核融合科学研究所を見学

土岐にある核融合科学研究所を見学した。名古屋大学などが共同で水素プラズマを使った核融合研究をしていることは聞いていたが、見学したのは初めて。

柱のない厚さ2ｍのコンクリート壁で覆われた巨大な建物の中に大型ヘリカル装置（LHD）が鎮座している。少し離れたLHDの制御室には400台のPCが接続されていて、さながら宇宙ロケットのコントロールルームのよう。ドラマのロケに使われたこともあるそうだ。

プラズマとは超高温で原子核と電子がバラバラになった状態のこと。原子核は正の電荷を持っているので強力な磁場で閉じ込めることができる。LHDは、安定的にプラズマを閉じ込めるために、2本のらせん状に配置された超伝導コイルがドーナツ状のプラズマ容器を取り巻く日本独自の構造。複雑な構造で高真空を得るためには高度な溶接技術が欠かせない。
1998年に完成して以来、毎年3ヶ月間、1日に約100回のペースで、これまで19万回以上の実験が行われている。そして、水素核融合に必要とされる1億度以上のプラズマを約1時間閉じ込めることにも成功している。今はちょうど実験の合間で、装置は整備中。実物を至近から見ることができた。

ここでは水素（陽子1）もしくは重水素（陽子1・中性子1）のプラズマ実験しか行われないが、核融合発電では三重水素（陽子1・中性子2）と重水素（陽子1・中性子1）からヘリウム（陽子2・中性子2）と中性子1個が生ずる反応を利用する。この反応の前後でわずかな質量の欠損が起き、“Ｅ＝質量×光速の2乗”に相当する莫大なエネルギーが放出される。
この時に飛び出してくる高速中性子がプラズマ容器の壁に衝突する際の熱エネルギーを取り出して、蒸気タービンを回すことで発電しようというのだ。1グラムの水素から発生する核融合エネルギーは石油8トンに匹敵すると言われている。

さらに、次世代の核融合として、ヘリウム3（陽子2・中性子1）と重水素（陽子1・中性子1）からヘリウム4（陽子2・中性子2）と高速の陽子1個を生ずる反応や、ホウ素11（陽子5・中性子6）と水素（陽子1）から3個のヘリウム4（陽子2・中性子2）とＸ線を生ずる反応が注目されている。
これらの反応は、電磁場の影響を受けないため遮蔽が困難な中性子が発生しないこと、中性子と壁との衝突により放射性同位元素が生成しないことから、よりクリーンな核融合反応と考えられている。また、生じた荷電粒子やＸ線から直接電気ネルギーを取り出すことも考えられる。
しかしながら、ヘリウム3は地球上にはほとんど存在しない。そのため、豊富な存在量が期待される月の探査の動機にもなっている。
また、陽子数が多いほどクーロン反発が大きくなるため、粒子同士を衝突させるためにはさらにプラズマの温度を上げる必要がある。ホウ素11は地球上に豊富に存在するが、核融合反応を起こさせるには10億度の達成が課題となる。

建物や付属施設を除き装置だけでも数百億円を要する研究プロジェクトは従来国家主導で行われてきたが、Googleなどの巨大企業が出資して2030年代までにホウ素核融合の実用化をめざすスタートアップが立ち上がるなど、宇宙開発と同様に民間企業のプレゼンスが高まっている。

はてな？がいっぱい湧いて出る興味津々な見学だった。思いつきの質問にも丁寧に答えていただき、あっという間の2時間が過ぎた。

この中を見学。

大仏殿にたとえられる厚さ2mの壁でできた建屋の中に御本尊がある。

LHDの制御室。

建屋の上方からLHD本体を見おろしたところ。
真ん中が直径13.5mのドーナツ型円筒。この中で大半径4m・小半径0.6m・体積30㎥のプラズマを加熱する。
運転中は強磁場にさらされるため磁性のない金属（ステンレス）が使われている。
高真空のプラズマ容器に、高電圧で加速した水素プラズマを注入し、マイクロ波で追加熱する。

LHDドーナツ型円筒の上部へ。

ギネスブックに登録されている。コンクリート製、厚さ2ｍ、重さ720tの世界一重い扉。
仮に中性子が発生してもここから外には出さない構造。