核融合発電の開発を手がけるアメリカのスタートアップ企業「イナーシャ・エンタープライズ」は、これまで数日かかっていた燃料ペレットの製造時間をわずか数分に短縮する技術を開発したと発表しました。
同社は商業用発電所の実現に向けた第1段階として、克服すべき10の課題を掲げています。今回の燃料充填時間の短縮により、そのうちの1つを解決したとしています。
この技術的進歩は容易なものではありませんでした。同社は、アメリカの国立点火施設（NIF）で開発された技術を商業化することを前提に、投資家から4億5000万ドル（約697億5000万円）の資金を調達しています。NIFの実験施設では、燃料ペレットの製造に1週間以上の時間と多額の費用がかかるため、採算性の確保が課題となっていました。
イナーシャの共同創業者でCEOのジェフ・ローソン氏は、「NIFでは年間数個のペレットしか製造しておらず、これはあくまで試作品の段階です」と指摘しています。同社はこれを大量生産可能なプロセスに転換するため、大手テクノロジー企業などから産業エンジニアを採用し、工場での量産化に向けた体制を整えているということです。
核融合燃料となるペレットは、外側が球状のダイヤモンドの殻で覆われ、その内側に重水素と三重水素（トリチウム）の凍結層があります。さらに中心部には、ガス状の重水素と三重水素が封入されています。これらを「ホールラウム」と呼ばれる金の容器に入れ、レーザーエネルギーをX線に変換して燃料を圧縮し、核融合反応を起こします。この際、ペレットの球形にわずかな歪みがあるだけでも反応が阻害されるため、極めて高い精度が求められます。
イナーシャは、NIFで実証された物理学の原理を維持しつつ、商業的に成り立つレベルまで製造工程を短縮する必要がありました。同社の共同創業者でチーフサイエンティストのアニー・クリッチャー氏は、NIFにおいて投入エネルギーを上回る出力を達成した初の核融合実験を設計した実績を持ちます。
開発の結果、同社はNIFで最大1週間かかっていた結晶の成長プロセスを約30分に短縮することに成功しました。ペレット1個あたりの総製造時間は約2〜3時間となり、産業規模での量産化が可能になるとしています。このプロセスは、官民パートナーシップを結んでいるローレンス・リバモア国立研究所のNIFからの支援を受けて開発されたということです。
また、イナーシャはNIFの4倍の出力を持つレーザーを使用する計画です。これにより、燃料ペレットの形状に多少の不完全さがあっても許容できるため、製造プロセスのさらなる高速化につながったとしています。ローソンCEOは、「レーザーの出力を大きくすることでシステム全体に余裕を持たせるのが当社の戦略です」と述べています。
燃料の充填時間を短縮することは、保有すべき三重水素（トリチウム）の量を減らすことにもつながります。放射性物質であるトリチウムは取り扱いに注意が必要なうえ、現在の価格は1グラムあたり約3万ドル（約465万円）と極めて高価です。科学誌「サイエンス」によると、世界の備蓄量はわずか約25キログラムにとどまっています。
多くの核融合スタートアップと同様に、イナーシャも核融合反応を利用して自社でトリチウムを生成する方針ですが、初期段階では一定の在庫が必要です。製造時間を短縮することで、この初期在庫を最小限に抑えることができます。同社は、本格的な商業用発電所では1秒間に10個の燃料ペレットを消費すると想定しています。
ローソンCEOは、「この工程の遅延を減らすことで、施設を小型化し、システム全体をより高速かつ効率的に稼働させることができます」と強調しています。
