エネルギー
冷却核融合が熱プラズマなしでクリーンエネルギーへの夢を再燃させる
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核融合は熱核融合だけを意味するのか？
核融合はエネルギー研究の聖杯です。大量のクリーンエネルギーを供給し、核廃棄物や二酸化炭素排出を出さず、宇宙の物質の大部分を占めるほど豊富な燃料を使用します。
しかし、実現は極めて困難です。なぜなら、核融合が起こる唯一の方法は、星の内部にあるような、何十億度もの圧力と温度を再現することだからです。
この条件は、強力な磁場で超高温プラズマを閉じ込め圧縮するか、何百もの強力なレーザーを同期させて同一点に照射することで達成できます。しかし、これらの方法はいずれも、核融合を開始するために投入したエネルギーを「取り戻す」だけの十分な時間、反応を維持できません。
ソース: IEEE
核融合技術の複雑さと、エネルギー問題を解決する可能性については、当記事「核融合 – 地平線上の究極のクリーンエネルギーソリューション」で詳しく論じました。
しかし、もし核融合が高出力プラズマ物理学ではなく、材料科学や希少金属、化学を用いた別の条件で起こり得るとしたらどうでしょうか？
これは「冷却核融合」の約束です。この分野は長らく非科学的とみなされ、科学界から嘲笑されてきました。ところが、権威ある学術誌 「重水素化チタン粉末の音響キャビテーション中の中性子放出の観測」 が掲載されたことで状況は変わりました。
冷却核融合の歴史
1989年、スタンリー・ポンズとマーティン・フライシュマンは冷却核融合を達成したと主張しました。残念ながら、科学界がその結果を再現しようと試みた数年は失敗に終わり、低品質な科学、あるいは明白な詐欺の疑いが持ち上がりました。
この論争は概念のイメージを永遠に傷つけました。また、アマチュアや詐欺師、真剣でない「発明家」たちが「発見」をピアレビューや科学的検証にさらすことを拒む結果にもつながりました。
それでも、少数の研究者は依然として取り組んでおり、低エネルギー核反応（LENR）、凝縮物質核科学（CMNS）、化学支援核反応（CANR）といった、争点の少ない呼称で研究が続けられています。
2020年代に入ってから関心が再燃しています。アマチュア研究へのスティグマを乗り越えようとする動きです。特に、米国政府機関 ARPA‑E が2023年に低エネルギー核反応（LENR）研究グループへ数件の助成金を発表 したことや、NASA 研究者が2020年に得た興味深い成果 が背景にあります。
NASA チームは自らの手法を「格子閉じ込め核融合」と呼びました。彼らはそれが冷却核融合ではなく、特殊な形態の熱核融合であると主張しました。
それでも、プラズマを使わずに融合を起こすことができたことは、核融合が従来考えられていた以上の方法で実現可能であることを示し、実際の冷却核融合も依然として可能性があることを示唆しています。
冷却核融合の二大概念
金属駆動型融合
1989年にポンズ＆フライシュマンが最初に提案した冷却核融合の手法は、形状変化する材料を用いて水素原子を捕捉・融合させるというものでした。水素を含浸させたパラジウム、エルビウム、チタンなどの金属が候補に挙げられました。
基本的な考え方は、水素原子を吸収し互いに近づけることで金属格子が形状変化し、結果として水素原子がヘリウムへと融合できるようになるというものです。
完全に不可能というわけではありませんが、物理学者は当初から、核反発を克服するために必要なエネルギーが膨大であることに懐疑的でした。
バブル融合
もう一つのアイデアは、バブルが崩壊する際に核融合が起こる可能性です。たとえば、超音波を照射すると水中にバブルが形成されることがあり、これはしばしば「ソノフュージョン」と呼ばれます。
理論的には、液体中のバブル崩壊によって生じる衝撃波が、レーザーによる衝撃波と同様に十分なエネルギーを持ち、融合を引き起こす可能性があります。
また、キャビテーションは非常に強力な力を発揮し、たとえばバブル崩壊の衝撃だけで船舶プロペラの金属を削ることができるほどです。
ソース: Britannica
現在研究が盛んに行われているテーマの一つに、高強度超音波波が作り出す空洞が崩壊する際に光が放出される現象があります。この現象はソノルミネッセンス と呼ばれ、太陽表面よりもはるかに高温の瞬間的な温度を生み出すことが知られています。
もしソノルミネッセンスが「太陽表面よりも高温」の温度から生まれるのであれば、理論上は核融合も同様に起こり得ます。
この考えは「古典的」格子冷却核融合と同様に議論を呼び、主要な提唱者は広く批判されています。しかし2013年に議論が再燃しました:
オークリッジ国立研究所の記録を調査した新たな報告書によると、2002年に広く報道された実験結果自体が疑問視されていると指摘されています。
実際、オークリッジの文書を調べた記者は、当時の主要著者であるルシ・タレヤーカン（現在はパデュー大学在籍）が支持される可能性のある証拠も見つけました。
それでも、2013年の再興は多くの新成果を生むことはできず、このアイデアは「面白いが機能しない」歴史の一部に戻ってしまいました。
2024年の発見
ここで転機が訪れたのは、米国の Maximus Energy Corporation 社長であるマックス・フォミチェフ‑ザミロフ氏が、先に言及した Nature 論文を発表したことです。
同社は中性子検出器、ガンマ検出器、X線分光計、デジタルパルスプロセッサ、マルチチャンネルアナライザー、分光ソフトウェアなど、核物理実験用ツールの販売を専門としています。
2024年5月、フォミチェフ‑ザミロフ博士は、重水（通常の水素の代わりに重水素を使用）とチタン粒子を混合したバブルで、潜在的な融合イベントを検出したと主張しました。
理論的には、これは金属格子のチタン と ソノフュージョンの両方のアプローチを組み合わせた ものです。
数時間にわたり中性子生成を維持し、さまざまな条件下で実験を複数回繰り返しました。
我々は、観測された中性子は、チタン格子に溶け込んだ重水素イオンが、衝突するキャビテーションジェットの機械的作用により核融合した結果であると仮定しています。
格子冷却ソノフュージョンの検証
実験結果は非常に興味深いです。ピーク中性子カウントは「10,000x 背景を上回るだけでなく、二次音波が構造的に干渉し、数千psi規模の大きく鋭い圧力ピークを生じたときにのみ発生しました」。
中性子生成は数時間にわたり維持できました。
実験装置は非常にコンパクトで、核物理検出器やツールの「普通」の部品を使用しているため、他の研究者が再現・検証しやすい点も注目に値します。
ソース: Nature
この点で、フォミチェフ‑ザミロフ博士が生データと実験装置を公開したことは、秘密レシピが支配的なこの分野において新鮮な動きです。
進展は緩やか
より価値があるのは、論文中で「うまくいかなかった」点を多数明示していることです。冷却核融合の熱狂的支持者があまり言及しない情報です。
ミネラルオイル中の重水素バブルのキャビテーションは、バブルサイズ、圧力振幅、周波数、界面活性剤の添加を変えても機能しませんでした。重水素滴も同様に機能しませんでした。
このような「失敗」は重要です。中性子検出が単なる測定誤差や装置のアーティファクトである可能性を示すからです。しかし、重水素化チタン粒子と重水（重水）を加えると、中性子フラックスが検出されました。
さらに興味深いのは、中性子スパイクが音波と同期して規則的に発生したことです。
ソース: Nature
同様に、背景ノイズや他の信号と区別できる中性子スパイクは、5時間サンプルを観測し、音波を開始したときに明確に見られました。
ソース: Nature
これらの結果は繰り返し再現され、6か月にわたって詳細に分析されたため、偶然や再現不可能なケースの可能性は大幅に低減されました。
まだ決定的な証拠ではない
論文は、冷却核融合が中性子フラックスを説明する唯一のメカニズムではないことを認めています。
実証された画期的な発見は、重水素化チタン粒子＋重水素化水＋音波/キャビテーションの組み合わせで中性子が放出されるという点です。
たとえば、実験条件はスパレーションと呼ばれる現象を引き起こす可能性があります。これは高エネルギー粒子が核を分解し、理論上は中性子が検出されることを意味します。
ソース: Springer
したがって、反応のさらなる分析が必要であり、追加の分光学的研究が求められます。
設計の改善
もちろん、これらの結果は他の研究者によって再現される必要があります。そうでなければ完全に信頼できません。
中性子生成と潜在的な融合反応を最適化するために、実験データの収集がさらに必要です。
材料
本論文から分かることは、油中のチタン/重水素粉末が少なくとも6か月は分解や分離を起こさずに安定していたということです。
しかし、実用化に向けた議論に入る前に、プロセスで何が消費されるのかを把握する必要があります。
格子冷却ソノフュージョンのメカニズム
作業仮説は、キャビテーションジェットが観測された中性子スパイクと核融合の原因であるというものです。
これらのジェットは「チタン格子に蓄えられた重水素イオンを圧縮するピストンとして機能する」と考えられます。したがって、ジェットの素材は重要ではなく、H₂O滴でもD₂O滴でも同様に効果的であるはずです。
あるいは「ジェットは重水素イオンを含み、作用機構は重水素化ターゲットに衝突するイオンビームに相当する」という可能性もあります。
この二つの仮説を明確に区別することが、フォミチェフ‑ザミロフ博士にとって次のステップになるでしょう。
NASA の研究と呼応しているか？
2020年にNASA科学者が発見した「熱でもプラズマでもない融合」手法 は、強力な電子を用いて粒子衝突の連鎖を引き起こし、最終的に重水素原子が融合を起こすまでエネルギーを加速させました。
この障壁を克服するには、粒子衝突の連鎖が必要です。まず、電子加速器が電子を高速化し、近くのタングステンターゲットに衝突させます。ビームとターゲットの衝突により高エネルギー光子が生成され、これは従来のX線装置と同様です。
光子は焦点を合わせてチタンまたはエルビウムの重水素負荷サンプルに向けられます。光子が金属中の重水素に当たると、エネルギー的に高い陽子と中性子に分裂します。その後、中性子が別の重水素と衝突し、加速させます。
キャビテーションは、原子レベルで太陽表面よりも高温の瞬間的温度を生成できることが知られていますが、粒子加速器なしで同様のプロセスを再現できるでしょうか？
クリーンエネルギーは解決したか？
この発見が確認・完成すれば、核融合は解決したと言えるのでしょうか？クリーンで豊富なエネルギーが時間の問題になるのでしょうか？ まだ重要なデータが欠けています。中性子が放出されることは分かっていますが、システムがどれだけのエネルギーを放出しているかは不明です。
したがって、これまで熱核融合で直面していた「エネルギー収支がプラスになる」問題は、冷却核融合でも同様に課題となり得ます。
励みになる点は、フォミチェフ‑ザミロフ博士が米国のNational Ignition Facility (NIF) のような巨大レーザー施設からは遠く離れた実験ベンチで研究を進めていることです。NIF は 192 本の強力レーザーで 1 点に 500 テラワットのピークパワーを供給します。
したがって、エネルギー出力は控えめかもしれませんが、入力エネルギーも同様に控えめであったと推測できます。
核融合への投資
かつてはキャリアを破壊しかねないほどの悪評に覆われていた概念が、今や科学的アイデアとして再浮上していますが、冷却核融合は現在、投資家にとってはほとんどアクセスできません。
重水は市場規模が非常に小さく、全世界で取引される金額はわずか 1億6100万ドル（国内生産はやや多い）で、カナダが最大の輸出国です。プライベートサプライヤーとしては、実験室機器と消耗品の大手 Sigma‑Aldrich（Merck KGaA (MRK.DE ) の子会社、MRK.DE）があります。
現在、商業的に実用化可能な熱核融合を目指す企業は、いずれも上場していません。これには Helion、General Fusion (GFUZ ) 、Commonwealth Fusion、TEA Technologies、ZAP Energy、NEO Fusion が含まれます。
核融合分野のスタートアップ一覧は、Dealroom の専用ページで確認できます。
例外的に、上場企業でこの分野に関与しているのは防衛産業の大手 Lockheed Martin Corporation (LMT ) です。
1. Lockheed Martin Corporation
LMT 価格チャート
2010年代初頭から、ロッキードはコンパクト融合に取り組んでおり、2020年代までに実用化できると期待していました。しかし、2021年にこのプロジェクトは中止されたと発表されています。
同社は当初の熱狂的な発表以降、このプロジェクトについて極めて慎重な姿勢を保っており、なぜ中止されたのかは未だ不明です。
同時に、概念を完全に放棄したわけではなく、2024年にヘリシティへの投資（融合エンジンを開発するスタートアップ）を行っています。
この構想は、短時間の融合バーストで宇宙船を推進することです。ヘリシティはプラズマガンを使用し、これは General Fusion が採用しているアプローチと同様です。
ロッキード内部の結果は、エネルギー生成に適した形で融合を持続できなかったことを示唆しています。
しかし、短時間のバーストが宇宙推進に十分であり、実際の製品化に近い可能性があるため、航空宇宙・防衛に特化した同社のプロファイルと相性が良いと言えます。
2. General Fusion
General は、民間部門で核融合を実現しようとするスタートアップの先駆けです。
同社は 2002 年に設立され、磁化ターゲット融合（MTF）技術の開発に取り組んでいます。
MTF は、エネルギー正味がプラスになる融合への最短ルートであり、コストも大幅に低減できると同社は考えています。General Fusion は 2010 年にコンパクトトロイドプラズマインジェクタを発電所規模で初めて構築・稼働させ、以降も多数のマイルストーンを達成しています。
ソース: General Fusion
同社は 2025 年までに 1億度セルシウスの温度で融合を実現し、2026 年までにエネルギー収支がプラスになることを目指しています。2023 年には 1/5 スケールモデルを製作し、コンピュータシミュレーションと同等の性能を示しました。
総じて、General Fusion は 20 年にわたりコア技術を一つずつ構築し、テストと検証を重ねてきました。
ソース: General Fusion
民間企業であるため、ITER のような国際プロジェクトと異なり、設計変更の議論や交渉が不要です。技術は独自のメリットに基づいて選択でき、政治的理由で特定国が契約を得る必要もありません。
この点が、政府主導の大規模プロジェクトが実現できないことを General Fusion とその競合が担えると期待される理由です。
3. TAE Technologies
かつて Tri Alpha Energy と呼ばれたカリフォルニア拠点の同社は、融合エネルギー技術の開発に注力しています。TAE Technologies は現在、融合プラットフォーム「Norman」を第六世代機「Copernicus」へとアップグレード中です。
ソース: TAE
TAE の技術は、粒子加速器でエネルギーをプラズマに注入し、「厚みを増すことで管理しやすくする」役割を果たします。
同社は Copernicus の製造に 3D プリントを多用しており、部品の重量を従来の製造方法の半分に削減するなど、迅速な部品改良と問題解決を実現しています。
ソース: TAE
順調に進めば、2030 年代前半に電網に接続可能な最初のプロトタイプ発電所を建設し、10 年間で「堅牢かつ信頼できる」商業電力へとスケールアップする計画です。
同社の CEO ミシェル・ビンダーバウアーは、融合が「豊かさのパラダイム」へと導くと語っています。
過去 25 年間、同社は「マイルストーンごとの資金調達」モデルで運営しており、投資家からは約束したマイルストーンの達成に応じて資金が提供されます。
2022 年には Google と Chevron (CVX ) が TAE Technologies の 2.5 億ドルの資金調達に投資しました。Google は 10 年以上にわたり TAE と提携し、AI と計算リソースを提供しています。
同社はまた、ライフサイエンスサービス（ホウ素中性子捕獲療法 – BNCT）やバッテリーや e‑モビリティ向け電力ソリューションも提供しています。
4. Helion
Helion はトリチウムではなく、重水素とヘリウム‑3 の融合を目指しています。
通常、ヘリウム‑3 は入手が極めて困難です。しかし Helion は自社のリアクターで重水素からヘリウム‑3 を生成する方法を持っており、月での採掘といった未検証の代替手段は不要です。
多くの民間融合ベンチャーと同様に、Helion はプラズマ注入技術を採用しています。
Helion のもう一つの独自性は、プラズマから直接電力を回収することです。ファラデーの法則を利用して電流を誘導し、従来の原子力発電所で一般的な蒸気加熱サイクルを省略します。
このアプローチは大胆ですが、将来の発電所の出力を 2〜3 倍に向上させる可能性があります。蒸気→タービン→電力への変換効率が低いためです。また、設備投資が非常に大きい手法でもあります。
Helion の融合発電所は燃料コストがほぼゼロ、運転コストが低く、稼働時間が長く、資本コストも競争力があると予測されています。機械は大規模な蒸気タービンや冷却塔を必要としないため、資本装置費用が大幅に削減できます。
Helion は現在、Trenta と呼ばれる第 6 世代リアクターを運転しており、10,000 回以上のパルスと 1億度セルシウスの温度を達成しています。
ソース: Helion
現在、次世代モデル Polaris へ移行中で、磁気パルスが Trenta の 100 倍の速さになると予想されており、これが実現すれば電力の正味利益を初めて生み出す核融合となります。
Polaris は全長 19 メートルで、従来の巨大な融合炉設計と比べてはるかに小型であることも注目すべき点です。
