クリーンパワーを解き放つ小さなダイヤモンドの球体

12月5日月曜日午前1時3分、カリフォルニア州国立点火施設の科学者らは、小さなダイヤモンド燃料カプセルが入ったシリンダーに192ビームレーザーを向けた。

その強力なレーザー光のバーストは、膨大な温度と圧力を引き起こし、太陽に電力を供給する反応である核融合反応を引き起こしました。

ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の一部である国立発火施設（NIF）は以前にも同様の実験を行ったことがあるが、今回は反応から出たエネルギーが反応を引き起こすために使用されたレーザー出力を上回っていた。

科学者たちはその基準を満たすために何十年にもわたって努力しており、いつか核融合反応を利用して炭素を含まない豊富な電力を生成する発電所を建設することが期待されています。

それはまだ先のことだ。 それまでの間、テクノロジーの開発には多くの作業を行う必要があります。

NIF の重要なコンポーネントの 1 つは、燃料を保持するコショウの実サイズの合成ダイヤモンド カプセルです。 その球形のカプセルの特性は、核融合実験を成功させるために非常に重要です。

球体は完全に滑らかで、汚染物質が含まれていない必要があります。異常があると反応が台無しになる可能性があります。

ただし、これらの精密に設計された球体はカリフォルニアで製造されたものではありません。 これらは、ドイツのフライブルクに拠点を置くダイヤモンド マテリアルズ社による長年の研究の成果です。

「[球形]カプセルに対する要求は非常に高いです」と、エックハルト・ヴェルナー氏と並んでダイヤモンド・マテリアルズのマネージング・ディレクターを務めるクリストフ・ワイルド氏は言う。

「私たちはローレンス・リバモアと緊密に協力し、不純物、空洞、凹凸のある壁などの欠陥を最小限に抑えるよう努めています。」

ダイヤモンド マテリアルズの 25 人の強力なチームは、化学蒸着と呼ばれるプロセスを通じて合成ダイヤモンドを製造します。

炭化ケイ素のコアの周りに小さなダイヤモンドの結晶を丹念に重ね、研磨を繰り返して作られる20～40個のカプセルを1バッチ作るのに約2か月かかります。

開発プロセス中に、顕微鏡レベルでは表面にまだ窪みや凹凸があるため、最も入念な研磨でも十分ではないことが判明しました。

LLNL のチームと協力して、彼らは最終的に、研磨したカプセルにダイヤモンド結晶の新しい層をコーティングして、必要なきれいな鏡のような仕上げを実現できることを発見しました。

ビジネスのさらなるテクノロジー:

ダイヤモンド カプセルが LLNL に到着すると、シリコン コアが取り外され、小さなガラス管を使用して、核融合反応を促進する重い種類の水素である重水素と三重水素を中空球に充填します。

「その燃料ペレットの周りには金と劣化ウランのシリンダーがあります」とLLNLの最大の産業パートナーであるゼネラル・アトミックス社の慣性核融合技術担当副社長マイク・ファレル氏は説明する。

カプセルの 3 番目の最後の層はアルミニウムのシリンダーで、反応前にカプセルの内容物を冷却するために使用されます。

NIF にとってもう 1 つの重要な技術分野は光学です。これは、光の伝送、検出、または利用をサポートするあらゆるものです。

NIF は世界で最も強力なレーザーを実行するため、その技術を大量に使用しており、機械が起動するたびに光学コンポーネントが損傷します。

1970 年代初頭以来、NIF は Zygo Corporation やガラス専門メーカー SCHOTT などの光学メーカーと緊密に連携して、交換部品やデブリ、ブラスト シールドの微調整と供給を行ってきました。

12 月の実験の成功に続き、NIF とそのパートナーにとっての次の課題は、反応を再現し改善するために技術をさらに改良することです。

マイク・ファレル氏は、この一歩がさらなる研究への支援を促進するのに役立つことを期待している。 「この実験は科学的見解を変えた。発火は40年先まではほとんど達成不可能（あるいは起こるかもしれないこと）だと常に考えられていた。12月の結果は目を見張るものであった。」

フライブルクに戻ったダイヤモンド マテリアルズは、研究により多くの時間を投資できることを望んでいます。 「私たちのチームの約 20% が研究に携わっており、私たち 2 人の常務取締役も物理学者です」とワイルド氏は言います。

「私たちが生産するレベルの研究には多くのリソースが必要であり、生産を無視することはできません。そのため、私たちはおそらくチームを成長させ続けるでしょう。結局のところ、今日の研究は明日の製品につながります。」

世界中のチームが、あらゆる種類のアプローチを使用して、実用的な核融合発電所の建設に奔走しています。 しかし、それには長い年月と数十億ドルの投資が必要です。

ファレル氏は、NIFでの昨年の画期的な出来事がこの分野に後押しを与える可能性が高く、「着火の可能性が証明されたことで、政府や企業の資金調達が容易になるかもしれない」と述べた。

その投資は、実際に稼働する発電所の建設が直面する重大な工学的課題、特に核融合プロセスによって放出される高エネルギーに耐えることができる材料の発見などを克服するために必要となるだろう。

しかし、ファレル氏は、最初の突破口が現れた後、どれほど急速に進歩が勢いを増すかをすぐに指摘した。

「私たちが先ほど行ったように、最初の原則を示したら、エンジニアがそれを再現可能に行う方法を見つけるために手綱を引き継ぎます。

「ライト兄弟の最初の飛行は 1903 年に行われ、最初の超音速飛行は 1950 年代に行われたことを思い出してください。40 年ほどの間に、多くのことが進歩する可能性があります。」