キム・ブディルは、ローレンス・リバモア国立研究所において、クリーンで豊富なエネルギーの実現を目指す中で、最近の核融合のブレークスルーを主導した。
このブレークスルーは、米国エネルギー省により「歴史的で、前例のない初めての成果」と評された。
ブディルは世界経済フォーラム2023年年次総会において、この実験の意義と、技術を拡大するためにより多くの投資が必要であることについて語った。
12月に核融合のブレークスルーが達成された巨大なローレンス・リバモア国立研究所の内部で、核融合を最初に予測した人物が、60年後の今もなお働いている。
現在90代のジョン・ナッコールズは、先駆者の一人であり、慣性閉じ込め核融合の研究を進めてきた。
「彼は偉大な物理学者であり、この研究に非常に情熱を注いでいます」と、ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の所長であるキム・ブディルは、スイス・ダボスで開催された世界経済フォーラム2023年年次総会において語った。「彼はこれまで、何世代にもわたる研究者たちと共に、この目標の推進に取り組んできました……。しかし、私たちが何が起きたかを彼に伝えたとき、彼の最初の言葉は『次に何をするつもりなんだい？』でした」
ブディルと、米国カリフォルニア州にあるLLNLの施設の8,000人の技術者、物理学者、化学者、材料科学者からなるチームは、レーザーを用いて、研究室内で恒星のような核融合点火の条件を作り出すことに成功した。この点火によって、初めて正味のエネルギー利得が得られた。すなわち、核融合反応が消費したエネルギーよりも多くのエネルギーを生み出し、150万メガジュールの正味の利得を得たということである。
声明の中で、米国エネルギー省は、このブレークスルーを「クリーンな核融合エネルギーの見通しに対する非常に貴重な知見をもたらす、歴史的で、前例のない初めての成果」と称賛した。
ブディルは世界経済フォーラムに対し、核融合が「地球にとってクリーンで豊富なエネルギー源」となりうること、そして核融合発電を実現するために技術を拡大するには何が必要かについて詳しく語った。
以下は、ブディルの発言を編集したトランスクリプトである。
ブレークスルーの意義について
「これは世界で最もエネルギーの大きいレーザーです。レーザー施設そのものの占有面積は、アメリカンフットボールのフィールド3面ほどの広さです。そして高さは約10階建てです。このレーザーは、標的に向けて約2メガジュールのレーザーエネルギーを生み出します。そのエネルギーをどう使うかというと、小さな体積に集中させ、極めて高い温度と密度を得るのです。
「小さな金の缶を用意し、その中に192本のレーザービームを集中させて、X線の浴を生成します。その中心には、水素燃料で満たされた小さなカプセルがあり、X線がそれを包み込みます。ダイヤモンドで作られたカプセルの外側の表面が吹き飛ぶと、内側の表面が内部へ動き、水素燃料を圧縮します。十分に速く圧縮し、十分に長くそれを保持できれば、核融合反応は自己持続的になります。
「12月5日のこの実験から分かったのは、2メガジュールのレーザーエネルギーの投入に対し、3メガジュールの核融合エネルギーを生み出したということです。利得は約1.5です。これは、カプセルに投入されたエネルギーを上回る核融合の利得を、誰かが実験室で生み出したのが初めてのことです。レーザーを動かすには、電力網から約300メガジュール程度が必要です。この施設は発電所として建設されたものではなく、科学施設として作られたものです。しかし、自己持続的な核融合反応を実証したことは非常に大きな意義があり、核融合エネルギーシステムがどのようなものになりうるかという基本的な構成要素を、初めて示すものです。」
発電のためのスケールアップの時間軸について
「来週ということは絶対にありません！おそらく20年か30年かかるでしょう。現在の状況から、発電所に必要な水準までスケールアップするのは、非常に大きな課題です。これらはすべて実現可能です。より効率的なドライバーや、経済的に成り立つために必要な規模とコストでよりシンプルな標的を作るための戦略やアプローチがあると考えています。ですから、これを週に1回ではなく、毎秒10回行えるようにする必要があります。それは非常に大きなスケールアップです。また、プラント全体のバランスも必要です。いわば原子炉容器が必要で、生成された中性子を捕捉し、それを熱に変えて発電システムを駆動するために使える必要があります。」
次に必要なことについて
「今、私たちに必要なのは、これらすべての分野で同時に前進できるようにする科学的かつ投資の戦略です。いわば、核融合源と標的に引き続き取り組み、利得をさらに高めるよう努めていきます。エネルギーシステムを実現するには、数百程度の利得が必要です。それは実現可能であり、そこへ向けた道筋もありますが、研究が必要になります。私たちが実際にその方法を知っている、はるかに効率的なレーザーを作る必要があります。当施設のレーザーは1980年代のレーザー技術に基づいています。現在のレーザーははるかに効率的であり、より優れた戦略もありますが、それらを実証し、プロトタイプのラインを構築し、発電所に組み込まれるすべてのシステムに取り組む必要があります。時間軸は、ほぼ資源投資の直接の関数です。」
投資の必要性について
「施設の建設には約35億ドルかかり、その運営には年間約3億5,000万ドルを費やしています。レーザーの建設を始めた当時、これは最先端でハイリスクなプロジェクトでした。必要な10の重要技術のうち7つは存在せず、その過程で創り出さなければなりませんでした。大規模で、長期にわたってリスクを管理し、幅広い分野から研究所に資源を投入できるという点で、公共部門の投資はまさにこうしたことを得意とするのです。
「私たちのレーザーはエネルギー生成のために作られたものではなく、国家安全保障プログラムの基幹として建設されたものです。これを前進させたいのであれば、官民パートナーシップが不可欠になるでしょう。すでにスピンアウトした民間部門の核融合企業を見ると、スタートアップの枠組みの中で開発するにはコストが見合わない専門知識や特定のスキルを必要としています。ですから、それらの企業は研究所と提携し、その能力と専門知識を利用することができます。慣性閉じ込め核融合の分野では、それが不可欠です。」
「私たちは60年にわたり、懸命かつ着実に取り組んできました。[当時は] レーザーが発明されたばかりで、今日のようによく知られた技術ではありませんでした。慣性核融合エネルギーに対する公的部門の資金は少なく、エネルギー省がそのプログラムを構築しており、この大きな発表によって、この重要な基幹が、プログラムのその部分への支援を拡大し、さらに多くの関係者を巻き込めることを私たちは望んでいます。これは非常に困難な技術の道筋です。実現可能ではありますが、この分野に最適な人材と、今後の多くのアイデアが必要です。」
核融合エコシステムの構築について
「核融合の推進のためには、この分野で技術を商業化したいと考える民間部門のプレーヤーが、標的の設計やレーザーアーキテクチャ、その他のドライバーアーキテクチャの検討を共に進め、私たちの専門知識と、この規模の施設の運用に必要となるものから恩恵を受けられるような、エコシステムを作る必要があります。私は、この技術のエネルギー応用に対して、公共部門からの大規模な投資が始まることを期待しています。すでに、慣性閉じ込め核融合を中心にいくつかの企業が設立されており、この技術を前進させるための提携について私たちと検討を始めています。」
「今後数年間は、協力し合うことが不可欠です。標的の利得を高め、より効率的でシンプルにするという課題は、エネルギー応用においてより費用対効果を高めるものですが、その取り組み自体は、天体物理学であれエネルギー応用であれ同じです。ある時点で道は分かれましたが、今はそのすべてに協調して取り組む必要があり、その後、エネルギー応用が独立して支援されるための出口があることを確認する必要があります。」
ブディルとのセッション全編はこちらからご覧いただけます。ここ。
