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2015年2月28日 (土)

”夢のエネルギー”核融合発電技術の今、(4/7)

エネルギー

 
 

実用化への「あと1歩」に20年超が経過へ

 1990年代半ばの時点で5.2億Kという温度やQ=1.25を達成したにもかかわらず、いまだに実用化できていないのはなぜか。

 実は、JT-60Uを含むこれらの装置はいずれも、模擬燃料として重水素(D)だけを用いていた。核融合発電を実用化するには、このDと3重水素(トリチウム、T)の核融合であるD-T反応を実現する必要がある。DだけでもD-D反応という核融合反応が起こるが、それを発電に用いるには10億K以上の超高温が必要となる。1億~5億Kでの反応率は非常に小さく、実用化には結びつかない。

 また、Q=1.25という値も実用化にはまだ足りない。理由は、ここでの出力エネルギーは熱の状態で、そこから蒸気タービンで発電すると、得られる電力量は熱エネルギーの6割以下、平均的には4割前後にとどまってしまうからだ。このため、Q>3が発電の最低条件となる。商業運転時の採算性を考えると、トカマク型核融合炉では、Q=50~60という値の実現が必要とされている。ちなみに、連載の後半で触れる海外の核融合ベンチャーの中には、蒸気タービンを用いない新しい発電技術を提唱している企業もある。

 Q値の最終目標とQ=1.25とはまだ開きがあるが、D-T反応であれば、同じ温度でも核融合反応の反応率が飛躍的に高まる。しかも、核融合反応の結果として放出されるα粒子(4Heの原子核)がプラズマを加熱するブースターの役割を果たす。加えて、さらなる大型化で保温性能の向上も見込める。こうした点から、D-T反応を扱う核融合炉であれば、実用化に必要な条件は達成可能と考えられている。

 ただし、D-T反応による核融合炉を実現するには、幾つかの高い技術的ハードルがある。(1)炉内の核融合反応で放出される高速中性子を増殖させた上でリチウム(6Li)に衝突させ、トリチウム(T)を発生させて炉内に注入する仕組み「ブランケット」の実現が必要、(2)放射性物質であるトリチウムの厳重な管理技術が必要になる、(3)プラズマ内の不純物(α粒子など)を排出する仕組みである「ダイバーター」の開発も必要、(4)これまでにない大型の炉が必要、といったハードルだ。

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