核融合スタートアップ企業のInertia Enterprisesは、燃料ペレットの製造に必要な時間を、工程の一部では数日から数分に、全工程を通算した1個当たりの製造時間では1週間以上から約2～3時間に短縮できたと発表しました。同社は、この進展により、収益性のある商用核融合発電所を建設する前に克服すべき10の障壁のうち1つを取り除けると考えています。
Inertiaは、国立点火施設（National Ignition Facility - NIF）で開発された技術を基盤としています。NIFは、Lawrence Livermore国立研究所に属する複雑な研究施設です。NIFでの燃料ペレットの製造には1週間以上かかり、多額の費用が必要でした。これは、同施設が工業規模で稼働する発電所に燃料を供給するためではなく、実験目的で年間に限られた数のペレットを製造しているためです。
実験モデルから製造可能な工程へ
同社の共同創業者兼最高経営責任者（CEO）であるJeff Lawsonは、InertiaがNIFのペレットを、大量生産できる製品へと転換すべき試作品として扱ったと述べました。そのため同社は、Appleなどの企業から採用した従業員を含む産業エンジニアを起用し、工場内で繰り返し生産できるよう工程を再設計しました。
ペレットはダイヤモンド製の球状シェルで構成され、その内側に、核融合燃料として使用される水素の同位体である重水素とトリチウムの薄い凍結層があります。結晶層には、両同位体のガス混合物が含まれています。微小な欠陥が点火プロセスを妨げ、得られるエネルギーを制限する可能性があるため、各層は理想的な球形に極めて近い形状でなければなりません。
その後、ペレットはhohlraumと呼ばれる金製の外殻で覆われます。これはレーザーエネルギーをX線に変換し、燃料を圧縮します。プロセスが成功すると、原子が融合してエネルギーを放出します。そのためInertiaには、NIFの実験で実証された物理的特性から大きく離れることなく、製造を高速化することが求められました。
実際に何が変わるのか
同社は、複数回の開発を経て、NIFでは最長で1週間かかることがあった結晶の成長を、約30分で実施できるようになったと述べました。また、官民パートナーシップの枠組みでNIFと協力して工程を開発し、工業規模へ拡張可能だとしています。
Inertiaは、現在NIFにあるレーザーの4倍の出力を持つレーザーを使用する計画です。同社によると、追加のエネルギーによって、ペレットに一定程度の欠陥を許容できる余裕が大きくなり、これも製造時間の短縮に寄与しました。Lawsonによれば、レーザー出力の増強は、システムのその他の構成要素に運用上の余裕を持たせる同社の戦略の一部です。
短縮がトリチウムと発電所の規模に及ぼす影響
ペレット製造の高速化がもたらす影響は、生産性だけにとどまりません。トリチウムは、取り扱いに特別な注意を要する放射性物質であり、高価でもあります。価格は1グラム当たり約3万ドルで、世界の備蓄量はScience誌によると約25キログラムにすぎません。
Inertiaは、核融合反応の支援によって自社でトリチウムを生産する計画ですが、運転を開始するには初期備蓄が必要です。ペレットの製造時間を短縮すれば、常時保有しなければならないトリチウムの量を抑えられます。同社は、大規模な商用発電所で毎秒10個の燃料ペレットを消費すると見込んでいます。そのため、製造時間と貯蔵は施設の規模と効率に実際的な影響を及ぼす要因となりますが、収益性のある発電所の実現に必要な残りの課題を、それだけで解決するものではありません。