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閉じ込め

閉じ込めとは、1 億度を超える高温プラズマを、核融合反応が続くのに十分な時間だけ保持することを指します。

1 億度のプラズマを入れられる容器は存在しません。どんな材料の壁も、触れれば溶けてしまう前にプラズマの側が冷えて、反応が止まってしまいます。そこで「壁に触れさせずに宙に浮かせて保持する」工夫が必要になります。これが閉じ込めです。太陽は巨大な重力で、地上の装置は磁場またはプラズマ自身の慣性で、この役割を果たします。

プラズマを構成する荷電粒子が磁力線に巻き付いて運動する性質を使い、磁場のかごでプラズマを保持します。

  • トカマク - プラズマ電流を利用するドーナツ型装置
  • ステラレータ - 外部コイルだけでねじれた磁場を作る装置

強力なレーザーなどで小さな燃料ペレットを急激に圧縮・加熱します。燃料が飛び散るまでのごく短い時間(慣性で形を保つ時間)の間に反応を終わらせる方式です。

恒星が自らの重力でプラズマを閉じ込める方式です。地上では実現できません。

エネルギー閉じ込め時間(学部レベル以上)

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閉じ込めの良さは、エネルギー閉じ込め時間(energy confinement time) τE\tau_E で測ります。これはプラズマの熱エネルギーが加熱なしで保たれる時間の目安で、密度 nn、温度 TT とともにローソン条件に現れます。

nTτE3×1021 keVs/m3n \, T \, \tau_E \gtrsim 3 \times 10^{21} \ \text{keV} \cdot \text{s} / \text{m}^3