ヴェンデルシュタイン7-X

ヴェンデルシュタイン7-X (Wendelstein 7-X)

ヴェンデルシュタイン7-Xは、ドイツのグライフスヴァルトにあるマックス・プランクプラズマ物理学研究所に設置されたヘリカル型核融合実験炉で、2015年10月に完成しました。このプロジェクトは前のヴェンデルシュタイン7-ASの進化版であり、将来の核融合発電所に向けた主要な技術の評価を目指しています。

核融合炉の特徴

ヴェンデルシュタイン7-Xは、物理学者ライマン・スピッツァーが提案したヘリカル型のシステムとして、世界で最大の規模を誇ります。この装置では、30分以上にわたるプラズマ放電を通じて、持続運転の可能性を実証することを目指しています。このプロジェクトの名称「ヴェンデルシュタイン」は、プロジェクトのリーダーシップとなった1950年代末の先行プロジェクト「Project Matterhorn」にちなんで付けられたものです。

設計と主要構成要素

ヴェンデルシュタイン7-Xは、five field-period構造を持つヘリカル型核融合装置で、50の非平面コイルと20の平面コイルから構成されています。これらのコイルはトーラス形状に配置され、炉壁との衝突を避けるために高い磁場を形成します。非平面コイルは1立方メートルあたり3×10^20個のパーティクルを維持し、プラズマ温度を6,000Kから1億3,000万Kに調整します。

装置の主要な構成要素は、磁気コイル、クライオスタット、プラズマ容器、ダイバータ、加熱システムの5つです。超伝導コイルはアルミ被覆のニオブチタン合金で作られており、直径16メートルの断熱容器であるクライオスタット内に収納されています。このクライオスタットは液体ヘリウムを利用して4ケルビンまで冷却し、425トンの超伝導磁石を超伝導状態に保ちます。コイルは、12.8 kAの電流を使って3テスラの磁場を生成します。

プラズマ容器は20の部品から構成され、内部には複雑な磁場が形成されています。254のアクセスポートが設けられており、プラズマの加熱や観測が行えます。装置全体は、実験室で組み立てられた5つのほぼ同一のモジュールから構成されています。

加熱システムは最大10メガワットのマイクロ波を生成し、最初のオペレーションフェーズでは1メガワットを50秒間供給することが可能です。さらに、次のフェーズでは8メガワットの中性粒子ビームを生成し、マイクロ波装置は持続的な運転を実現します。また、イオンサイクロトン共鳴加熱（ICRH）技術も含まれ、計画されている運用の一部を構成しています。プラズマの測定には、電子密度や温度、不純物の観測など、さまざまな技術が用いられます。

プロジェクトの歴史

ヴェンデルシュタイン7-Xの建設は2005年4月に始まりましたが、当初の予定より大幅に遅れをとることになりました。コイルに発生した問題により、修理に3年を要し、完成は2015年にずれ込みました。アメリカの3つの研究機関もプロジェクトに参加し、10.6億ユーロの費用の一部を負担しました。

2014年5月20日には正式な開所式が行われ、その後に磁石のテストや容器漏れの確認が行われました。初めてのプラズマ実験は2015年12月に成功し、内部のカメラとセンサーによって1×10^6Kに達するプラズマが0.1秒持続することが確認されました。その後、2016年から水素を使用したさらなる実験が行われる予定です。

まとめ

ヴェンデルシュタイン7-Xは、未来の核融合エネルギーの可能性を探るための重要な施設であり、その設計と運営は核融合研究の最前線を代表するものです。今後の実験を通じて、新しいエネルギー源としての核融合の実現に向けた重要なステップが踏まれることが期待されます。

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