「核融合発電」実現に一歩、重水素でプラズマ断熱層高性能化の意義

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(左)軽水素プラズマは流れが弱く断熱層が形成されていない(右)重水素プラズマは流れが強く高性能な断熱層が形成されている(核融合研提供)

自然科学研究機構核融合科学研究所の小林達哉助教、清水昭博助教らは、次世代エネルギー源として期待されている「核融合発電」の実現に向け、重水素を用いてプラズマ断熱層の高性能化に成功した。プラズマ内部の流れを計測し、重水素プラズマで生じる強い流れにより高性能な断熱層が形成されることを示した。核融合発電に不可欠な高温プラズマの生成につながる。

超電導核融合プラズマ実験装置の「大型ヘリカル装置」(LHD)で、重水素プラズマと軽水素プラズマの比較実験を行った。

すると、重水素プラズマは軽水素プラズマの1・5倍高い密度でも断熱層ができた。一般にプラズマ密度が高くなると断熱層は形成されにくくなる。密度が同じ場合は、断熱性能は重水素プラズマの方がより高かった。

さらに、時速800万キロメートルに加速した金イオンの高速ビームをプラズマに入射し、プラズマを通過したビームのエネルギー変化から電位を得る手法を用いて、プラズマ内部の流れを計測した。

その結果、重水素プラズマは軽水素プラズマより流れが強く、これが断熱性能につながることが分かった。

核融合発電ではプラズマ中心部を1億度C以上の高温にする必要がある。プラズマ中に断熱層ができると、プラズマ中心から外へと伝わる熱が少なくなって中心部の温度が上昇し、発電に好ましい状態となる。これまでプラズマ質量の違いが断熱層形成や性能に与える影響は不明だった。

日刊工業新聞2022年5月18日

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