もし、太陽を動かす同じプロセスを利用して、地球上でクリーンでほぼ無限のエネルギーを生み出すことができたら、どうでしょうか？ 核融合は、持続可能な未来を目指す戦いの中で、世界的な注目を集めてきました。しばしば「エネルギーの聖杯」と呼ばれ、豊富で炭素を排出しないエネルギーを、最小限の廃棄物で提供することを約束しています。
しかし、融合は実用的なエネルギーソリューションからは程遠いものです。最も大きな可能性は、実証済みでスケーラブルな技術であり、世代を超えて世界を確実に動かしてきた核分裂と補完的な関係にあります。これらの技術は、バランスの取れた持続可能なエネルギー未来を形作る可能性があります。
核分裂は、ウランのような重い原子を分裂させ、連鎖反応でエネルギーを放出します。この方法は、20世紀半ばから都市を供給し続けており、現在、世界の電力の約10％を生成し、フランスの電力の約70％は核分裂から供給されています。長寿命の放射性廃棄物が発生し、慎重に保管する必要がありますが、閉じた燃料サイクルの進展により、この課題は解決されつつあり、使用済み燃料を新たな物質に再利用することで、廃棄物を大幅に減少させ、燃料供給を延長しています。
これに対して、融合は水素のような軽い原子をヘリウムに結びつけ、核分裂よりもさらに多くのエネルギーを放出します。クリーンで、短命な廃棄物のみを生成し、内因的に安全です。反応を妨げる何かがあれば、反応は停止します。しかし、地球上で融合を実現するには、太陽の中心よりも高温な条件を再現する必要があり、これは巨大な科学的挑戦です。
こう考えてみてください：核分裂は大きなパズルを小さなピースに分けるようなもの、融合は小さなピースを組み合わせて大きなものを作るようなものです。どちらもエネルギーを放出しますが、融合は解くのが難しいパズルであり、それが融合を非常に魅力的にしています。
融合の中心にはプラズマがあります。プラズマは物質の超高温状態で、原子が電子を失い自由に動き回る状態です。融合を実現するためには、水素燃料を1億度以上に加熱する必要があります。これは太陽の中心の温度の6倍以上です。この温度で、水素の原子核が融合し、膨大なエネルギーを放出します。
プラズマを閉じ込めることは大きな課題です。反応炉の壁に触れたり、冷えたりしないように、磁場やレーザーを使って浮かせる必要があります。これは、クラゲを空中で何も触れさせずに持ち上げるようなものです。この精密な工学技術が、融合のスケールアップを非常に困難にしています。
融合の比類のないエネルギー密度により、1杯の海水に含まれる水素だけで、1年間家を動かすためのエネルギーを得ることができ、これは革命的なエネルギー源となり得ます。それにもかかわらず、商業的な実現にはまだ大きなハードルがあります。
融合研究は急速に進展しています。2021年、中国の実験的先進超伝導トカマク（EAST）は、「人工太陽」とも呼ばれ、プラズマを1億6000万度以上で20秒間保持し、400秒間の高温プラズマの維持記録を打ち立てました。アメリカ合衆国でも大きな進展がありました。2022年12月、国家点火施設（NIF）は、「ネットエネルギー利得」を達成し、融合反応から得たエネルギーが、それを開始するために使用したエネルギーを上回りました。2024年2月には、このマイルストーンを超え、5.2メガジュールのエネルギーを生成し、再び世界的な楽観主義を呼び起こしました。
日本では、2024年に始まった先進超伝導トカマクによる融合（FAST）プロジェクトが、2030年代後半までに融合ベースの発電を目指しています。日本のスーパーコンピューター技術はプラズマシミュレーションを最適化しており、京都フュージョンエアリングのような企業が統合型電力システムを開発しています。ヨーロッパのITERプロジェクトは、35カ国が集まり、持続的な融合反応の達成を目指す世界最大の融合実験であり、融合技術の課題に立ち向かうための国際的な協力精神を代表しています。
融合はまだスケーラブルではありません。なぜなら、世界のエネルギー需要に効率的かつ手頃な価格で対応することができないからです。極端な温度の維持、精密なプラズマの閉じ込め、そして高度な材料の技術は未解決の工学的課題です。ITERは2034年までに最初のプラズマを目指していますが、大規模な融合エネルギーが商業化されるのは2050年以降と予測されています。
一方、核分裂はすでにスケーラブルです。小型モジュール炉（SMR）のような高度な技術は、核分裂をより安全で、適応力があり、コスト効果の高いものにしています。SMRは通常、従来の炉の1,000メガワット以上に対して50～300メガワットの電力を生成します。これは小規模なグリッド、産業拠点、遠隔地域に最適です。モジュール設計により、工場での生産が可能となり、建設コストと時間を最大30％削減できます。例えば、SMRは従来の炉よりも短期間で、5年以内に建設と導入が可能です。
SMRには、能動的な介入が不要な受動冷却システムや、高温に耐える事故耐性燃料など、最先端の安全機能も組み込まれています。閉じた燃料サイクルと相まって、核廃棄物を再利用可能な物質に変換するこれらの進展は、核分裂が現代のエネルギー需要に効率的かつ持続可能に対応する方法を示しています。
融合は並外れた可能性を秘めており、アメリカ、日本、中国、ヨーロッパの成果は、進展が加速していることを示しています。しかし、融合は核分裂の代替ではありません。その最大の価値は、核分裂の実証済みのスケーラビリティと信頼性を補完することにあり、バランスの取れた持続可能なエネルギー未来を作り出すことにあります。
融合の開発は進行中ですが、ネットエネルギー利得や記録的なプラズマ温度など、各成果がその潜在能力を解き放つために私たちを一歩一歩近づけています。融合と核分裂は共に、クリーンでより回復力のあるエネルギーの未来を築くための道を切り開いています。