東方見雲録

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2026.01.20

ネット拾い読み：中国　「プラズマ密度限界」を超えるトカマク実験を報告

テーマ：百聞は一見に如かず。今日のデジカメ写真(6666)

カテゴリ：科学

聖域への挑戦：なぜ「密度」がそれほど重要なのか
核融合発電の原理は、太陽が輝くメカニズムを地上で再現することにある。重水素と三重水素（トリチウム）の原子核を融合させ、その際に生じる莫大なエネルギーを取り出す技術だ。この反応を起こすためには、燃料を1億度以上の超高温プラズマ状態にし、特定の空間に閉じ込める必要がある。

ローソン条件と出力の法則
核融合を実用化するためには「ローソン条件」と呼ばれる3つのパラメータ（温度・密度・閉じ込め時間）を同時に満たさなければならない。中でも「プラズマ密度」は、出力に直結する極めて重要な要素である。

核融合反応によって得られる出力（Power）は、プラズマ密度の二乗に比例して増加する。
つまり、密度を2倍にできれば、出力は4倍になる計算だ。よりコンパクトな炉で、より効率的にエネルギーを生み出すためには、高密度化が最も効果的な近道なのである。

立ちはだかる「グリーンワルド限界」の壁
しかし、過去数十年の研究において、トカマク型装置には「グリーンワルド限界（

この限界値の存在は、将来の核融合炉、特に現在フランスで建設中の国際熱核融合実験炉（ITER）や、中国が計画する核融合工学試験炉（CFETR）の設計において、出力の上限を規定する重い足かせとなっていた。

EASTが成し遂げた「不可能」の証明
今回、華中科技大学のPing Zhu教授と、中国科学院のNing Yan准教授らが率いる研究チームは、この定説を覆す実験結果を提示した。

実験の核心：限界の1.65倍へ
『Science Advances』に発表された論文「Accessing the density-free regime with ECRH-assisted ohmic start-up on EAST」によると、研究チームはEASTを用いて、グリーンワルド限界の1.3倍〜1.65倍という前例のない高密度プラズマの生成と維持に成功した。これは、従来のEASTの通常運転範囲（限界値の0.8〜1.0倍）を遥かに凌駕する数値である。

成功の鍵：ECRHと初期ガス圧の精密制御
彼らが用いた手法は、単に燃料を無理やり押し込むことではない。プラズマの立ち上げ（スタートアップ）プロセスにおける繊細な制御が鍵となった。具体的には以下の2点を組み合わせている。

高めの初期中性ガス圧力（Prefilled Gas Pressure）：
プラズマ放電を開始する前の真空容器内に、通常よりも高い圧力で重水素ガスを充填した。
電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）アシスト：
プラズマの立ち上げ時に、強力なマイクロ波（ECRH）を照射し、効率的な加熱と電流駆動を行った。

引用サイト：こちら

関連日記：2023.05.24の日記　核融合　　こちら

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