Home
プラズマの解析や数値モデリング、プラズマを活用して颁翱?を分解する研究
フュージョン発电で安心安全なエネルギーを
プラズマとは、个体、液体、気体に次ぐ物质の第4の状态と言われるもので、高温で原子や分子が电离しイオンと电子に分かれた気体を指します。宇宙の99.9%はプラズマであり、例えば雷もそのひとつです。
水素同位体をプラズマ状態にし、超高温?超高密度で一定時間ある場所に閉じ込めると、軽い原子核同士が核反応を起こして重い原子核に変わるフュージョン (核融合) 反応が生じます。これを人工的に連続して起こし、発生した莫大なエネルギーを利用する発電方法をフュージョン発電と言います。私はそのフュージョン発電に貢献し、カーボンニュートラルを実現することを目的として研究を進めています。
日本ではほぼ100％输入に頼らざるを得ない石油は、常に各国による争夺戦が続いており、将来的には必ず自立したエネルギー源が必要になります。そして今、発电には自国でエネルギー源をまかなえるかどうかだけでなく、安全性、环境负荷の低减といった课题もあります。それら全ての课题を解决できる可能性を秘めているのがフュージョン発电なのです。発电のエネルギー源は海水中に含まれる重水素や叁重水素といった水素同位体です。そのため、枯渇の心配がなく、安全で、さらに温室効果ガスを出さないクリーンエネルギーとして期待されています。
プラズマを闭じ込める2种类のカゴ
プラズマを闭じ込めてフュージョン反応を起こさせる方法はいくつかありますが、世界で研究が进んでいるのは、磁场の力を用いてプラズマを闭じ込める磁场闭じ込め方式です。磁场闭じ込め方式は大きく「トカマク型」と「ステラレーター型」という2种类に分类されます。実は、両方の方式の実験装置を一研究室で备えているのは世界でも広岛大学だけです。研究では磁力线でできた「カゴ」にプラズマを闭じ込め、その中でフュージョン反応を起こすのですが、2つの违いはこのカゴの作りの违いと言えます。
比较的主流とされるトカマク型はドーナツのような形状をしており、作りとしては単纯ですが、フュージョンプラズマを维持するために电気を流し続ける必要があります。これが难しく、フュージョン反応を起こすのに必要な高性能のプラズマは、现在の技术でも长くて1,000秒ほどしか保たせることができません。対して、ステラレーター型は磁力线がネジネジと复雑に络み合った形状をしていますが、电気を流す必要がなく、トカマク型と比べて长时间発电が可能とされています。その最适なカゴの形を数値シミュレーションにより発见したのが、当研究室です。
人の目线だとどうしても、自然はシンプルなものだろうと思い込みがちですが、実际には想像を超えた自然法则が存在します。シミュレーションの结果は自分が抱いていたイメージとの差が大きく「なぜ？」と突き詰めることで、复雑な形のカゴの方がプラズマにとっては心地良いのだという结论に辿り着きました。このような谜解きは难しくも楽しいです。
現在、7か国が協力してフランスにフュージョン実験炉を作るという大型の国際プロジェクト、「ITER (イーター) 計画」が進んでいます。実はITER計画で作られている炉はトカマク型なのですが、抱えている課
题によって、いずれはステラレーター型にシフトチェンジしなければならないときが来るはずです。そのような未来を见据えて、両方の装置による研究に取り组んでいます。
また、滨罢贰搁计画とは别に、日本では「フュージョンエネルギー?イノベーション戦略」が进められています。これは2030年代までにフュージョン発电の実用化に目処をつけようというものですが、私の研究もこの目标期间内に结果を出せればと思っています。実际、この分野には国の研究所だけでなく民间公司も参入してきており、どこよりも早い実现を目指して皆が汗を流しています。
答えのない问いを楽しめる人に
皆さん、SFに興味はありますか？ 核融合ロケットはSFの定番であり、例えばガンダムも核融合エネルギーで動いています。私はもともと宇宙工学に興味を持ち、将来、深宇宙を探査するロケットを作るために核融合について勉強を始めました。ですが、まずは地上の問題を片付けなければならないという思いから現在の研究を行っています。ご紹介した他に、プラズマの特性を利用したCO2分解?メタン分解といったプラズマを活用した応用的なことにも学生と共に取り组んでいます。
今回はプラズマに特化してご紹介しましたが、私の研究室では主に流体 (水や空気など一定の形を持たず流れるもの) を扱っており、「流体の力でカーボンユートラルを実現する」ことを大きな目標にしています。
教育者である私にとっては、次世代を担う人材を育てるのも役目の一つです。础滨が一般的に活用されつつある今、学生には础滨を超えたアイデアを生み出せる人材になってほしいと思っており、自分で考えることの大切さを伝えています。础滨は今ある知识から答えを导き出すことは出来ますが、先のことは予测できません。研究で解き明かさなければならない问题には答えがなく、最先端の现场では予想と违うことも山ほど起きます。これは、础滨ではなく自身の思考によってでしか解决できない问题なのです。せっかく大学で学ぶのなら、教科书にも载っていない、チャット骋笔罢に闻いてもわからない、そんな问题と向き合う时间を楽しんでほしいと思っています。もちろん、失败することもあるでしょう。しかし、失败したときは私が全力でフォローします。
研究室の学生とパシャリ
YASUHIRO SUZUKI
1998年3月 東北大学 工学部 量子エネルギー工学科 卒業
2000年3月 京都?学 ?学院エネルギー科学研究科 博?前期課程 修了
2003年7月 京都大学 大学院エネルギー科学研究科 博士後期課程 修了
2003年8月 京都大学 エネルギー科学研究科 COE研究員
2005年2月 核融合科学研究所 助手
2014年1月 核融合科学研究所 准教授
総合研究大学院大学 物理科学研究科 准教授 併任
2021年10月 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 教授
