プラズマ・核融合学会 (2007) プラズマエネルギーのすべて

  • プラズマ・核融合学会, 2007: プラズマエネルギーのすべて。日本実業出版社, 164 pp. ISBN 978-4-534-04191-3.

人間社会のエネルギー源として、人工的に制御された核融合は、あてになるものではないが、可能性がないと決まったものでもない。わたしはこの件にいちおう知識を持っているつもりだったが考えてみると1970年代から更新していなかった。2010年秋、世の中の研究はどこまで進んでいるのかを知りたくなって本をさがした。いくつか本屋をまわったのだが、原子力(核分裂)関係の教科書的な本を複数冊置いているところでも核融合関係はこれ1冊しかなかった。

プラズマ・核融合学会( http://www.jspf.or.jp/ )という学会の企画で会員が分担執筆している。高校までの学校教育で扱わないプラズマという物質の状態に関して親しみをもってもらうためか、また核融合にかかわっていない会員の顔をたてるためか、初めのほうは、点灯中の蛍光灯の中身はプラズマだとか、プラズマテレビの中身もほんとうにプラズマなのだとか、金属切断に使われるアーク放電でもプラズマができている、などの、核融合には関係のない話題がならぶ。第3章から第6章までは核融合の話になる。最後の第7章では、核融合の話もあるが、惑星探査機「はやぶさ」で使われたイオンエンジンはプラズマを噴射しているのだという、核融合ではないもののプラズマをエネルギー媒体として使っている話題が含まれている。核融合に関する古い知識があったわたしはともかく、初めてこの話題にふれる人にとっては、核融合にかかわる話題とかかわらない話題をよりわけるのがむずかしいと思う。「プラズマエネルギー」ということばを定義もせず意味があやふやのまま使ったのはこの本の大きな欠点だ。

太陽などの恒星では重力によってプラズマが閉じこめられることで核融合が持続可能になっている。地上で核融合を起こすためには、磁場を使ってプラズマをドーナツ型の領域に閉じこめるのが有力な方法だ。トカマク(ロシア語の略語)型も、ヘリカル(らせん)型も、この磁場による閉じこめの技術に含まれる。トカマク型では、プラズマを5時間あまり持続させることができた(2003年、九州大学で。核融合反応はしていない)。フランスで建設中のITERでは核融合反応をしながら1000秒くらい持続させる予定だそうだ。発電の実用には、核融合をしながら1年ほど持続することが必要になるので、まだ道は遠そうだ。

レーザー核融合という技術もあるが、これは磁場による閉じこめではない。「慣性閉じこめ」と呼ばれるが、この用語は「トリッキーな表現」(第5章第1節)だ。わたしがこれを読んで理解したところでは、慣性閉じこめと呼ばれるものは実際には閉じこめではない。プラズマが自発的に広がるままにしておき、じゅうぶん広がらないごく短時間のうちに反応させてしまおうという技術だ。これで発電をするためには、1秒に何度も瞬間的な反応を起こす必要がある。水素爆弾を毎秒爆発させて発電しようというような乱暴な話のような気がする(もちろん爆弾とはしかけは違うのだが)。もっとも、ガソリン自動車もいわば毎秒火災を起こしながら走っているようなものだが。

研究の延長上に実用の可能性があるかもしれないのはトカマク型だ。うまくいけば、核分裂と比べて、生成される放射性核種の種類は少なく、とくに半減期が万年の桁になるものがほとんどないので、廃物問題が軽くすみそうだ。ただし装置材料の放射化による放射性廃物の問題と、燃料であるトリチウムが環境に出る心配がある。核分裂と比べて、反応装置内にある燃料の量が少なく、また発電が止まれば勝手に熱くならないので、安全性についてもすぐれていると期待されている。しかしまだ実際に運転してみないとわからない問題点がありそうだ。また、燃料や装置をつくるためにどれだけの量の物質を動かすことになるか(エコロジカル・リュックサック)といった観点での技術評価は本書の視野の外になっている。

折り返しの先に、目次と各部分の執筆者名を書きぬいておく。

はじめに /高村 秀一 (名大)
もくじ
第1章 プラズマってなんだ?
1. プラズマとは第4の物質状態 8 /高村
2. プラズマの性質 11 /高村
3. 蛍光灯の中は1万度のプラズマ 14 /門 信一郎 (東大)
4. 大画面の中の極小プラズマ 15 /門
5. レーザー生成プラズマによる誘雷 17 /藤井 隆 (電中研)
6. オーロラのプラズマ 18 /藤山 寛 (長崎大)
7. 宇宙の99%はプラズマでできている 19 /高部 英明 (阪大)
第2章 プラズマ技術のひろがり
1. 金属を切る (アーク放電のプラズマ) 24 /足立 和郎 (電中研)
2. 電気を切る (プラズマ遮断器) 26 /森宮 脩 (日本工大)
3. ダイヤモンドを作る豪腕プラズマ 28 /藤森 直治 (産総研)
4. 公害を消す綺麗好きプラズマ 31 /渡辺 隆行 (東工大)
5. プラズマ中の微粒子 33 /林 康明 (京都工繊大)
6. 高周波プラズマのリング発光 35 /坂和 洋一 (阪大)
7. プラズマ中の渦構造 36 /田中 雅慶 (九大)
8. ミラー磁場中のプラズマ 37 /長 照二 (筑波大)
9. 大気圧トーラスプラズマ 38 /沖野 晃俊 (東工大)
10. 高周波がつくるプラズマ 39 /坂本 慶司 (原子力機構)
11. 負イオンビームプラズマ 40 /井上 多加志 (原子力機構)
12. プラズマ照明 41 /神藤 正士 (静岡大)
第3章 核融合プラズマエネルギーとは?
1. もし核融合プラズマ発電が実現したら 46 /小西 哲之 (京大)
2. どんな燃料を使うの? 48 /小西
3. どこが今までのエネルギーと違うの? 50 /小西
4. 1億度と言われても? 51 /波多江 仰紀 (原子力機構)
5. どうやって燃やす? 53 /波多江
6. どうやって1億度以上にする? 55 /波多江
7. どうやってエネルギーを取り出す? 57 /秋場 真人 (原子力機構)
8. どうやって電気にする? 58 /小西
9. 水素エネルギーとの親密関係 60 /小西
[Column] ミュオン核融合 /永嶺 謙忠 (KEK)
第4章 プラズマエネルギーへの道(その1) 星の核融合と磁場の力による核融合
1. 重力で閉じ込める 64 /岡野 邦彦 (電中研)
2. 地上の太陽、磁場方式 67 /栗原 研一 (原子力機構)
3. 磁場方式のフロントランナー トカマク 69 /栗原
4. トカマクによる世界新記録 75 /石田 真一 (原子力機構)
5. トカマクの超長時間運転実証 77 /佐藤 浩之助 (九大)
6. 勝手に流れる電流の発見 78 /菊池 満 (原子力機構)
7. 高性能トカマクとその制御 80 /鎌田 裕 (原子力機構)
8. ヘリカル方式の原理と特長 82 /山田 弘司 (核融合研)
9. ヘリカル方式による長時間定常実験 88 /熊澤 隆平 (核融合研)
10. その他の各種方式 90 /長
第5章 プラズマエネルギーへの道(その2) 慣性の力を利用した核融合
1. 慣性の力って? 94 /白神 宏之 (阪大)
2. レーザー核融合エンジン 95 /兒玉 了祐 (阪大)
3. レーザーが作る超高密度の世界 96 /白神
4. 世界最強のスパークプラグ 97 /兒玉
5. ナノテクノロジーが支える核融合ターゲット 98 /長井 圭治 (阪大)
6. 世界最速の目がとらえる核融合の瞬間 99 /白神
7. コンパクトなレーザー核融合点火を目指した日本の計画 101 /兒玉
8. X線を使った核融合 102 /白神
9. イオンビームによる核融合 103 /堀岡 一彦 (東工大)
10. 超新星爆発のシミュレーション 104 /高部
第6章 核融合プラズマエネルギー発電所を目指して
1. 実用化を目指した核融合燃焼実験装置 106 /松田 慎三郎 (原子力機構)
2. ITER以降の核融合実用炉の実現 112 /藤原 正巳 (核融合研)
3. 発電プラントの特長と目標 115 /岡野
4. 水素製造と水素エネルギー社会 118 /小西
5. 磁場方式の発電プラント 120 /岡野
6. レーザー核融合発電所 122 /乗松 孝好 (阪大)
7. ダイバータと高耐熱材の開発 124 /高津 英幸 (原子力機構)
8. 核融合炉材料の開発 128 /室賀 健夫 (核融合研)
9. 加熱技術の開発 130 /井上
10. ブランケットの開発 132 /高津
11. 超伝導体とその必要性 137 /小泉 徳潔 (原子力機構)
12. 高強度パワーレーザーの開発 139 /宮永 憲明 (阪大)
13. 安全性と廃棄物の取り扱い 141 /小西
第7章 プラズマエネルギーと未来社会
1. 人類とエネルギーの歴史 144 /時松 宏治 (産総研)
2. 江戸時代はエコロジー社会だったか? 148 /小西
3. プラズマが拓く未来 152 /犬竹 正明 (東北大)
4. いまわれわれにできること 157 /小西
5. どうすればプラズマエネルギーの研究者になれるか 158 /小川 雄一 (東大)
6. 若手研究者に聞く 169 /柏木 美恵子 (原子力機構)、宮澤 順一 (核融合研)、沼倉 友晴 (筑波大)
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