米国と日本の物理学者は、陽子とホウ素 11 原子の間の核融合を、磁気的に閉じ込められたプラズマで初めて観察しました。 結果は 豊富で経済的なエネルギー源としての陽子 - ホウ素核融合の可能性を示しています。 しかし、そのようなエネルギー源の科学的根拠はほとんど証明されておらず、商用発電所の実現には大きな技術的ハードルが立ちはだかっていると警告する人もいます。
すべての形態の核融合は、核分裂を悩ませるメルトダウンの可能性や長寿命の廃棄物の問題なしに、ほぼ無限のクリーンなベースロード エネルギーを約束します。 しかし、陽子-ホウ素 (p11B) 核融合は、水素同位体である重水素と三重水素を含むより主流の反応と比較して、いくつかの追加の利点をもたらします。
ホウ素は簡単に採掘できますが、トリチウムは地球上ではまれであり、人工的に生成することは困難です。 陽子-ホウ素反応は、XNUMX つのヘリウム原子 (アルファ粒子) も生成します。このエネルギーは、原理的には直接電気に変換できますが、中性子は生成されないため、原子炉コンポーネントの放射能汚染が大幅に減少します。
ただし、これらのプラスポイントには代償が伴います。 重水素-トリチウム核融合自体は、原子核の相互反発を克服するために膨大な温度を必要とします – 約 100 億ケルビン。 しかし、プロトンとホウ素の反応にはさらにはるかに極端な条件が必要で、約 1.5 億ケルビンです。
最新研究の著者として に掲載された論文で説明する ネイチャー·コミュニケーションズ、プラズマの温度が高いほど、通常、より多くのエネルギーがシンクロトロンおよび制動放射の形で放射されます。 これにより、原子炉に電力を供給するのに必要な量よりも多くのエネルギーを核融合反応によって生成することが困難になると彼らは指摘しています。これは、商用プラントが発電の非効率性を克服するために少なくとも 50 のエネルギーゲインを必要とする可能性が高い場合の大きな問題です。プロセス。
新しい作業は、カリフォルニアのフュージョン会社のリチャード・マギーと同僚によって行われました TAEテクノロジーズ の科学者たちと一緒に 国立核融合科学研究所 日本のトキで。 研究者は、研究所の大型ヘリカル装置 (LHD) で実験を行いました。これは、必要な核融合燃料が既に配置されているステラレータです。陽子は高エネルギーの中性ビームとして発射され、ホウ素粉末がプラズマに注入されて不純物が減少します。
TAE が提供した検出器は、アルファ粒子が衝突すると電流を生成する部分的に空乏化したシリコン半導体に依存していました。 X線やその他のプラズマ放射からの信号を誤って登録するのを避けるために、コアプラズマから離れた角度に配置し、荷電したアルファ粒子をLHDの大きな磁場によって誘導するようにしました.
研究者たちは、昨年10月に数十回の実験ショットを実行しました。 彼らは、中性ビームをオンにする前後で検出器の信号を比較し、ホウ素粉末なしでいくつかのショットを実行することにより、核融合反応を観察しました。 彼らが中性ビームとホウ素粉末の両方を持っていた場合にのみ、出力が飛躍的に増加しました。その正確な値は、彼らが約 XNUMX を生成していることを示していました。12 コンピューターシミュレーションと一致したXNUMX秒あたりの核融合反応。
今後の課題
これは、陽子-ホウ素核融合の最初の実証ではありません。科学者は、以前に粒子加速器と強力なレーザーを使用してそれを観察しました。 しかし、米国と日本の共同研究者は、磁気的に閉じ込められた熱核プラズマの内部で、最終的に利用される反応を研究することが重要であると主張しています。 研究者は、さらに多くの作業が必要であることを認めていますが、TAE がそのデバイスの XNUMX つでエネルギー増加を達成できると確信しています。
実際、TAE は核融合エネルギーの商業化に向けて順調に進んでいると主張している。 同社は、プラズマのパルスをチャンバ内に発射し、それらを回転させることによって磁気的に所定の位置に保持することを含む、逆磁場構成核融合を探求するために、ますます洗練された一連の原子炉を構築しました。 これまでのところ、水素プラズマを使用する現在の「ノーマン」原子炉である陽子-ホウ素核融合を実証したデバイスはありませんが、同社は、2030年代初頭までにパイロット陽子-ホウ素発電所から送電網に電力を送る予定であると述べています。
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ピーター・ノーリーズオックスフォード大学(英国)のプラズマ物理学者は、研究者が実験で「素晴らしい仕事」をしたと述べています。 しかし彼は、陽子-ホウ素核融合が重水素-トリチウム反応に匹敵するにはまだほど遠いと主張している。 XNUMX つの潜在的な問題は、このような高温でのプラズマ ダイナミクスの相対論的記述の必要性であると彼は言います。 彼はまた、制動放射が原子炉の内面を浸食することによってプラズマ閉じ込めを損なう可能性が高いと考えています。
ドイツのガルヒングにある EUROfusion コンソーシアムの科学者も守られています。 Tony Donné、Hartmut Zohm、Volker Naulin は次のように語っています。 物理学の世界 最新の実験で観測された反応速度は約 XNUMX 桁小さすぎて、核融合エネルギーには役に立たない (陽子-ホウ素の低い出力密度を考慮に入れると)。
彼らは、商用発電に必要なゲインを達成することができるかどうかについて「強い疑い」を持っており、実際には制動放射が非常に強いため、プラズマを加熱して制御するのに必要な電力を超える可能性があると警告しています。崩壊。
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- 情報源: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
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