遠い将来、無限のクリーンエネルギーへの一歩となる核融合のブレークスルーの内部

スコット・ペリー著

2023年1月15日 / 午後6時58分 / CBSニュース

先月、地球に最も近い星はカリフォルニアにありました。実験室で初めて、世界最大のレーザーが水素原子を強制的に融合させ、太陽を発火させるのと同じ種類のエネルギー生成反応を引き起こしました。それは10億分の1秒にも満たなかった。しかし、ローレンスリバモア国立研究所は、60 年間にわたる苦労と失敗を経て、それが可能であることを証明しました。いつか核融合が商用電力になれば、それは無限でカーボンフリーになるでしょう。言い換えれば、人類の運命を変えることになる。ご覧のとおり、まだまだ先は長いです。しかし、12月の躍進の後、私たちは研究室をツアーし、星の力を地球にもたらしたチームに会うように招待されました。

制御されていないフュージョンは簡単です。映画はずっと前にマスタリングされており、白黒です。核融合とは、水素原子を強制的に融合させてエネルギーを放出する、水素爆弾の作用です。不可能だったのは、ハルマゲドンの炎を何か役に立つものに利用することだ。

米国エネルギー省のローレンスリバモア国立研究所は、核兵器の維持と高エネルギー物理学の実験を支援しています。サンフランシスコから東に1時間、私たちは歴史を作った研究所、国立点火施設でリバモアの所長、キム・ブディルに会った。

キム・ブディル: 国立点火施設は、世界最大かつ最も高エネルギーのレーザーです。これは、巨大な惑星の中心や太陽など、宇宙の最も極端な天体や核兵器の運用など、これまでは宇宙の最も極端な天体でしかアクセスできなかった環境を実験室に作り出すために、1990年代に建設が始まりました。そして目標は、そのような非常に高エネルギー、高密度の状態を詳細に研究できるようにすることでした。

国立点火施設（NIF）は、自立核融合を点火するために 35 億ドルをかけて建設されました。彼らは 13 年間で約 200 回の試行を行いました。しかし、バッテリーが弱った車と同じように、原子の「エンジン」は決して回転しません。

Scott Pelley: NIF はいくつかのニックネームを付けました。

キム・ブディル：そうでした。長年にわたり「非発火施設」、「決して発火しない施設」。最近では「ほぼ点火施設」。したがって、この最近の出来事により、NIF にイグニションが実際に導入されました。

点火とは、投入されたレーザーよりも多くのエネルギーを放出する核融合反応の点火を意味します。

キム・ブディル: つまり、十分に熱く、十分に密度を高め、十分に速く、十分に長く保持することができれば、核融合反応は自立し始めます。そしてそれが実際に12月5日にここで起こったことです。

先月、この制御室から発射されたレーザーショットは実験に2単位のエネルギーを投入し、原子が融合を始め、約3単位のエネルギーが出てきました。同研究所のレーザー核融合研究の取り組みを率いるタミー・マー氏は、飛行機を待っているときに電話を受けた。

タミー・マー: それで、私は泣き出しました。それはただ嬉し涙でした。そして私は実際に身体が震え始め、皆が乗り込む前にゲートで飛び跳ねました。誰もが「あの狂った女は何をしているんだ？」という感じだった。

タミー・マーはエンジニアリングに夢中です。

彼女は、核融合の問題がなぜ誰もが涙を流すのかを教えてくれました。まず、サッカー場よりも長いチューブ内のレーザーによって供給されるエネルギーが必要です。

スコット・ペリー: それで、全部で何人いますか?

タミー・マー: 合計 192 個のレーザー。

スコット・ペリー: これらのレーザーはそれぞれ世界で最もエネルギーの高いレーザーの 1 つで、192 個あります。

タミー・マー: それはとてもクールですね?

そうですね、実際にはかなり高温で、数百万度です。そのため、レーザーをロックするためにキーが使用されます。

ビームは全国の送電網全体の 1,000 倍の出力で攻撃します。コンデンサーが電気を蓄えるので、家では写真を撮ってもライトが消えることはありません。チューブ内では、レーザービームが前後に飛び交うことによって増幅され、フラッシュはほんの一瞬です。

タミー・マー: 私たちはこの信じられないような状況に到達しなければなりません。太陽の中心よりも熱く、密度が高いため、この非常に高いエネルギー密度に到達するには、そのレーザーエネルギーのすべてが必要です。

その衝撃により、ターゲットはほとんど見えないほど小さくなってしまいます。

スコット・ペリー: これを持ってもいいですか?

ミヒャエル・シュターダーマン：その通りです

スコット・ペリー: 信じられないですね。本当にすごい。

Michael Stadermann のチームは、氷点下 430 度で水素を充填した中空ターゲットシェルを製造します。

Michael Stadermann: これらの砲弾を製造するために必要な精度は非常に高いです。殻はほぼ真円形です。鏡の100倍も粗いのです。

それが鏡よりも滑らかでなかった場合、不完全さにより原子の爆縮が不均一になり、核融合の泡が発生する可能性があります。

Scott Pelley: したがって、これらは人間が可能な限り完璧に近づける必要があります。

ミヒャエル・シュターダーマン：その通りです。そうです、そして私たちはそれらが地球上で最も完璧なアイテムの一つであると信じています。

シュターダーマンの研究室は、カーボンを気化させてダイヤモンドからシェルを形成することで完璧を追求しています。彼らは年間 1,500 台を製造し、150 台をほぼ完璧に仕上げます。

Michael Stadermann: すべてのコンポーネントは顕微鏡自体の下にまとめられています。そして、組み立て業者は電気機械ステージを使用して部品を所定の位置に配置し、一緒に動かし、髪を使って接着剤を塗布します。

スコット・ペリー: 髪の毛?

マイケル・シュターダーマン: そうですね。通常は、まつげまたはそれに類似したもの、または猫のひげのようなものです。

スコット・ペリー: 猫のひげで接着剤を塗るんですか？

ミヒャエル・シュターダーマン：その通りです。

スコット・ペリー: なぜこれほど小さくする必要があるのでしょうか?

Michael Stadermann: レーザーから得られるエネルギーは有限であり、より大きなカプセルを駆動するにはより多くのエネルギーが必要になります。つまり、これは非常に大規模な施設の制約です。サイズが大きいにもかかわらず、これで運転できるのはこれくらいです。

Scott Pelley: ターゲットはもっと大きくなる可能性がありますが、その場合はレーザーもより大きくする必要があります。

ミヒャエル・シュターダーマン：その通りです。

12 月 5 日、彼らは形状をより長く保持できるようにより厚いターゲットを使用し、レーザーを損傷することなくレーザーショットの出力を高める方法を見つけました。

タミー・マー: これは射撃前のターゲットの例です…

タミー・マーは、無傷のターゲットアセンブリを見せてくれました。あなたが見たあのダイヤモンドの貝殻は、あの銀色の円筒の中にあります。

このアセンブリは、3 階建ての青い真空チャンバーに入ります。レーザーや機器がたくさんあるので、ここを見るのは難しいです。

彼らがこの器具をダンテと呼ぶのは、地獄の火を測定するためだと彼らは言いました。ある物理学者は「我々が12月5日に爆破した標的が見えるはずだ」と語った。

そこで私たちは「できるでしょうか？」と尋ねました。

スコット・ペリー: これを見たことがありますか?

タミー・マー：初めて見ました。

タミー・マーにとって、そして世界にとって、これは歴史を変えた標的アセンブリの残骸、つまりベルの最初の電話やエジソンの電球のような人工物を初めて見ることになる。

スコット・ペリー: これは最終的にスミソニアン博物館に収蔵されることになるでしょう。

ターゲットのシリンダーは忘却の彼方まで吹き飛ばされ、それを保持していた銅製の支持体は後方に剥がされた。

スコット・ペリー: この先端の爆発は太陽よりも熱かったです。

タミー・マー: 太陽の中心よりも暑かったです。太陽系全体で最も暑い温度を達成することができました。

それは電力に天文学的な変化をもたらすでしょう。原子を分解する今日の原子力発電所とは異なり、原子の核融合は何倍も強力であり、長期にわたる放射線はほとんどありません。オフにするのも簡単なので、メルトダウンもありません。しかし、最初の点火から発電所まで到達するのは難しいだろう。

スコット・ペリー: 1日に何枚撮影しますか?

タミー・マー: 私たちは平均して 1 日に 1 枚強の写真を撮ります。

スコット・ペリー: 理論上、これが商用発電所だとしたら、1 日に何回のショットが必要になるでしょうか?

タミー・マー: 1 秒あたり約 10 発のショットが必要になります。そして、もう 1 つの大きな課題は、もちろん、繰り返し率を高めるだけでなく、ターゲットからの利益を約 100 倍にすることです。

反応では 100 倍のエネルギーを生成する必要があるだけでなく、発電所には 1 日あたり 900,000 個の完全なダイヤモンドの殻が必要になります。また、レーザーの効率もさらに向上する必要があります。 12 月の躍進で 2 ユニットのエネルギーが投入され、3 ユニットが出たことを覚えていますか? そうですね、レーザーを発射するには 300 単位の電力が必要でした。その標準に従えば、それは 300 イン、3 アウトでした。エネルギー省の12月の記者会見では、この詳細は中心に取り上げられず、この進歩とありそうもないスケジュールが融合された。

エネルギー省の記者会見におけるジェニファー・グランホルム・エネルギー長官：今日の発表は、10年以内に商業融合を達成するという大統領の目標に向けた大きな前進となる。

スコット・ペリー: バイデン大統領の目標が10年後の商業用核融合発電であると聞いたとき、どう思いましたか?

チャールズ・サイフ: それはナンセンスだと思いました。

チャールズ・サイフは訓練を受けた数学者、科学作家、そしてニューヨーク大学の教授であり、核融合発電の誇大広告に関する 2008 年の本を執筆しました。

Charles Seife: これが本当の成果であるという事実を軽視するつもりはありません。点火は人々が何年も努力してきたマイルストーンです。この素晴らしい成果を上げた後でも、技術的なハードルは非常に多く、10 年は夢物語ではないかと思います。

サイフ氏によると、それらのハードルにはリバモアの業績を拡大することが含まれるという。 12 月のショットでは、ポット 2 杯のコーヒーを沸騰させるのに十分な余剰電力が発生しました。ハードルは乗り越えられるかもしれないが、すぐには乗り越えられないとサイフェ氏は言う。

チャールズ・サイフ: 2050 年までにそれがなくなるのは確実です。

それでも、チャールズ・サイフの予言に賭けて、30社以上の民間企業が、レーザーではなく磁石の使用など、核融合発電へのさまざまなアプローチを設計している。過去 13 か月間でこれらの企業には、ビル・ゲイツと Google による賭けを含め、30 億ドルの個人資金が流入しました。こうした憶測が飛び交う中、『ローレンス・リバモア』の監督キム・ブディル氏は、あることを確信している。

スコット・ペリー: もう一度やってもらえますか?

キム・ブディル：その通りです。

彼らは来月また挑戦する予定だ。ブディル氏も、障害が非常に大きいことに同意する。しかし彼女は、十分な資金と献身があれば、商用核融合発電は20年ほどで実証できるだろうと語った。私たちは最初の点火を、わずか 120 フィートしか飛行しなかったライト兄弟の最初の飛行に例えました。

キム・ブディル: 科学が可能であることを信じることと、条件を作り出すことができることと、それが実際に行われているのを見ることは別のことです。そして、60年間働き続けてここまで来たのに、初めての飛行機に乗れたというのは本当に素晴らしい気分だ。

水たまりからのジャンプから超音速飛行まで44年かかった。核融合発電が 10 年先になるか、50 年先になるかは、現在主に工学的な問題となっています。ローレンス・リバモアは、スターが機械から生まれることを証明しました。

プロデュースはアンディ・コート。アソシエイトプロデューサー、アナベル・ハンフリグ。放送局員、ミシェル・カリム。ホルヘ・J・ガルシア編集。

特派員「60分」

初公開日 2023 年 1 月 15 日 / 午後 6 時 58 分