「これは、歴史的な成果だ」――。米国の国立研究所の1つであるLawrence Livermore National Laboratory（LLNL）第13代ディレクターのKim Budil氏は2022年12月13日、米エネルギー省（DoE）主催の会見の場でこう述べた。LLNLのNational Ignition Facility（NIF）が約60年前に研究を始めたレーザー核融合†の実験で、2022年12月5日に世界で初めて“核融合の点火”に成功し、しかも投入したレーザー光の約1.5倍のエネルギーを取り出すことに成功したからである。
参考：レーザー核融合＝より正確には、レーザーを用いた慣性閉じ込め（ICF）式核融合と呼ぶ。
レーザー核融合とは、重水素（D）と三重水素（T：トリチウム）を直径2mm～3mmの球殻状に固めた燃料カプセルに、周囲から強力なレーザーパルスを照射し、瞬間的に圧縮（爆縮）してDとTの核融合反応（D-T反応）を起こさせることで、大きなエネルギーを取り出すことを目指す技術である。この方式の研究をけん引しているのが、今回のLLNL NIFだ。ただ、大阪大学も研究しており、一定の存在感がある。
参考：D-T反応＝D＋T → 4He（3.52MeV）＋n（14.06MeV）。nは中性子。
トカマク式より有望か
核融合発電施設といえば、フランスに建設が進められているITER（International Thermonuclear Experimental Reactor）が有名だ。ただし、ITERはループ状の磁場で超高熱のプラズマを閉じ込める「トカマク式」と呼ばれるタイプで、レーザー核融合とは方式が大きく異なる。
トカマク式が、高温かつ巨大なプラズマをもれなく磁場で一定時間閉じ込める必要があるのに対し、レーザー核融合では、小さな燃料カプセルやプラズマを数n（ナノ）秒だけ圧縮できればよい。今回の成果で、レーザー核融合のほうがトカマク式より早く実用化できる可能性が出てきた。
巨大装置から光を1点に集める
NIFは、「フットボール場3個分のサイズ」（NIF）の巨大な192本の高出力レーザー設備を備えており、そこから紫外線のレーザーパルスをターゲットチャンバーに集め、さらにその中心に置いた長さ9.6mmの「hohlraum」と呼ばれる中空の筒の内部に同時に集中させる。レーザーパルスのピーク出力は、500T（テラ）Wと非常に高いが、継続時間が約4n秒と短い。
hohlraumは、金（Au）とタンタル（Ta）の合金からできており、レーザーパルスがその内壁にあたるとX線に変わる。それが燃料カプセルに照射されて爆縮が進み、核融合反応が起こる、という“シナリオ”だ。“シナリオ”としたのは、NIFは数十年前からこのレーザー核融合の研究を進めているにもかかわらず、これまでは、爆縮が当初の想定通りには進まなかったからだ。再現性も低かった。稀（まれ）にうまくいっても、取り出せるエネルギーは投入したレーザー光のエネルギーよりずっと少なかった。
例えば、2014年2月の発表では、取り出せたのは、投入したレーザー光のわずか0.13％（図2）。2021年8月には、同70％まで取り出せるようになったが、仮にそのままであれば、発電どころかエネルギーを失う一方になる。
今回は、爆縮とその結果としての核融合が比較的効率よく進み、投入したレーザー光のエネルギーが2.05MJ（メガジュール）に対して、取り出せたエネルギーは3.15MJ。つまり、約1.5倍と初めて核融合利得†が1を大きく超えた。レーザー核融合で有効なエネルギーを取り出せる可能性があることを示したわけだ。NIFはこれを「レーザー核融合技術における核融合に世界で初めて点火した」としているのである。
＠これが、亜流なのか本流なのか分からないが、取り敢えず”核融合”で投入エネルギーより出てきたエネルギーが増大していれば成功だよね。やれ一億度だ、超高温プラズマだ、絶対零度だなんて言っていなくても、小さなカプセルにレーザーを照射して核融合が起きるなら、USSエンタープライズの世界じゃないか。すごい！
やられたな。
参考：レーザー核融合＝より正確には、レーザーを用いた慣性閉じ込め（ICF）式核融合と呼ぶ。
レーザー核融合とは、重水素（D）と三重水素（T：トリチウム）を直径2mm～3mmの球殻状に固めた燃料カプセルに、周囲から強力なレーザーパルスを照射し、瞬間的に圧縮（爆縮）してDとTの核融合反応（D-T反応）を起こさせることで、大きなエネルギーを取り出すことを目指す技術である。この方式の研究をけん引しているのが、今回のLLNL NIFだ。ただ、大阪大学も研究しており、一定の存在感がある。
参考：D-T反応＝D＋T → 4He（3.52MeV）＋n（14.06MeV）。nは中性子。
トカマク式より有望か
核融合発電施設といえば、フランスに建設が進められているITER（International Thermonuclear Experimental Reactor）が有名だ。ただし、ITERはループ状の磁場で超高熱のプラズマを閉じ込める「トカマク式」と呼ばれるタイプで、レーザー核融合とは方式が大きく異なる。
トカマク式が、高温かつ巨大なプラズマをもれなく磁場で一定時間閉じ込める必要があるのに対し、レーザー核融合では、小さな燃料カプセルやプラズマを数n（ナノ）秒だけ圧縮できればよい。今回の成果で、レーザー核融合のほうがトカマク式より早く実用化できる可能性が出てきた。
巨大装置から光を1点に集める
NIFは、「フットボール場3個分のサイズ」（NIF）の巨大な192本の高出力レーザー設備を備えており、そこから紫外線のレーザーパルスをターゲットチャンバーに集め、さらにその中心に置いた長さ9.6mmの「hohlraum」と呼ばれる中空の筒の内部に同時に集中させる。レーザーパルスのピーク出力は、500T（テラ）Wと非常に高いが、継続時間が約4n秒と短い。
hohlraumは、金（Au）とタンタル（Ta）の合金からできており、レーザーパルスがその内壁にあたるとX線に変わる。それが燃料カプセルに照射されて爆縮が進み、核融合反応が起こる、という“シナリオ”だ。“シナリオ”としたのは、NIFは数十年前からこのレーザー核融合の研究を進めているにもかかわらず、これまでは、爆縮が当初の想定通りには進まなかったからだ。再現性も低かった。稀（まれ）にうまくいっても、取り出せるエネルギーは投入したレーザー光のエネルギーよりずっと少なかった。
例えば、2014年2月の発表では、取り出せたのは、投入したレーザー光のわずか0.13％（図2）。2021年8月には、同70％まで取り出せるようになったが、仮にそのままであれば、発電どころかエネルギーを失う一方になる。
今回は、爆縮とその結果としての核融合が比較的効率よく進み、投入したレーザー光のエネルギーが2.05MJ（メガジュール）に対して、取り出せたエネルギーは3.15MJ。つまり、約1.5倍と初めて核融合利得†が1を大きく超えた。レーザー核融合で有効なエネルギーを取り出せる可能性があることを示したわけだ。NIFはこれを「レーザー核融合技術における核融合に世界で初めて点火した」としているのである。
＠これが、亜流なのか本流なのか分からないが、取り敢えず”核融合”で投入エネルギーより出てきたエネルギーが増大していれば成功だよね。やれ一億度だ、超高温プラズマだ、絶対零度だなんて言っていなくても、小さなカプセルにレーザーを照射して核融合が起きるなら、USSエンタープライズの世界じゃないか。すごい！
やられたな。