英国の核融合エネルギー生産アプローチは、2019年のSTEP（エネルギー生産用球状トカマク）プログラムの発表とともに具体化されました。その第2019フェーズ（2024～2040年）は、統合核融合プロトタイプ発電所の概念設計の発表で終了しました。これは、トカマク装置を使用してプラズマを閉じ込めるための磁場の使用に基づいていますが、英国のSTEPは、ITERで使用されている従来のドーナツ型トカマクではなく、球状トカマクを使用します。球状トカマクにはいくつかの利点があると考えられています。このプラントはノッティンガムシャーに建設され、XNUMX年代初頭に稼働する予定です。
人口増加と世界経済の急増によるエネルギー需要を満たすための信頼できるクリーンエネルギー源の必要性は、枯渇する化石燃料、炭素排出と気候変動、原子核分裂炉に関連する環境リスク、再生可能エネルギー源の拡張性の低さなどによってもたらされる課題に迅速に対処するために、現在ほど強く感じられたことはありません。
自然界では、太陽を含む恒星は核融合によって動かされています。核融合は恒星の中心部で起こり、核融合条件（つまり、数億度という極めて高い温度と圧力）が支配的です。地球上で制御された核融合条件を作り出す能力は、無限のクリーンエネルギーの鍵となります。これには、高エネルギー衝突を誘発する非常に高い温度の核融合環境を構築し、衝突の確率を高めるのに十分なプラズマ密度を持ち、核融合を可能にするのに十分な時間プラズマを閉じ込めることができるようにする必要があります。言うまでもなく、過熱プラズマを閉じ込めて制御するためのインフラストラクチャとテクノロジーは、核融合エネルギーの商業的利用の重要な要件です。核融合エネルギーの商業的実現に向けて、プラズマ閉じ込めのためのさまざまなアプローチが世界中で研究され、適用されています。
慣性閉じ込め核融合（ICF）
慣性核融合アプローチでは、少量の核融合燃料を急速に圧縮して加熱することで核融合条件が作り出されます。ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の国立点火施設（NIF）は、レーザー駆動爆縮技術を使用して、高エネルギーレーザービームを使用して重水素-三重水素燃料で満たされたカプセルを爆縮します。NIFは2022年2023月に初めて核融合点火を達成しました。その後、XNUMX年には核融合点火がXNUMX回実証され、制御された核融合を利用してエネルギー需要を満たすことができるという概念実証が確認されました。
プラズマの磁気閉じ込めアプローチ
核融合用のプラズマを閉じ込めて制御するために磁石を使用する試みは、多くの場所で行われています。南フランスのサン・ポール・レ・デュランスに拠点を置く、35 か国が参加する最も野心的な核融合エネルギー共同研究機関 IITER は、トカマクと呼ばれるリング トーラス (またはドーナツ型磁気装置) を使用しています。これは、核融合点火が起こるのに十分な高温で核融合燃料を長時間閉じ込めるように設計されています。核融合発電所のプラズマ閉じ込めの代表的な概念であるトカマクは、プラズマが安定している限り核融合反応を継続させることができます。ITER のトカマクは世界最大となります。
英国のSTEP（エネルギー生産用球状トカマク）核融合プログラム：
ITER と同様に、英国の STEP 核融合プログラムは、トカマクを使用したプラズマの磁気閉じ込めに基づいています。ただし、STEP プログラムのトカマクは球形になります (ITER のドーナツ形ではなく)。球形のトカマクはコンパクトでコスト効率が良く、拡張も容易です。
STEPプログラムは2019年に発表されました。その第一段階（2019～2024年）は、統合核融合プロトタイプ発電所の概念設計の発表により終了しました。
王立協会の哲学論文集Aのテーマ別号「核融合エネルギーの供給 - エネルギー生産用球状トカマク (STEP)15年26月2024日、査読済みの論文2040本からなる「核融合発電のための英国初のプロトタイププラントの設計と建設プログラムの技術的進捗状況を詳細に説明した報告書」が発表された。論文では、必要な設計と概要技術、およびXNUMX年代初頭までにプロトタイププラントに統合される技術の完全なスナップショットがとらえられている。
STEP プログラムは、正味エネルギー、燃料の自給自足、プラントのメンテナンスへの実行可能なルートを実証することで、核融合の商業的実現可能性への道を開くことを目的としています。設計の一部として廃止も考慮した、完全に稼働するプロトタイププラントを提供するための総合的なアプローチを採用しています。
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参照：
- 英国政府。プレスリリース – 英国は核融合発電所の設計で世界をリードしています。03年2024月XNUMX日発行。こちらから入手可能。 https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 「核融合エネルギーの実現 - エネルギー生産のための球状トカマク（STEP）」。哲学論文集Aのテーマ別王立協会版。15年26月2024日発行のテーマ号に掲載された査読済み論文全XNUMX件。こちらから入手可能。 https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- 英国の研究者らが新型核融合発電所の設計図を一足先に公開。サイエンス誌、4年2024月XNUMX日。DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
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