磁化標的核融合

磁化標的核融合：磁場と慣性の融合

磁化標的核融合(MTF: Magnetized Target Fusion)は、核融合反応を実現するための新しいアプローチです。従来の磁場閉じ込め方式と慣性閉じ込め方式の長所を融合することで、より効率的でコンパクトな核融合炉の実現を目指しています。

MTFの仕組み

MTFでは、磁場によって閉じ込められたプラズマを、慣性力によってさらに圧縮することで、核融合反応に必要な高密度・高温状態を作り出します。具体的には、コンパクトトロイド(CT)と呼ばれるドーナツ状のプラズマを標的に用い、導体ライナーを用いて高速で圧縮します。この圧縮によって、プラズマの密度と温度が上昇し、核融合反応が引き起こされます。

MTFの大きな特徴は、圧縮に用いるライナーに液体金属を使用することです。液体金属は、高い熱伝導率と高い密度を持つため、効率的なエネルギー伝達とプラズマの安定化に貢献します。また、液体金属は中性子線による放射線ダメージを受けにくいため、装置の寿命延長にも繋がります。

歴史と開発

MTFの研究は、1972年にアメリカ海軍研究所のLINUS計画として始まりました。この計画では、回転する液体金属ライナーを用いてCTプラズマを圧縮する手法が提案されましたが、当時の技術では十分な圧縮速度を実現することができませんでした。

現在、MTFの開発をリードしているのはカナダのジェネラルフュージョン社(GF社)です。GF社は、LINUS計画の概念を基に、音響圧力波を用いた新しい圧縮方法を開発しました。この方法では、反応容器の周囲に設置されたピストンを高速駆動することで、液体金属中に強力な圧力波を発生させます。この圧力波によって、CTプラズマを短時間で効率的に圧縮することが可能になります。

GF社のMTFシステムでは、ピストンが秒速100mで作動し、50～100MJの音響パルスを生成します。このパルスは、液体金属中を伝播し、プラズマに2GPaの圧力を作用させます。この圧縮によって、プラズマ密度は約10^26 ions/m^3、温度は10keVに達し、核融合反応に必要なローソン条件を満たすと考えられています。プラズマの最大圧縮時間は約10μ秒と非常に短く、これにより、プラズマ中の不安定性の成長を抑制し、装置の小型化にも貢献します。

MTFの利点

MTFは、従来の核融合方式に比べて以下の利点があります。

コンパクトな装置: 慣性閉じ込め方式と同様に、比較的コンパクトな装置で核融合反応を実現できます。
高いエネルギー効率: 液体金属ライナーを用いることで、エネルギー効率の高い圧縮を実現できます。
プラズマの安定性: 磁場閉じ込め方式の技術を応用することで、プラズマの安定性を高めることができます。
安全性: 液体金属は、中性子線による放射線ダメージを受けにくいため、装置の安全性を高めることができます。

今後の展望

MTFは、まだ研究開発段階にある技術ですが、その高いポテンシャルから、次世代の核融合エネルギー源として大きな期待が寄せられています。GF社は、今後さらに研究開発を進め、実用化を目指していく予定です。MTFの実現は、クリーンで安全なエネルギー社会の実現に大きく貢献するでしょう。

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