核融合は、2 つの軽い原子核が結合してより重い原子核を形成し、その過程でエネルギーを放出するプロセスです。これは、太陽や他の恒星にエネルギーを供給しているのと同じプロセスであり、膨大なエネルギー源を提供します。重い原子を分割してエネルギーを放出する核分裂とは異なり、核融合はこれらの原子を結合します。核融合は、地球上で制御および維持できれば、ほぼ無限のクリーン エネルギー源を提供できる可能性があります。
簡単に言えば、核融合とは、水素などの 2 つの軽い原子の核が融合して、ヘリウムなどの 1 つの重い原子を形成することです。結果として生じる原子と残りの物質の質量は、元の原子の質量よりも小さくなります。アインシュタインの方程式\(E = mc^2\)によれば、この質量の損失は大量のエネルギーに変換されます。ここで、 \(E\)は生成されるエネルギー、 \(m\)は失われる質量、 \(c\)は光速です。
このプロセスでは、正電荷を帯びた原子核間の静電反発力を克服するために、極めて高い温度と圧力が必要です。核融合が自然に発生する太陽の中心部では、温度が 1,500 万度以上に上昇し、圧力も非常に高いため、原子核が核融合を起こすのに十分近づくのに適した条件が整います。
発生する可能性のある核融合反応にはいくつかの種類があり、それぞれ反応物と生成物が異なります。最もよく知られ、研究されている反応は、水素の同位体である重水素 ( \(D\) ) と三重水素 ( \(T\) ) が関与する反応です。
核融合の文脈では、放射能が重要な役割を果たします。特にトリチウムが関与する反応ではその役割が顕著です。トリチウムは水素の放射性同位体で、半減期は約 12.3 年です。つまり、時間の経過とともに崩壊し、ベータ粒子 (電子) を放出して安定したヘリウム 3 に変化します。DT 核融合反応は、大量のエネルギーを効率的に生成し、放出された中性子を使用して中性子活性化と呼ばれるプロセスを通じてリチウムからさらにトリチウムを生成できるため、特に興味深いものです。
\( \textrm{リチウム6} + \textrm{中性子} \rightarrow \textrm{トリチウム} + \textrm{ヘリウム4} \)地球上で制御された核融合を実現することは、プロセスに必要な極端な条件のために困難でした。2 つの主なアプローチが追求されています。
核融合は、ほぼ無限のクリーンなエネルギー源となる可能性を秘めています。化石燃料とは異なり、核融合は温室効果ガスや長寿命の放射性廃棄物を生成しません。核融合の燃料である重水素は海水から抽出できるため、事実上無限であり、三重水素は比較的豊富なリチウムから生成できます。技術的および科学的課題が克服されれば、核融合は世界のエネルギー生産に大きな影響を与え、持続可能でカーボン ニュートラルな未来に貢献する可能性があります。
核融合は、持続可能なエネルギー ソリューションの探求における人類の最高峰です。太陽は核内で核融合を難なく行いますが、このプロセスを制御された条件下で地球上で再現することは、現代の最大の科学および工学上の課題の 1 つです。核融合エネルギーの開発が成功すれば、クリーンで安全かつ無尽蔵のエネルギー源の探求において重要なマイルストーンとなり、世界の電力供給方法に革命をもたらすでしょう。
