として、慣性力を使う方法と磁力を使うまったく異なる2つの方法があります。

ｍ(Ｄ)＋ｍ(Ｔ)＝ｍ(Ｈｅ)＋ｍ(ｎ)＋Δｍ(17．6MeV)

核融合への二つの道

核融合反応を十分起こすために超高温のプラズマを閉じ込める方法として、まったく異なる2つの方法があります。1つは超高密度プラズマを瞬間的につくり慣性の力で閉じ込める方法と、強力な磁力で比較的低い密度のプラズマを長時間閉じ込める方法です。前者は慣性核融合方式と呼ばれ繰り返しパルス運転をエンジンに例えられます。また後者は磁場核融合方式と呼ばれ連続燃焼するボイラーに例えられます。

レーザー核融合とは

レーザー核融合では、まず強力なレーザー光をミリメートルサイズの球殻燃料ペレットに均一に照射します。高圧のプラズマができ中心に向けて球殻燃料が加速します。これにより燃料が圧縮(爆縮)し固体密度の数100−1000倍以上の超高密度状態を作ります。効率よく高温・高密度状態を作るには均一な爆縮が必要となります。高密度圧縮とは独立に1000兆ワットにもなる超高強度レーザーで外部から瞬間的(1000億分の1秒以下)に超高密度プラズマを効率的に加熱・点火することができます。高速点火法と呼ばれ、高密度爆縮と加熱を独立に最適化でき、高い核融合利得が期待されている先進的点火方法です

エンジンの過程とよく似たレーザー核融合