中国の科学者たちは初めて、数十年にわたってトカマク熱核融合炉の「天井」と見なされていた密度制限を超えた熱核プラズマを導入しました。
この成果は、中国の「人工太陽」としてよく知られるEAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)トカマク炉で達成され、熱核融合目標に向けた道のりにおける重要な進歩と見なされています。
研究結果は、1月1日にScience Advances誌に掲載され、ピン・ジュ教授(中国科学技術大学)とニン・ヤン准教授(中国科学アカデミー合肥物理学研究所)が共同で率いる科学グループによって発表されました。
グループは、密度が非常に高くてもプラズマが安定を維持する、いわゆる「密度無制限モード」と呼ばれる特別なプラズマ状態を初めて実験的に検証しました。
太陽と同様のエネルギー生成プロセスである熱核反応では、デュテリウムとトリチウムの燃料は約1億5000万°Cまで加熱する必要があります。この温度レベルでは、プラズマ密度が増加すると、生成される熱核の容量が非常に急速に増加します。したがって、理論的には、密度が高いほど発電能力が高くなります。
しかし、実際には、トカマク炉は長い間、一定の密度閾値によって制限されてきました。この閾値を超えると、プラズマはしばしば不安定になり、保持プロセスが中断され、実験が停止せざるを得なくなります。これは、熱核の効率を向上させることを妨げる最大の物理的障壁の1つです。
EASTの研究グループは、この制限が不変ではないことを証明しました。完全に新しい高密度プラズマ操作方法を開発することにより、破壊的な不安定さを引き起こすことなく、プラズマ密度を以前の経験的な制限を大幅に超えることができることを示しました。
このブレークスルーは、フランスの科学者によって提案された「プラズマ壁自己組織(PWSO)」という比較的新しい理論フレームワークに基づいています。この理論によれば、密度制限はプラズマ自体に依存するだけでなく、プラズマが原子炉の金属壁とどのように相互作用するかにも密接に関連しています。
プラズマと炉壁の相互作用が適切な平衡状態に達すると、以前のように不安定になるのではなく、炉壁からの物理的な破壊プロセスがプラズマを安定させる新しい動作モードが発生する可能性があります。
ピン・ジュ教授によると、この発見は、新世代の熱核装置を含むトカマクの密度制限を延長するための「現実的で拡張可能な道」を開きます。
これは、点火目標、つまり熱核融合が外部からのエネルギー補給なしで自己維持できるタイミングにとって特に重要です。
クリーンエネルギーに関する世界的な競争がますます激化する中で、中国の「人工太陽」からの新しい結果は、熱核の大きな障壁が徐々に取り除かれつつあり、ほぼ無限のエネルギー源の見通しをさらに明確にしています。
