超巨大レーザーによる核融合、石油への依存を削減する可能性

米ローレンス・リバモア国立研究所にあるレーザー核融合実験施設の国立点火施設（NIF）で、核融合燃料の格納容器ターゲットチャンバーに導かれるレーザーのエネルギーを増幅するプリアンプモジュール（PAM）の様子（Lawrence Livermore National Laboratory）

1973年から今日まで、中東での戦争の影響による原油価格の高騰が常に人々の悩みの種となっている。だが、石油への依存を永久に終わらせることができたら、どうなるだろうか。これは人々の長年の夢であり、今や現実に少なくとも一歩近づいているのは、米国の科学の大胆な偉業である、とてつもなく強力な巨大レーザーのおかげだ。

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■核融合とは

太陽が輝いているのは、核融合反応が起きているからだ。水素のような単純な原子同士が非常に密に圧縮されることで一体化（融合）し、より少し複雑な元素のヘリウムになる反応だ。エネルギー（E）と質量（m）の等価性を表す物理学者アルバート・アインシュタインの有名な法則E=mc2（cは光速）により、水素が融合してヘリウムができる核融合反応では、わずかな質量がエネルギーに変換される。このエネルギーを捕捉すれば、発電タービンのようなものを動かすことができる。

核融合は、既存の原子力発電所に動力を供給している核分裂反応とはまったく異なる。核分裂反応はウランなどの大きな元素の原子核を分裂させ、この過程で有用なエネルギーを抽出するが、汚染物質が発生する。大量の放射性廃棄物が残されるため、数万年間にわたって安全に保管しなければならない。だが、新世代の核分裂炉は、はるかに少量の廃棄物しか生じないことも注目に値する。その一方で、核融合では懸念すべきものがほぼ何も発生せず、始動の燃料として基本的に海水を用いることができるだろう。

では、いまだに核融合炉が存在しないのはなぜだろうか。

核融合は実験室内で達成するのが本当に難しいことが判明している。太陽は膨大な量の物質の重力を用いて水素の原子核を圧縮し、核融合条件を実現している。残念ながら、太陽に相当する量の物質を地球上の実験室内に詰め込むことは不可能だ。すなわち、科学者は別の方法で水素を圧縮し、数千万度の高温と超高圧という核融合条件を実現する必要があるわけだ。

超巨大レーザーで核融合ブレークイーブンを達成

■超巨大レーザー

磁場を利用して水素燃料を閉じ込めて融合させる目的で、様々な方法が試みられている。今も前途有望な方向に進んでいることに変わりはないが、まだ実際に期待の成果を上げるには至っていない。この代替案として、強力な光ビームで水素原子核に圧力をかける方法がある。すばらしいアイデアだが、レーザーを使わないと正しく機能しない。1960年代に発明されたレーザーは、光源から放射される光の波がすべて揃っているため、非常に高い輝度とエネルギーを持つことができる。

だが、核融合を起こすには本当に大型のレーザーが必要になる。どのくらい大型かというと、私が研究グループに所属するレーザー研（LLE）のレーザー装置が収容されている建物はサッカー場ほどの大きさがある。レーザーを照射するたびに、約30兆ワット（W）のエネルギーがターゲット（標的）に伝えられる。出力を比較すると、猫じゃらしに使うレーザーポインターの約10億倍のさらに10億倍に相当する。LLEのターゲットチャンバー（格納容器）内では、この光エネルギーのすべてを燃料の水素が封入された微小なカプセルに照射して、原子の急激な圧縮（爆縮）を引き起こし、核融合に近い状態を作り出す。

ここで核融合に近い状態という表現を用いているのは、核融合発電所の実現には、いわゆる「ブレークイーブン」状態が不可欠だからだ。すなわち、ターゲットに投入する量以上のエネルギーを、核融合反応から取り出さなければならない。そういう理由から、米国はLLEを超越した、国立点火施設（NIF）と呼ばれるさらに巨大なスーパーレーザーを建造した。NIFは米カリフォルニア州のローレンス・リバモア国立研究所内にある。出力はLLEのレーザーの30倍で、サッカー場3面分の大きさがある。2022年には科学者チームがNIFを用いて、極めて重要な節目であるブレークイーブン超えを成し遂げた。数十年に及ぶ核融合の研究と明るい見通しの結果、人類はついに地球上で輝く恒星を現実化できることを証明したのだ。（以下ソース）

3/18(水) 10:30配信
https://news.yahoo.co.jp/articles/caaf6b145b36190e7a91ffe8a6571ab2b4d0b2ff