現代の科学実験では、人工太陽の原理とプロセスは何ですか?

中性子の攻撃を受けて重い原子核が分裂して放出される「核分裂エネルギー」が、今日の原子力発電所や原子爆弾のエネルギー源であるならば、2つの水素原子核の重合反応によって放出される「核融合エネルギー」は、宇宙のすべての星（太陽を含む）が光と熱を放出し、水素爆弾を爆発させるエネルギー源です。次は興味深い歴史エディターが詳しく紹介しますので、見てみましょう！

人類はすでに核分裂エネルギーを制御し利用することができますが、2つのプラスに帯電した軽い原子核を近づけて核融合反応を起こすことは難しいため、核融合エネルギーを制御し利用するには、長く非常に困難な研究開発プロセスが必要です。すべての核融合反応の中で、水素同位体である重水素と三重水素の核融合反応（つまり、水素爆弾の核融合反応）は比較的容易に達成できます。

重水素-三重水素核融合反応でも膨大な量のエネルギーが放出されます。重水素は海水中に極めて豊富に含まれています。1リットルの海水から抽出された重水素は、完全な核融合反応で300リットルのガソリンを燃やすのと同等のエネルギーを放出します。三重水素はリチウムを介して原子炉内で再生することができ、リチウムは地殻と海水中に大量に存在します。重水素と三重水素の反応で生成される物質は放射性物質ではなく、中性子による原子炉構造材料の活性化によって、取り扱いが容易な短寿命の放射性物質が少量生成されるだけです。

核融合炉は環境を汚染する硫黄酸化物や窒素酸化物を生成せず、温室効果ガスも放出しません。核融合炉の固有の安全性を考慮すると、核融合エネルギーは、汚染がなく、長寿命の放射性核廃棄物がなく、資源が無限にある理想的なエネルギー源であると言えます。制御された熱核融合エネルギーの大規模な実現は、人類社会のエネルギー問題を根本的に解決するでしょう。

重水素と三重水素の核が核融合反応を起こすことができる条件を考慮すると、重水素と三重水素の混合ガス中で多数の核融合反応が必要な場合、ガス温度は1億度以上に達する必要があります。このような高温では、ガス原子内の負に帯電した電子と正に帯電した原子核は完全に分離され、独立して動きます。完全に自由荷電粒子で構成されたこの高温ガスは「プラズマ」と呼ばれます。

したがって、「制御された熱核融合」を実現するために解決する必要がある最初の問題は、プラズマの温度を数百万度、数千万度、さらには数億度まで上昇させることができるように、どのような方法と方法でガスを加熱するかということです。しかし、10,000 度を超えるガスは、拡散を防ぐためにいかなる材料で作られた容器にも閉じ込めることができないため、高温プラズマが逃げたり拡散したりするのを防ぐ何らかの方法を見つける必要があります。閉じた磁力線を持つ磁場（荷電粒子は磁力線に沿ってのみ移動できるため）が最も可能性の高い選択肢です。

さまざまな設計の「磁気ケージ」内でのプラズマの移動挙動と脱出防止の研究（いわゆる安定性研究）は、制御された熱核融合を実現する上での 2 番目の困難となっています。高温プラズマ中で核融合反応を継続させるためには、核融合反応で発生したエネルギーの一部に頼るか、外部から加えたエネルギーの一部に頼って、数億度の高温を長時間維持する必要があります。

あるいはプラズマのエネルギー損失率が比較的小さいと言えるでしょう。磁気ケージのプラズマエネルギーを閉じ込める能力を向上させることは、磁気閉じ込め核融合を実現する科学的実現可能性を実証する 3 番目の主要な側面です。継続的に稼働する核融合炉を建設するには、科学的実現可能性の検証に加え、燃料の追加、廃棄物の排出、不純物の回避、中性子によるブランケットへのエネルギーの運搬、トリチウムの生成と返却、核融合反応によって生成される多数の荷電ヘリウム原子核がプラズマに与える影響など、一連の科学的および工学的問題を解決することも必要です。

1940 年代後半以来、さまざまな国がさまざまな磁気ケージ方式を開発し、それに基づいて、核融合エネルギーの科学的実現可能性に関するさまざまな規模の理論的および実験的探究を行ってきました。何千人もの科学者やエンジニアが関与しており、資金総額は年間10億ドルを超えます。さまざまなチャネル間の競争は非常に激しく、紛争が絶えません。この過程で、核融合エネルギーの実現の難しさについての人々の理解が徐々に深まっていった。

しかし、1970年代から、ソ連の科学者によって発明された「トカマク」方式は徐々に独自の利点を示し、1980年代には核融合エネルギー研究の主流の方式となった。トカマク装置はサーキュレータとも呼ばれ、円形の閉じた磁場で構成された「磁気ケージ」です。プラズマは、中が空洞のドーナツのようにこの「磁気ケージ」内に閉じ込められ、プラズマリング内に大きなリング電流が誘導されます。

さまざまな国でさまざまなサイズのトカマク装置が建設、運用、実験されるにつれて、トカマクはより明るい展望を示しており、プラズマは数百万度に達し、プラズマの閉じ込めも明らかな成果を上げています。科学者たちは、このような装置を大型化すれば、核融合条件に近いプラズマを得ることができるかもしれないと認識している。

1990 年代には、ヨーロッパ、日本、米国のいくつかの大型トカマク装置で核融合エネルギー研究において画期的な進歩が遂げられました。プラズマの温度、安定性、閉じ込めの面で、大規模な核融合を起こすための条件は基本的に満たされています。予備的な重水素-三重水素反応実験により、16メガワットの核融合電力が生成された。核融合エネルギーの科学的実現可能性は基本的に実証されたといえ、大規模な核融合を研究するための条件を整える「核融合エネルギー実験炉」の建設も検討できる。