核エネルギー

核融合をおこすほど高温のプラズマは、ふつうの材料では閉じこめることはできない。プラズマは急速に冷却し、容器の壁は高温で破壊されるであろう。しかし、プラズマは電荷をもった原子核と電子でできているので、強い磁力線の回りをしぼりこまれた螺旋(らせん)状に運動する。これを利用すると、適切に設計された磁場をくわえることによってプラズマを物質の壁と反応させないで閉じこめることができる。

核融合装置が実用になるためには、エネルギー出力がプラズマを加熱し閉じこめるために必要なエネルギーをうわまわらなければならない。この条件は、プラズマを閉じこめる時間tとプラズマの密度nの積が10¹⁴より大きくなったときにみたされる。関係式

t n ≧ 1014

は、ローソン条件とよばれる。

アメリカ、ソ連、イギリス、日本などで、1950年以来さまざまなプラズマの磁気閉じ込め方式が検討されてきた。熱核反応は観測されてきたが、ローソン値が10¹²をこえることはほとんどなかった。しかし、タムとサハロフによって提案されたトカマクという装置が、1960年代初めに有望な結果をしめしはじめた。

トカマクの閉じ込め容器は、小円の直径が約1m、大円の直径が約3mの円環体をなしている。大型電磁石により、約5万ガウスの環状(トロイダル状)の磁場が、この容器の中につくられる。円環と結合したトランスコイルで、プラズマの中に数百万アンペアの縦方向の電流が誘導される。その結果つくられる磁力線は円環体の中に螺旋をえがき、プラズマを安定的に閉じこめる。

小さいトカマクでの実験が成功したのち、1980年代初期から中期にかけて、アメリカのプリンストン大学、イギリスにある合同ヨーロッパトーラス研究所(JET)、日本原子力研究所(現、日本原子力研究開発機構)に3つの大型装置が建設された。トカマクでは、プラズマの高温はトロイダル状の大電流によって自然に抵抗加熱によってつくられる。新しい大型装置においては、中性ビームの注入によってさらに加熱がおこなわれ、点火条件が達成される。

核融合エネルギーをえるためのもう1つの方法は、慣性閉じ込めによる方法である。この方法では、三重水素や重水素の燃料が小さいペレットに封入され、数方向からパルスレーザービームをあてる。これによってペレットが爆縮して核融合反応をおこし、燃料が点火する。アメリカ、日本など数カ国の研究所で、この方法の可能性が現在追求されている。核融合の研究は有望ではあるが、消費するよりも多くのエネルギーを生産するような、安定的な融合反応装置の開発には、おそらくなお数十年を要するであろう。研究は高価でもある。

しかし、1990年代初期に、若干の進歩があった。91年、歴史上はじめて、170万Wという相当量のエネルギーが、JETにおいて、制御された核融合によって発生した。93年12月には、プリンストン大学の研究者たちがトカマク融合実験炉で、出力560万Wの制御された核融合反応に成功した。しかし、いずれの場合も、運転に消費したエネルギーのほうが、生産したエネルギーよりも大きかった。さらに日本原子力研究所では0.61秒間、プラズマの閉じ込めに成功した。

もし核融合エネルギーが実用になれば、理論上、(1)海洋からの重水素が無尽蔵の燃料資源となる、(2)装置内の燃料の量が少量なので原子炉事故の可能性がない、(3)生成廃棄物の放射能が少なく、核分裂生成物よりも扱いが容易であるなどの利点が予測される。しかし、大規模技術の常として予測をこえた諸問題が発生することも歴史はおしえている。