核融合の支持者たちは、将来のエネルギーを支える、クリーンで事実上無尽蔵のエネルギー源と考えている。しかし、研究者たちは実現に自信を示す一方で、核融合発電という長年の夢の実現は容易ではないことが分かってきた。
炭素を排出しないエネルギーを無尽蔵に供給できる可能性を持つ核融合は何十年にもわたり大きな期待を集めてきたが、核融合反応を維持するには発生する量を上回る電力が必要なため、大規模な実用化には至っていない。
しかし、核融合発電を目指す近年の進展により、実現可能になるとの期待が再び高まっている。
中国の科学者たちは核融合炉を建設し、この炉は11月、世界で初めて1億度に達した。これは太陽の中心部よりほぼ7倍高い温度であり、水素原子がヘリウムへ融合し始める温度でもある。
中国科学院プラズマ物理研究所が実験先進超伝導トカマク（EAST）で達成したこの成果は、核融合実現への道のりにおける節目となる。また、欧州連合、インド、日本、中国、ロシア、韓国、米国が協力する国際熱核融合実験炉（ITER）プロジェクトにも、貴重な知見をもたらす。
推定250億ドルの費用をかけ、コンソーシアムはフランス南部にトカマクと呼ばれる核融合炉の試作機を建設している。2025年までに超高温プラズマの初試験を行い、2035年までに初のフルパワー核融合を実現することを目指している。
ITERは最大かつ最も費用のかかるプロジェクトだが、他にも十数件の核融合研究計画が進行中だ。
昨年、英国の民間資金による事業会社Tokamak Energyは、プラズマが初めて1,500万度に達したと発表した。
次の共同研究では、MITと新興企業Commonwealth Fusion Systemsが、投入する電力を上回る電力を生み出せる核融合炉を設計している。両者の研究はITERの取り組みを補完するものとなる。
また、カナダ政府は昨年、General Fusionに3,750万米ドルを投資すると発表した。同社は2002年に設立され、磁化標的核融合として知られる手法に取り組んでいる。
「核融合」とは具体的に何か？
核融合は太陽を輝かせる反応だ。極端な圧力と温度のもとで、2つの軽い原子が融合して1つになると起こる。融合後の原子の総質量は、元の2つの原子の質量の合計より小さい。その「失われた」質量がエネルギーとして放出される。この関係は、アルバート・アインシュタインの方程式E=mc2で説明される。
現在の原子力発電所のエネルギー源である核分裂では、原子核を分裂させる。
核融合は核分裂よりはるかに多くの電力を生み出す可能性があり、長期にわたる放射性廃棄物も発生しない。
核融合を起こす「レシピ」はいくつかあり、原子の組み合わせもそれぞれ異なる。
現在、地球上で発電に最も有望な組み合わせは、重水素原子と三重水素原子の融合だ。この過程には約3,900万度の温度が必要で、1,760万電子ボルトのエネルギーが生み出される。
重水素が有望な材料であるのは、水素の同位体だからだ。そして水素は水の重要な構成要素である。海水1ガロン（3.8リットル）から、ガソリン300ガロン（1,136リットル）分に相当するエネルギーを生み出せる可能性がある。
理論を実践に移す
核融合発電はクリーンなエネルギー源となる可能性を持つ一方、これまで克服できていない科学的・工学的課題も数多く突きつけてきた。
太陽では、強大な重力が中心部に核融合に適した条件を生み出しているが、地球上で同じ条件を実現するのははるかに難しい。
核融合燃料である水素のさまざまな同位体は、極端な高温に加熱し、強い圧力のもとで安定させなければならない。また、原子核が融合できるよう、十分に高密度の状態で長時間閉じ込めておく必要がある。
そして、この点で進展があった。磁石技術の進歩により、研究者たちはMITが実用的で小型の核融合炉の新設計を提案することが可能になった。この炉は、おそらく今後10年ほどのうちに正味の電力を生み出す可能性がある。
新しい超伝導磁石を使えば、炉を継続的に運転して安定した電力を生み出せるようになる。これは、過熱を防ぐために一度に数秒しか運転できない現在の実験炉とは異なる。
実用的な核融合発電の時代が、ついに近づいているのかもしれない。
