世界最大の核融合炉がクリーンエネルギーへの希望を提供

世界最大の核融合炉はクリーンエネルギーへの希望を提供します

強力な鋼製の新しいトカマク原子炉は、最終的に核融合発電の聖杯を達成することを目指しています。

地質学的、水文学的、地震的条件が良好で、水と電気へのアクセスが良好であることから選ばれたフランスのプロヴァンス地方の奥地に、180-国際熱核融合実験炉 (ITER) を収容する広大な180-ヘクタールの施設があります。

従来の発電所は、化石燃料の燃焼または核分裂からの熱を蒸気に変換し、それを使用して機械エネルギーを電気に変換するタービンを回転させます。 これらの方法はどちらも、信頼できる電力源ですが、排出物や放射性廃棄物による環境への影響を伴います。

しかし、有害な副産物なしにこの熱を生成する方法があったとしたら? これは核融合の夢であり、原子核融合によって膨大な量のエネルギーを生成する現在進行中の実験です。

私たちの太陽に電力を供給するプロセスと同じように、核融合は 2 つの水素原子が衝突して単一のヘリウム原子に融合するときに起こります。 これにより、放射性核分裂生成物を生成することなく、膨大な量のエネルギーが生成されます。

大量のエネルギーが生成されている空間で反応を正確に制御する必要があるため、このプロセスを作成することは深刻な工学的課題を提示します。

鋼製の檻の中の星の力

ITER 施設では、世界最大のトカマク炉の建設が進行中です。 1960 年代に開発されたソ連のモデルを基にしたこの実験機の心臓部には、トーラス型の真空チャンバーがあります。

重さ 5,200 トン、容積 1,400 m³ の真空チャンバーは、この種のものとしては群を抜いて最大であり、それを操作する物理学者が実行可能な核融合パワーを生成するために必要な反応を制御することを容易にします。

ITER の実験は、核融合反応を含み、密閉されたこの鉄製の真空容器内で行われ、主要な安全封じ込めバリアとして機能します。 ここで、水素燃料は莫大な熱と圧力にさらされ、プラズマとして知られる高温の帯電ガスに変わります。

この真空環境は、放射線遮蔽を提供し、プラズマの安定性をサポートします。一方、二重の鋼製壁の間を循環する冷却水システムは、原子炉の稼働中に発生する熱を安全に除去します。 核融合には 1 億 5000 万度から 3 億度の温度が必要なため、これは非常に重要です。

磁場の力

内部のドーナツ形状により、内部のプラズマ粒子が壁に触れることなく連続的に円を描くことができます。 この超高温プラズマは、10,000 トンの超伝導磁石によって生成された磁場によって、トカマク炉内に閉じ込められ、制御されています。

-269 度の温度に保つと、従来の磁石よりも強力な磁場を生成できる ITER は、超伝導ストランドが束ねられ、構造用鋼ジャケットに含まれる「高性能内部冷却超伝導体」を使用します。

磁場を生成するこの手段は、代替手段よりも安価でエネルギー消費も少ないため、核融合電力をサポートするために必要な大規模な磁石システムの唯一の実行可能なオプションとなっています。

真空容器とその超伝導磁石システムはすべて、超低温真空空間を提供する ITER クライオスタット内に含まれています。 16,000 m³ で、これまでに製造された最大のステンレス製高真空圧力チャンバーです。

反応器に含まれる極端な温度差により、ステンレス鋼が理想的な選択肢になります。 高温でも低温でも性能を維持できる鋼は、その高い延性と靭性により、ITER にとってかけがえのないものとなっています。

トカマクが 2025 年までに稼働すると予想されているため、核融合物理学者は、これがエネルギー生成のゲームチェンジャーになることを望んでいます。 無限に近いクリーン エネルギーの可能性はまだ先のことですが、商業的な核融合を実現するのであれば、それを利用できるのは鉄鋼の永続的な力であることは明らかです。