クリーンエネルギーのブレークスルーを約束する「バカな機械」

「Proximaが今日ある場所は不可能だと数人が言っていたのを覚えています」と、Proxima Fusionの共同創業者兼CEOであるFrancesco Sciortino氏は述べています。

不可能を試みていると非難されることは、世界中の核融合プロジェクトに取り組む科学者やエンジニアにとって珍しいことではありません。

結局のところ、彼らは地球上で太陽を動かす反応を捉えようとしているのです。

成功すれば、豊富で安価、そして排出量ゼロの電力を意味する可能性があります。しかし、課題は daunting であり、稼働する発電所はまだ遠い道のりです。

核融合は、水素原子核を融合させて莫大な量のエネルギーを放出するプロセスです。

太陽では、巨大な重力が反応を維持するのに役立っています。

地球上で核融合を維持するには、太陽で見られる温度の何倍もの非常に高い温度が必要です。

そのため、燃料（通常は水素同位体のトリチウムと重水素の組み合わせ）は、燃えるようなプラズマになるまで加熱され、その後、核融合を引き起こすために制御および操作されなければなりません。

これを行う方法はいくつかあり、ドイツのProxima Fusionは、核融合業界の極端な基準から見ても難しいと考えられている方法の1つを試みています。

核融合への一般的なアプローチは、トカマクを建設することです。これはドーナツ型の装置で、強力な磁石を使用してプラズマを閉じ込めます。

しかし、ミュンヘンに拠点を置くProximaは、ステラレータに取り組んでいます。これも磁石を使用してプラズマを操作しますが、反応容器はより複雑な形状をしており、ねじれや曲がりがあり、建設がはるかに困難で高価になります。

では、なぜこの困難な道を選ぶのでしょうか？

Sciortino氏によると、もし設計がうまくいけば、ステラレータのねじれや曲がりは、競合するトカマク設計よりも燃えるようなプラズマを制御しやすくなります。

両システムを比較すると、彼はトカマクは「獣」であり、ステラレータは「小さな猫」だと言います。

「ステラレータは、客観的に設計が非常に難しく、客観的に製造が非常に難しいものです。しかし、それができれば、それは電子レンジのような単純な機械です」とSciortino氏は述べています。

Proximaの「単純な機械」は、Alphaと呼ばれるステラレータになります。これは、ドイツのマックス・プランクプラズマ物理学研究所とそのステラレータW7-Xによって長年行われてきた研究成果を活用します。

Alphaの目標は、運用に使用する以上のエネルギーを生成することであり、そこで得られた教訓は、さらに高度なデバイスであるStellarisと呼ばれる核融合発電所の設計に役立っています。

しかし、まずAlphaには多くの投資が必要であり、現在集められています。Proximaは最近、バイエルン州から4億ユーロ（3億4000万ポンド、4億6000万ドル）を獲得し、連邦政府から10億ドル以上の資金提供を申請しており、来年中に決定が下される見込みです。

Proximaは、核融合業界を代表し、開発状況を追跡しているFusion Industry Association（FIA）によると、現在53の他のグループが核融合技術を開発しており、それらと競合しています。

トカマクアプローチを使用するプロジェクトの1つは、英国に拠点を置くStep（Spherical Tokamak for Energy Production）です。

英国政府の支援を受けて、ウェストバートン、ヨークシャーにあるかつての石炭火力発電所の跡地にプロトタイプ発電所を建設する計画です。

「トカマクは、数十年にわたって築き上げられた深い実験的基盤という利点があります。それらは、核融合発電所に必要な性能に近いプラズマ性能、核融合燃料での運転を含めて実証しています」と、Stepの組織パフォーマンスディレクターであり、元原子力潜水艦HMSタービュレントの艦長であるRyan Ramsey氏は述べています。

そして、この種の核融合では、高価で強力な磁石は比較的簡単に製造できるはずです。

「それら（トカマク）は、比較的単純な磁気形状、より少なく、より規則的なコイルの恩恵を受けています。これは、製造性、保守性、コストに real な影響を与えます」とRamsey氏は述べています。

Sciortino氏は、Proximaが直面する課題を十分に認識しています。彼は、Proximaが複雑な形状の磁石を、ステラレータを経済的に実現可能なものにする速度とコストで製造できるかどうかについて「眠れぬ夜」を過ごしています。

「私たちが最初に作る磁石は非常に複雑で非常に高価になります。しかし、人々が予想するよりも速く作ることができ、コストを削減できるでしょうか？」とSciortini氏は問いかけます。

彼らに有利なのは、ドイツの製造業における専門知識です。例えば、Sciortino氏は、木材、金属、プラスチックなどの材料を切断、彫刻、成形できるコンピューター制御の工作機械の一種であるCNCマシンを操作できる作業員のimpressive な数を挙げています。

Sciortino氏は、ドイツには550,000人のCNC機械工がいると推定しており、米国全体では350,000人です。

これは、磁石に非常に高価な種類の鋼を使用しており、高レベルの精度で機械加工する必要があるProximaにとって重要です。

高い精度レベルを維持しながら、開発ペースを維持することは、Sciortino氏にとってcritical です。

W7-Xは稼働するまでに10年以上かかりましたが、彼はAlphaをその時間の3分の1で稼働させたいと考えています。

そのため、プロトタイプの磁気コイルが建設中で、来年テストされる予定です。

そのねじれた形状は、Proximaによると、世界で最も複雑な磁石の1つです。

テストが完了すると、ProximaはAlphaマシンに組み込まれる40個の磁気コイルをさらに製造します。

そのために、磁石工場が建設の初期段階にあります。

「2028年、2029年には、信じられないほどのスピードで磁石を製造できるようになる必要があります」とSciortino氏は述べています。

作業はドイツだけではありません。Sciortino氏は、ヨーロッパ全土に主要なサプライヤーがいるため、ヨーロッパが将来の核融合産業の最前線に立つ可能性があると述べています。

「私たちは（ヨーロッパ人は）デジタルの波を逃しましたが、製造業で訓練を受けている人々がまだいることがわかりました」と彼は言います。

StepのRamsey氏は、核融合産業はもはや物理学の実験段階をはるかに超えていると強調しています。

「現在、核融合全体に real な勢いがあり、それは分裂させるものではなく、強みとして見られるべきです。これは単一のパスのレースではなく、さまざまなトレードオフを探求するアプローチのセットです。今 real な質問は、どのコンセプトが最も興味深いかではなく、どのコンセプトが発電所を確実に提供できるかです。」