ローソン図

原子力発電の基礎知識

核融合発電の鍵!プラズマパラメータとは?

- 核融合反応を起こすための条件 核融合とは、軽い原子核同士が融合して、より重い原子核になる反応です。この反応では、元の原子核の質量よりも融合後の原子核の質量がわずかに軽くなります。この質量の差が莫大なエネルギーに変換されるため、核融合は太陽をはじめとする恒星のエネルギー源となっています。 核融合反応を地球上で実現し、エネルギー源として利用しようという研究開発が盛んに行われています。しかし、核融合反応を起こすためには、原子核同士が電気的な反発力に打ち勝って接近し、核力が働く距離まで近づく必要があるため、非常に高いハードルが存在します。 具体的には、約1億度という超高温で原子核の運動を激しくして衝突確率を高めるとともに、原子核の密度を十分に高く保つ必要があるのです。このような超高温・高密度の状態を実現するためには、物質を原子核と電子がバラバラになったプラズマ状態にする必要があります。そして、このプラズマ状態を一定時間以上維持しなければなりません。 このように、核融合反応を起こすためには、克服すべき多くの技術的課題が存在しますが、核融合エネルギーは、資源枯渇の心配がなく、温室効果ガスも排出しない、次世代のエネルギー源として期待されています。
原子力発電の基礎知識

核融合の実現を左右するローソン図

太陽が膨大なエネルギーを生み出す源である核融合反応は、未来のエネルギー問題を解決する可能性を秘めた夢の技術として期待されています。核融合反応を起こすためには、水素のような軽い原子核同士を衝突させ、融合させる必要があります。しかし、原子核はプラスの電荷を持っているため、互いに反発し合い、容易には近づけません。 そこで、原子核を非常に高い温度にまで加熱し、原子核同士が激しく運動することで反発力を超えて衝突できるようにする必要があります。この状態はプラズマと呼ばれ、1億度を超えるような超高温状態となります。さらに、高い温度状態を維持するためには、プラズマを一定時間閉じ込めておく必要があり、この閉じ込め時間の長さが、核融合反応の持続可能性を左右する重要な要素となります。 核融合研究において、プラズマの温度、密度、閉じ込め時間の関係を示したものがローソン図です。ローソン図は、核融合反応を持続的に起こすために必要な条件を視覚的に示しており、例えば、プラズマの密度が低い場合は、より高い温度と長い閉じ込め時間が必要となるといった関係を明らかにしています。ローソン図は、核融合研究の指針として、より効率的な核融合炉の開発や運転条件の最適化に欠かせない重要なツールとなっています。