レーザー-主導の核融合エネルギーの競争が激化

2022 年 8 月、ローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) の国立点火施設 (NIF) の科学者チームが 1.9 MJ のレーザー エネルギーで 1.35 メガジュール (MJ) の核融合エネルギーの収量を達成するショットを発射したとき、それは核融合燃焼を知らせる待望の科学的進歩でした。-

同年後半、別の慣性核融合（別名レーザー駆動核融合）実験中に、科学者たちは 2.05 MJ のレーザー エネルギーで 3.15 MJ の核融合エネルギーの収量を達成し、点火に成功しました。これは研究室内で生成された熱核融合反応であり、-これにより、2030 年代または 2040 年代までにカーボンフリー レーザーによる核融合エネルギーを電力網に導入するための世界的な競争が始まりました。--

「これは、NIF が慣性核融合が可能であることを初めて示すことに成功したターニングポイントでした。鍵となるのは、適切な種類の燃料-重水素-三重水素-を使用し、レーザーを使用してそれを圧縮および融合して利得（投入するエネルギーよりも多くのエネルギー）を生成することです」と SLAC のスタッフ科学者であり、SLAC 高エネルギー密度科学部門の副所長であるアリアナ グリーソンは述べています。 「それは、研究室の中で星の燃料をほんの一瞬だけ維持するようなものです。-」

2022 年 8 月、ローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) の国立点火施設 (NIF) の科学者チームが 1.9 MJ のレーザー エネルギーで 1.35 メガジュール (MJ) の核融合エネルギーの収量を達成するショットを発射したとき、それは核融合燃焼を知らせる待望の科学的進歩でした。-

同年後半、別の慣性核融合（別名レーザー駆動核融合）実験中に、科学者たちは 2.05 MJ のレーザー エネルギーで 3.15 MJ の核融合エネルギーの収量を達成し、点火に成功しました。これは研究室内で生成された熱核融合反応であり、-これにより、2030 年代または 2040 年代までにカーボンフリー レーザーによる核融合エネルギーを電力網に導入するための世界的な競争が始まりました。--

「これは、NIF が慣性核融合が可能であることを初めて示すことに成功したターニングポイントでした。鍵となるのは、適切な種類の燃料-重水素-三重水素-を使用し、レーザーを使用してそれを圧縮および融合して利得（投入するエネルギーよりも多くのエネルギー）を生成することです」と SLAC のスタッフ科学者であり、SLAC 高エネルギー密度科学部門の副所長であるアリアナ グリーソンは述べています。 「それは、研究室の中で星の燃料をほんの一瞬だけ維持するようなものです。-」

核融合に向けたレーザーアーキテクチャの進歩

NIF は 1990 年代に建設され、当時のレーザー技術を備えています。 「現在、私たちは 1990 年代に比べてはるかに効率的にレーザーを製造しています。私たちの技術は、核融合に必要な繰り返し率で高効率のレーザーを作成できるところまで進歩しました。-1 秒あたり何ショットも実現できます。」とグレンザー氏は言います。 「興味深いことに、iPhone 内のマイクロチップは、実際にレーザー融合プログラムから生まれたレーザー技術を使用して製造されています。これはレーザー融合の最初の商業的成功でした。」

核融合コミュニティ内では、レーザー技術は、かつてはフラッシュランプ-励起またはフラッシュランプ-ベースのレーザーが「非常に強力な主力製品」であった古いアーキテクチャから徐々に離れつつあります、とグリーソン氏は言います。 「しかし、より効率的なレーザーが必要なので、ダイオード-励起固体レーザー（DPSSL）-を使用しています。」

これは、必要なテストのために誰もが IFE 標準レーザー プラットフォームに移行しているため、DPSSL レーザーのサプライ チェーンを構築する必要があることを意味します。 「ファイバー-結合レーザーは、光をある場所から別の場所に移動する方法の 1 つであり、通信会社で広く使用されていますが、核融合コミュニティが現世代のレーザー アーキテクチャを活用しようとしており、私たちがより大きなレーザーを構築しているため、物事がどのように冷却されるかについてより注意を払う必要があります。これは企業にとってイノベーションの場です」とグリーソン氏は言います。

エキシマ レーザーは媒体としてガスを使用するため、「指向性エネルギー兵器に関して国防総省 (DoD) との深い歴史があります」とグリーソン氏は言います。{0} 「これは核融合の概念の基礎でもあります。数十年にわたる物理学と研究に基づいたエキシマ レーザーで大きな進歩が見られます。このような強力なレーザーを、おそらくより小さな設置面積内で、またはより効率よく実現するために進歩しています。このような大きなレーザー構造をどうやって冷却するのでしょうか。これらは、民間企業が独自の秘伝のソースを開発できる場所です。」

STARFIRE および RISE フュージョン ハブ

STARFIRE 核融合ハブは、LLNL と SLAC によって主導され、レーザー駆動の核融合エネルギーを商業化しています。{0}}その焦点は、高利得のターゲット設計、ターゲットの製造、DPSSL です。-メンバーにはMITが含まれます。カリフォルニア大学バークレー校。カリフォルニア大学ロサンゼルス校。カリフォルニア大学サンディエゴ校。オクラホマ大学;ロチェスター大学;テキサスA&M。フラウンホーファーレーザー技術研究所。リバモア研究所財団;オークリッジ国立研究所;サバンナリバー国立研究所;フォーカストエナジー株式会社;ゼネラル・アトミックス;レオナルド エレクトロニクス米国;ロングビュー・フュージョン・エナジー・システムズ社;トルンフ;およびXcimer Energy Corp.

チームは SLAC のレーザー研究室にアクセスできるため、米国で唯一の X{0}}線自由電子レーザー（XFEL）であるリニアック コヒーレント光源（LCLS）（LCLS）を使用して、カプセル材料や核融合燃料を調査および調査する機会があります。 120 Hz で動作しますが、間もなくメガヘルツでも動作する予定です。

「SLAC での実験では、一度に 2 つのレーザーを使用します。長いパルス レーザーがサンプルに衝撃波を送り込み、その後 LCLS でプローブして、物理モデルを改善するために最小の長さと時間スケールで何が起こっているかを確認します」とグリーソン氏は言います。 「私たちの物理モデルが正しいかどうかをベンチマークするために、リンゴとリンゴを比較する必要があります。これは国立研究所が必要としているものを裏付けるだけでなく、民間企業にコンセプトの一部が機能するかどうか（たとえば、ターゲットエンゲージメントをどのようにシミュレーションしているかなど）を予測する方法を提供します。そして私たちは、さまざまなレーザーおよび機器プラットフォームへのアクセスを活用して、この重要なデータを企業に提供しています。」

もう 1 つのハブである RISE は、SLAC とコロラド州立大学が主導しており、コーネル大学、イリノイ大学、テキサス A&M、ロス アラモス国立研究所、海軍研究所、民間企業{0}}Xcimer Energy Corp.、Blue Laser Fusion、Marvel Fusion、General Atomics- の専門家がレーザー ドライバーへのさまざまなアプローチに取り組んでいます。{2}}

「どれも信頼できるアプローチを持っています」とグレンザー氏は言う。 「しかし、1 つの企業がすべてを実現しようとしているわけではありません。-これはコミュニティであり、全国規模の融合ハブです。研究者は技術の進歩に努めており、私たちは 2030 年代までに研究と技術のギャップを埋めるために互いに学び合っています。」

グレンザー氏は投資家からどの核融合会社を支援すべきかと頻繁に質問される。 「レーザー会社の中には、防衛領域内でドローンを撃墜するためのレーザーを提供することで、はるかに早く利益を得ることができる会社もあります」と彼は言う。 「しかし投資家はこのアイデアをあまり好まない。なぜなら彼らは核融合と電力のみを提供する市場を望んでいるからである。彼らは実際、これらの企業が電力を販売できるように核融合を行うことを望んでいる。彼らが核融合の実現にどれほど注力しているかは非常に興味深い。」

核融合コミュニティは、「核融合会社がデモパイロット計画を構築するだけでなく、長期の原子炉を保有するためのリソースを確保するためのサプライ チェーン要件をよく認識しています」とグリーソン氏は述べています。{0} 「これは、国内のサプライチェーンを確立するために、原材料をどこから調達し、米国全土で部品を製造できるかという点で、多面的なアプローチです。これが重要です。」