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核融合炉

nuclear fusion reactor

 核融合反応エネルギーを利用した発電炉.プラズマの閉じ込め方式により磁気閉じ込め型核融合炉と慣性閉じ込め型核融合炉に区分される.磁気閉じ込め型核融合炉は,閉じ込め磁場の形状の種類によりトカマク型,ヘリカル型,ミラー型に区分される.
トカマク型核融合炉を図に示す.ドーナツ状のプラズマは,磁気力によりプラズマを囲む第一壁に接触することなく閉じ込められる.プラズマは,ダイバータと呼ばれる特殊な磁場配位により限られた局所領域から流出し第一壁に接触し,中性ガス化して排出される.接触する第一壁をダイバータ板という.重水素とトリチウムの核融合反応では80%の核融合エネルギーが中性子に,20%のエネルギーがヘリウムに与えられる.ヘリウムは,発生直後に電離してプラズマ中に閉じ込められる.中性子はプラズマから飛出して,第一壁の裏側にプラズマを取囲むように設置されるブランケットで熱化するとともに遮へいされる.また同時にリチウムとの核反応によりトリチウムを増殖する.核融合炉は同じ施設で核発熱と燃料増殖を行うことに特徴がある.発電プラントは,核分裂炉と同じく一次冷却系,熱交換器,二次冷却系,タービン発電機などから構成される.流出するプラズマを利用して直接発電する考えもある.このほか,閉じ込め磁場を発生する超電導磁石,プラズマを1~2億℃に加熱する加熱装置,燃料を注入,排気,精製する燃料循環系が核融合炉の主要な構成機器である.
ヘリカル装置やミラー装置もトカマクと同じ構成機器が必要である.
慣性閉じ込め型核融合炉では直径が数mmの固体球状燃料にレーザや電子ビームなどを四方八方から照射し,燃料を爆縮して核融合反応を起こす.爆縮後の燃料密度は固体の約1000倍になり,温度も数億度に上昇する.爆縮の頻度は数Hzになるため核発熱は準定常といえる.磁場は必ずしも必要ではない.

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