ITERの遅れは、核融合にとって何を意味するか？
nature briefingのエリザベス・ギブニー(Elizabeth Gibney)は2024年07月08日に、世界最大の核融合エネルギー実験は、他のプロジェクトに先を越されそうであるが、この巨大な原子炉はまだ価値があると科学者は言うと報告した。
費用はUS$50億以上になる。
世界各国の政府が後援するITER実験は、現在、ネットゲイン(net gain)と呼ばれるマイルストーンを達成するこの種の施設としては初めてではないようだ。ネットゲインとは、反応によって直接投入されるエネルギーよりも多くのエネルギーを生み出すことを指す。
しかし物理学者たちは、このプロジェクトは将来の核融合産業の基盤を築く上で依然として不可欠だと述べている。
「延期は劇的に聞こえるが、物理学界ではそれほど大きな影響はないと思う」と、ドイツ・ガルヒングにあるマックス・プランク・プラズマ物理学研究所のプラズマ物理学者レイチェル・マクダーモット(Rachael McDermott, a plasma physicist at the Max Planck Institute for Plasma Physics in Garching, Germany)は「いつ実現しても、ITERは依然として極めて重要で、極めて重要な存在となるだろう。」と言う。
核融合エネルギーの追求(The chase for fusion energy)
資金提供者にそれを納得させることは困難かもしれない。2010年にフランスのサン・ポール・レ・デュランス近郊で建設が始まったこのプロジェクトは、当初2016年までに始動し、2020年に核融合発電を検証する最初の実験を行うことを目指していた。財とサービスの寄付を含め、資金提供者はすでにこのプロジェクトに約US$220億を投じている。現在、民間の核融合企業は、公開実験が開始される前にITERの目標を達成できると予想しているという。
ITERの価値の一部は、プロジェクトが民間企業と経験を共有する可能性にある。遅れの唯一の明るい面は、それがITERが業界とより深く関わるよう促すかもしれない、と核融合エネルギーの発展を追跡するロンドンの企業フュージョン・エナジー・インサイツの最高経営責任者でプラズマ物理学者のメラニー・ウィンドリッジ(Melanie Windridge, a plasma physicist and the chief executive of Fusion Energy Insights, a company in London that tracks developments in fusion energy)は言う。 「ITERは、今それを必要とする民間企業が台頭しているので、プロジェクトの終了までこの知識をすべて保持することはできないと言わざるを得なくなっています。」と彼女は言う。
ITERは加盟国におけるサプライ・チェーンと核融合産業の創出にも重要な役割を担っていると彼女は付け加える。「私たちと彼らというように見るべきではありません。」「誰もが同じ目標を目指しているのです。」と彼女は言う。
実用的なエネルギー源(Viable energy source)
ITERなどの核融合実験は、太陽のエネルギー源である現象を利用することを目的としています。太陽のエネルギーは水素原子の核融合から得られます。このプロセスを地球上で再現すると、ほぼ無尽蔵のクリーンエネルギー源を提供できますが、核融合の条件を整え、その出力を収穫するのは困難です。
2022年、カリフォルニア州リバモアにある米国国立点火施設の科学者(scientists at the US National Ignition Facility in Livermore, California)は、外部ソースではなく反応からの熱によって核融合が維持される「燃焼プラズマ(burning plasma)」を作成しました。これにより、反応を開始するために使用されたよりも多くのエネルギーを核融合から生成し、純利益を達成した最初の施設となりました。
この施設は、ITERとは異なる技術であるレーザーを使用してこれを行いました。しかし、ITERの主な目標の1つである、直接投入された熱の10倍の熱を供給する長寿命の燃焼プラズマの作成をまだ達成した人はいません。これは、核融合が実用的なエネルギー源になり得ることを実証するものと広く見られています。
中国、EU(European Union/欧州連合)、インド、日本、ロシア、韓国、米国の協力によるこのプロジェクトの遅れは周知の事実である。何十年にもわたり、このプロジェクトは一連の遅延、コスト超過、管理上の問題に悩まされてきた。2014年、このプロジェクトの退任する本島修事務局長はネイチャー誌に対し、ITERの稼働開始日が2034年どころか2025年にまで延びたとしても存続できないと語った。
COVID-19パンデミックは協力を妨げ、腐食した部品やコンポーネント間の不一致により、機器のかなりの修理が必要になった。「すべてが完璧にうまくいくとは誰も思っていなかったと思いますが、不一致を予想していたかどうかはわかりません」とレイチェル・マクダーモットは言う。
研究への迅速な道(Fast track to research)
2022年に任命されたITERの現事務局長ピエトロ・バラバスキ(Pietro Barabaschi, who was appointed in 2022)は、2024年06月20日のプロジェクト意思決定評議会の会議で更新されたタイムラインの詳細を発表し、2024年07月03日に記者団に説明した。バラバスキは、この遅れを核融合エネルギーの最近の進展を踏まえてITERの計画を再調整するチャンスだとした。プロジェクトの最初の始動は、2025年から2034年に9年延期される。
しかし、現在の計画では「かなり象徴的な」初期段階を飛ばし、「実際の研究にできるだけ早く」着手する、とバラバスキは述べた。
これは、最初からより完全な機械を使用することを意味し、磁石を使用して水素同位体の超高温プラズマをドーナツ型に圧縮するITERの「トカマク(tokamak)」は、以前のスケジュールよりわずか3年遅れの2036年にフル稼働に達する。原子炉の完全稼働は2035年から4年遅れ、2039年になり、その時点では燃料として水素(hydrogen)、重水素(deuterium)、放射性トリチウム(radioactive tritium)の重質形態が使用される。新しい計画には、核融合に面する壁に、当初計画されていたベリリウム(beryllium)よりも腐食しにくい新素材のタングステン(tungsten)を使用することが含まれている。
しかし、改訂されたスケジュールには約€50億(US$54億)の追加費用がかかるが、その資金は加盟国によってまだ確認されていない。資金提供者の反応について尋ねられたバラバスキは、「様子を見なければなりません」と述べた。バラバスキはさらに、「私の個人的な印象では、このプロジェクトに対する加盟国からの支持は依然として非常に強い」と付け加えた。
ニューヨークのコロンビア大学のプラズマ物理学者カルロス・パス＝ソルダン(Carlos Paz-Soldan, a plasma physicist at Columbia University in New York)は、米国は少なくとも、エネルギー省が2018年に予算に50％の予備費を追加したおかげで、ITERに対する義務を果たせるだろうと述べている。
民間の推進
超伝導磁石の研究者で、ケンブリッジのMIT(Massachusetts Institute of Technology/マサチューセッツ工科大学)から誕生したスピンオフ企業CFS(Commonwealth Fusion Systems/コモンウェルス・フュージョン・システムズ)の共同創設者でもあるブランドン・ソルボム(Brandon Sorbom)は、民間の核融合プロジェクトは、物理学と材料科学への投資と進歩のおかげで、ITERが最初に達成しようとしていた技術的マイルストーンの多くを達成する可能性が高いと述べている。
2023年に世界中でUS$14億の投資を集めた民間企業は、計画に強気だ。
2023年の調査では、企業の65％が、2035年までに核融合プラントが電力網に電力を供給すると予測した。
しかし、バラバスキはこれに懐疑的だ。たとえ核融合の実現可能性が今日証明されたとしても、「2040年までに商業的に展開できる立場にはないと思います」とバラバスキは述べた。「たとえば、プロセスが証明されてから、それを展開して商業的に実現可能にするまでの間には大きな隔たりがあります。」
マクダーモットは、マサチューセッツ州デベンスでMITとCFSが建設中のトカマク技術の小型版SPARC炉(SPARC reactor)が、純利益でITERを上回るプロジェクトになる可能性が高いと考えている。しかし、核融合科学者らは、実験としてのITERは民間企業が行わないことを目的として設計されているとも主張している。核融合物理学の多くの側面は規模に依存しており、ITERの巨大な規模はプラント規模の物理学のユニークな試験台になっているとマクダーモットは言う。ITERはまた、物理学者らに、核融合反応によって生成された多数の高速運動するヘリウム原子核が長期間にわたって相互作用して燃焼プラズマを生成する仕組みを研究する初の機会を提供する。
将来の問題(Future problems)
ITERの研究は、核融合発電所が将来直面するであろう問題の解決も目指しているが、多くの民間企業はまだ十分に真剣に取り組んでいないとマクダーモットは言う。これには、核融合から発生する中性子を使用して希少資源であるトリチウム燃料を「増殖」させる方法のテストや、原子炉内の過酷な条件で材料が損傷する仕組みの研究などが含まれる。最終的には、ITERが核融合中にプラズマ加熱に使われる電力の10倍の電力を生み出すことを目指しているが、ITERがこの電力を発電に使う計画はなく、純利益の計算には直接熱のみが含まれており、実験に使われる他のエネルギー源は含まれていない。
ウィンドリッジは、ITERは公的資金による研究から得られた知識を企業と共有することにますますオープンになっていると言う。5月に行われたこのプロジェクトの最初の官民ワークショップは、主催者が予想していたよりも忙しかった。「これは、ITERの仕事がいかに重要であったかの証です」と同氏は言う。
もし民間企業がITERの規模、コスト、複雑さのほんの一部で持続燃焼プラズマを実現すれば、資金提供者のITERへの取り組みが変わる可能性があるとパツ-ソルデン(Paz-Soldan)は言う。「もしそうなれば、ITERの価値提案を再評価する必要があると思います。」と同氏は言う。「しかし、今はこの話し合いをするのに適切な時期ではないと思います。」
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-02247-2
太陽で起こっている核融合を地上で構築すると言うとんでもない実験である。
南フランスのサン＝ポール＝レ＝デュランス(Saint-Paul-les-Durance, southern France)にある国際核融合プロジェクト「ITER」の緯度、経度。
43°42'37.7"N 5°46'37.2"E
または、
43.710458, 5.776992
https://www.nature.com/articles/d41586-024-02247-2
https://www.nature.com/immersive/d41586-021-03401-w/index.html
https://www.nature.com/articles/d41586-023-04045-8
https://www.nature.com/articles/nature.2014.15621
https://www.nature.com/articles/d41586-022-02976-2
https://www.nature.com/articles/d41586-021-00408-1
https://www.nature.com/articles/nature.2014.16396
2023年06月15日---世界最大の核融合プロジェクトの再生可能エネルギーが大ピンチ
2022年05月14日---ベルナール・ビゴー逝去
2011年12月14日---世界で最も高価な科学的ギャンブル？「ITER」
1989年01月08日---国際科学者会議における小泉総理大臣演説
http://www.mofa.go.jp/region/europe/russia/pmv0301/speech.html