核融合炉
D + T → 4 H e + n ( 14 M e V ) {\displaystyle {\rm {D+T\to {}^{4}He+{\it {n}}\ (14MeV)}}}
反応条件が緩やかで、最も早く実用化が見込まれている反応である。この反応によって放出されるエネルギーは同じ質量のウランによる核分裂反応のおよそ4.5倍、石油を燃やして得られるエネルギーの800万倍に達する。核融合炉として使用する場合トリチウムの入手性に課題がある。トリチウムは、自然界においては大気の上層でわずかに生成されるのみであり、半減期の短い放射性物質であるため事実上採取は不可能である。また、高速中性子が生成するため、炉の材質も検討が必要となる。現在検討されているトリチウム入手法は、核融合炉の周囲をリチウムブランケットで囲み炉から放出される高速中性子を減速させつつ核反応を起こし、
43)+{\it {n}}\ (2.97)}}}
D + 6 L i → 4 H e + 3 H e + n + 1.8 M e V {\displaystyle {\rm {D+{}^{6}Li\to {}^{4}He+{}^{3}He+{\it {n}}+1.8MeV}}}
D + 6 L i → 4 H e + 2 D + n − 1.5 M e V {\displaystyle {\rm {D+{}^{6}Li\to {}^{4}He+2D+{\it {n}}-1.5MeV}}}
3 H e + 6 L i → 2 4 H e + p + 16.9 M e V {\displaystyle {\rm {{}^{3}He+{}^{6}Li\to 2^{4}He+{\it {p}}+16.9MeV}}}
p + T → 3 H e + n − 0.8 M e V {\displaystyle {\rm {{\it {p}}+T\to {}^{3}He+{\it {n}}-0.8MeV}}}
p + 11 B → 3 4 H e + 8.68 M e V {\displaystyle {\rm {{\it {p}}+{}^{11}B\to 3^{4}He+8.68MeV}}}
(カッコ内は反応生成物のエネルギー MeV)
核融合炉(かくゆうごうろ)は、原子核融合反応を利用した、原子炉の一種。発電の手段として2022年時点では開発段階であり、21世紀前半における実用化が期待される未来技術の一つである。
重い原子であるウランやプルトニウムの原子核分裂反応を利用する核分裂炉に対して、軽い原子である水素やヘリウムによる核融合反応を利用してエネルギーを発生させる装置が核融合炉である。2023年現在、2025年の運転開始を目指し、日本を含む各国が協力して、核融合実験炉イーター(ITER)をフランスに建設中である。ITERのように、核融合技術研究の主流であるトカマク型の反応炉が、高温を利用したものであるので、特に熱核融合炉とも呼ばれることがある。
太陽をはじめとする恒星が輝きを放っているのは、全て核融合反応により発生するエネルギーによるものとされている。このため核融合炉は「人工太陽」「地上の太陽」に喩えられる。太陽の場合は1600万°C・2400億気圧という高温高圧の状態で核融合反応が発生している。
地球上で核融合反応を発生させるためには、人工的に極めて高温か、あるいは極めて高圧の環境を作り出す必要がある。
これまでに、さまざまな炉の方式が研究されてきた。
核分裂による原子力発電と同様、温暖化ガスである二酸化炭素の排出がない。
核分裂反応のような連鎖反応がなく、暴走が原理的に生じない。
海水中に1/7000の割合で存在する重水素を利用できる。
原子力発電で問題となる高レベル放射性廃棄物が生じない。(定期的に交換されるダイバータやブランケットといったプラズマ対向機器は高ベータ・ガンマ廃棄物と呼ばれ、高い放射能を持つことになる。ただし開発が進められている低放射化材料を炉壁に利用することにより、放射性廃棄物の浅地処分やリサイクリングが可能となる。)
従来型原子炉での運転休止中の残留熱除去系のエネルギー損失や、その機能喪失時の炉心溶融リスクがない。
などが挙げられる。