核融合発電

2つの粘土の塊をものすごい力で投げつけてぶつけると1つに合体するように、核融合とは水素のような軽い原子核同士が合体して、より重いヘリウムの原子核へと変化する現象です。空に浮かぶ太陽が途切れることなく光と熱を放ち続けている秘密も、中心部で起きている核融合にあります。

しかし、原子核はどれもプラス（＋）の電気を帯びているため、磁石の同じ極同士のように激しく反発し合います。この反発力に打ち勝って原子核同士がくっつくほど近づくには、想像を絶する超猛スピードで衝突させなければなりません。太陽の中心部は約1,500万度ですが、巨大な重力が生み出す凄まじい密度と圧力のおかげで核融合が起こります。一方、地球上では太陽のような重力密度をつくれないため、温度を太陽よりはるかに高い1億度以上の超高温まで引き上げる必要があります。

このような極限の温度下では、原子核と電子がバラバラになって飛び交う「プラズマ」という物質の第4の状態が生まれます。太陽は巨大な重力で粒子をぎゅっと閉じ込めていますが、地球上では重力が弱いため、粒子を超高速で激走させて正面衝突させる方法をとるのです。

2つの原子核が合体しただけなのに、なぜこれほど莫大なエネルギーが湧き出るのでしょうか。実は不思議なことに、反応後にできたヘリウム原子核と中性子の質量を足し合わせても、反応前の原子核の質量の合計よりほんのわずかだけ軽くなっています。このとき消え去った極微量の質量が、純粋なエネルギーへと姿を変えて放出されているのです。

アインシュタインの「質量とエネルギーの等価性（E=mc²）」によれば、質量とエネルギーは本質的に同じものであり、ごくわずかな質量でも光の速度の2乗が掛け合わされると、天文学的なエネルギーに化けます。韓国核融合エネルギー研究院（KFE）の試算によると、海水1リットルに含まれる重水素（約0.03g）からは、理論上ガソリン約300リットル分に匹敵するエネルギーを取り出すことができます。

従来の原子力発電がウランのような重い原子核を分裂させる「核分裂」方式であるのに対し、核融合は軽い原子核をくっつける真逆のアプローチです。同じ質量の燃料で比較すると、核融合は核分裂の数倍ものエネルギーを生み出すことができ、放射能が何万年も残る高レベル放射性廃棄物もほとんど出しません。

1億度を超える超高温プラズマは、容器の壁に触れた瞬間に冷めて反応が止まってしまい、壁そのものも傷んでしまいます。そのため、壁に触れさせずに宙へ浮かせておく必要があります。科学者たちは強力な磁石を使ってドーナツ型の「磁場の檻」をつくり、その中にプラズマを浮遊させて閉じ込める技術を開発しました。その代表格がトカマク型（Tokamak）です。ほかにも強力なレーザーで燃料を一瞬で圧縮するレーザー核融合など、さまざまな方式が研究されています。

核融合発電には、従来の原子力発電所のような「暴走事故」のリスクが原理的に存在しません。燃料の供給バルブを閉めたり、装置の異常で電源が落ちたりすれば、1億度の炎は一瞬で冷え切り、反応はその場で自然にストップするからです。

温室効果ガスを排出せず、何万年にもわたって厳重管理が必要な高レベル放射性廃棄物もほとんど出ません。ただし、燃料となる三重水素（トリチウム）や、飛び交う中性子にさらされた装置の部材は放射能を帯びるため、適切な管理が必要です。投入した以上のエネルギーを安定して生み出す技術や、強力な中性子に耐えうる材料の開発、三重水素を炉内で自給自足する技術などの課題が克服されれば、人類は燃料枯渇の心配がほぼない究極のエネルギー源を手に入れることになります。