1億度のプラズマを48秒間維持したKSTAR、「人工太陽」を実現する核心技術とは

人工知能（AI）の登場とロボット工程の拡大により、電力需要が過去の予想をはるかに上回る勢いで急増している。炭素排出なしに莫大なエネルギーを生産できる「夢のエネルギー」として核融合技術が注目されている理由だ。YTN Scienceのドキュメンタリー「K-核融合」によると、核融合は水素のような軽い核が融合する際に発生する質量欠損エネルギーを利用して電気を作る技術である。太陽がエネルギーを作る原理を地球上に実現するため、大韓民国は韓国型核融合研究装置であるKSTARを通じて挑戦している。

1億度の超高温プラズマ、どのように閉じ込め、維持するのか

核融合を起こすためには、1億度以上の超高温プラズマ状態が必要である。プラズマとは、原子核と電子が分離した状態を意味する。太陽は強力な重力によってこれらの熱い粒子を繋ぎ止めるが、地球では磁場を利用した「トカマク（Tokamak）」装置を使用する。ドーナツ型の磁場を形成し、プラズマが逃げ出さないように螺旋状に閉じ込める方式だ。

KSTARは1995年に開発を開始し、2007年に独自技術で完成した超電導核融合装置だ。映像に登場する研究陣は「単に加熱装置で温度を上げるよりも、中に入れたエネルギーが外へ逃げないように磁場構造で押さえつけることが核心だ」と説明する。実際に韓国核融合エネルギー研究院は、1億度の超高温プラズマを48秒間維持し、世界最長の運転記録を樹立したことがある。この過程において、超電導磁石が本来の性能を発揮するためには、マイナス269度まで冷却する高度な冷却技術が不可欠となる。

宇宙船の打ち上げ級の熱負荷に耐える「盾」、ディバーターとタングステン

1億度のエネルギーを閉じ込める過程で発生する極限の熱を処理することが、核融合実現における最大の難題の一つである。これを解決する核心装置こそが「ディバーター（Divertor）」だ。ディバーターは、その名前の意味通り、プラズマ粒子と熱を特定の領域へと「迂回」させ、装置内部を保護する役割を担う。映像によると、今後建設される核融合装置は、サイズは小さくなりながらも出力は高くなるため、ディバーターが耐えなければならない熱負荷はさらに増大する見通しだ。

現在、ITERの基準では、ディバーターに加わる熱は宇宙船の打ち上げ時の最高熱流束に匹敵する10MW/m²水準である。将来的には、この数値は15〜20MW/m²まで高まると予想されている。このような極限環境に耐えるため、研究陣は地球上で最も融点が高い金属である「タングステン」を活用する。タングステンは約3,400度以上の高温でも耐えうる素材だ。韓国の研究陣は、タングステンブロックの内部に冷却管を設置し、溶接なしでも堅固に結合する技術を通じてディバーターモジュールを完成させた。現在KSTARは、将来の発電所モデルに備え、内壁をすべてタングステン素材に交換する先制的な研究を進めている。

大韓民国の核心資源タングステン、核融合の未来を繋ぐ

タングステンは核融合だけでなく、半導体、航空、宇宙分野でも使用される核心素材である。資源が豊富ではない韓国において、タングステンは世界的な競争力を備えた数少ない資源だ。映像では、タングステン鉱石を採掘する過程も詳細に扱っている。地下深くから試錐コアを通じて採取した岩石からタングステンを選別する「選鉱」過程を経て、含有量を高めた「精鉱」を作り、化学的な製錬を通じて産業用形態へと加工する。

現在、韓国を含む34カ国はフランスに世界最大規模の核融合プロジェクトであるITERを建設し、技術検証に拍車をかけている。プラズマを安定的に閉じ込める超電導磁石技術をはじめとする「核融合8大技術」の確保の成否が、未来のエネルギー覇権の鍵となる見通しだ。