アメリカ合衆国エネルギー省がOpenStar Technologiesとコロンビア大学に、初の浮遊双極子核融合反応炉の排気システム設計を選定

アメリカ合衆国エネルギー省（DOE）は、OpenStar Technologiesとコロンビア大学に、世界初の浮遊双極子核融合反応炉の排気システムを設計することを選定した。商業核融合は、超高温ガス（すなわちプラズマ）を磁場内に閉じ込めることに依存している。しかし、各反応炉は、設備の内部壁を溶融させないように、熱と流出粒子を安全に除去する必要がある。典型的な核融合装置は、「ダイバータ」を使用してこの問題を解決しており、逃げ出したプラズマを冷却されたターゲットプレートに導く。現在まで、浮遊双極子用のダイバータは建設されていない。

従来のドーナツ型反応炉とは異なり、浮遊双極子は真空チャンバー内に単一の超伝導磁石を浮遊させ、地球や木星などの惑星の自然磁場を模倣している。物理的な支持構造を取り除くことで、熱の漏れの主要な経路が排除され、プラズマの安定性が維持される。

浮遊双極子の利点

コロンビア工科大学の助教授ベン・ジュ（Prof. Ben Zhu）は、「磁気双極子は優雅で非常にシンプルな核融合の概念ですが、まだ十分に探求されていません。実行可能な排気ソリューションは、あらゆる核融合エネルギーシステムが直面する最も差し迫った課題の一つです。したがって、ここで得られる知識は商業核融合エネルギーのより広範な追求を直接促進するでしょう。」と述べている。

今後12ヶ月間、研究者は双極子磁場の境界における熱と粒子の挙動を描く。これにより、X点と呼ばれる真の磁場ゼロ点が生成され、エンジニアは標準的な反応炉モデルを超えることを強いられる。これを実現するために、コロンビア大学は、TokaMakerとHermes-3という名前のオープンソースの境界モデリングコードという2つの先進的なソフトウェアツールを組み合わせる。チームは、OpenStarの既存のニュージーランドプロトタイプ機「Junior」の実際のデータに基づいてシミュレーション結果をテストする。

今年2月、OpenStarはこの1,000万ドルの機械を使用して、5メートルの真空チャンバー内に0.5トンの磁石を浮遊させ、プラズマを100万度を超える高温に制限することに成功した。

コロンビア大学の研究科学者クリストファー・ハンセン（Dr. Christopher Hansen）は、「OpenStarと協力して、私たちの基本的な物理学の知識をモデリングツールに拡張する方法を研究します。」と述べている。

双極子の先駆者の再集結

このプロジェクトは、双極子の先駆者の再集結を示している。コロンビア大学は、マサチューセッツ工科大学と共同で初期の浮遊双極子実験を行っており、OpenStarの最高科学責任者ダレン・ガニエ（Dr. Darren Garnier）は、主任実験者を務めていた。彼は、OpenStarの最高科学者ジェローム・グテール（Dr. Jerome Guterl）と共にこの新しい作業をリードする。彼らの最終的なダイバータ設計は、OpenStarの次の機械「Tahi」で初めて公開される予定である。

Tahiは、核融合に関連する条件を達成するために建設され、最初は医療用放射性同位体の中性子を生産し、電力網規模の核融合発電所への足がかりとなる。

グテールは次のようにまとめている。「コロンビア大学の境界プラズマモデリングに関する卓越した専門知識と、数十年にわたるトカマクダイバータ研究から得た経験を組み合わせて、Tahiおよび将来の双極子のエネルギーと粒子の排気ソリューションを開発することを非常に楽しみにしています。」このパートナーシップは、DOEの核融合エネルギー革新ネットワーク（INFUSE）の支援を受けている。今年、このプログラムは、民間企業、国立研究所、大学間で850万ドルの資金を配分し、28の共同プロジェクトを含む。OpenStarはそのアメリカ子会社OpenStar USAを通じてこの資金を獲得した。

同社はまた、このラウンドでカリフォルニア大学サンディエゴ校とともにプラズマ診断技術を開発するための2つ目のINFUSE賞を獲得した。

浮遊双極子技術の可能性と課題

浮遊双極子核融合反応炉の設計は、核融合の安定性と効率を向上させることを目的とした新しい技術的アプローチを表している。従来の反応炉における物理的な支持構造を排除することで、この設計は熱の漏れを効果的に減少させ、プラズマの安定性を維持することができる。この研究は、プラズマの挙動を理解するのに役立つだけでなく、商業核融合のさらなる発展を促進する。OpenStarとコロンビア大学の協力により、将来の研究は核融合技術の実用化に向けた重要な科学的基盤と技術的支援を提供する可能性がある。