核融合炉
材料の問題は、中性子を発生しない核融合によって大幅に低減する。理論的には、最も反応性の高い、中性子を発生しない燃料はHeである。しかし、相当量の Heを得るには、月や天王星や土星の大気中で大規模な地球外採掘を行う必要がある。したがって、これに次ぐ最も有望な燃料の候補は、容易に入手できる陽子とホウ素の融合である。これらの核融合は中性子を放出しないが、エネルギーを直接電力に変換できる高エネルギーの荷電アルファ(ヘリウム)粒子を生成する。
p + 11 B → 3 4 H e + 8.68 M e V {\displaystyle {\rm {{\it {p}}+{}^{11}B\to 3^{4}He+8.68MeV}}}
上記の反応では中性子は発生しないが、副反応(ホウ素とアルファ粒子の反応など)で、中性子が発生する。その発生率は、陽子とホウ素の1反応あたり、0.005を超えることはない。つまり、材料の放射化は大幅に抑えられる。この反応に最適な温度は123 keVであり、D-T反応に比べて10倍高い 。さらにエネルギー閉じ込めは、D-T反応と比較して500倍良くなければならない。また出力密度は、D-T反応の2500倍低く、現在主流の閉じ込めコンセプトでは核融合炉として成立させるのは難しい。
磁場閉じ込め方式 トカマク型 球状トカマク ヘリカル型 磁気ミラー型 逆磁場ピンチ型 逆転磁場配位型 スフェロマック型 高ベータ核融合炉
慣性閉じ込め方式 磁気絶縁方式慣性核融合(Magnetically Isolated Inertial Confinement Fusion=MICF):慣性閉じ込め方式と磁場閉じ込め方式との混合型。迷走ホットエレクトロン(プラズマを構成する電子のうち、プラズマ中の他の粒子に衝突してエネルギーを失うよりも早くエネルギーをもって流出する電子)は磁場を作り出すが、この磁場は熱伝導に対する絶縁効果を備えている。そこでMICFは非常に高効率のレーザーを用いて2つのアイデア、つまり熱絶縁と慣性閉じ込めを同時に実現しようというもの。 AT&Tベル研究所研究員だった長谷川晃(2010年時点では大阪大学名誉教授)が理論を提唱した。 レーザー核融合 重イオン慣性核融合 バブル核融合 フューザー 慣性静電閉じ込め核融合 Zピンチ核融合:米国サンディア国立研究所が保有するZマシンは、この方法で2003年3月に重水素燃料のみを用いた実験において核融合を達成した。
その他 焦電核融合 ミューオン触媒核融合 磁化標的核融合 磁気絶縁方式慣性核融合(Magnetically Isolated Inertial Confinement Fusion=MICF)
事故の可能性と環境への影響は、核融合の社会的受容性、いわゆるソーシャルライセンスにとって極めて重要である。 核融合炉は壊滅的なメルトダウンを起こすことはない。 正味のエネルギーを生成するためには、温度、圧力、磁場のパラメーターを正確に制御する必要があり、必要な制御の損傷や喪失があれば、反応は速やかに停止する。 核融合炉は数秒から数マイクロ秒の燃料で運転される。積極的に燃料を補給しなければ、反応はすぐに停止する。プラズマの体積は1,000m以上と予想されるが、プラズマに含まれる燃料は通常数グラム程度である。 一方、核分裂炉には通常、数カ月から数年分の燃料が装荷されており、反応を続けるために燃料を追加する必要はない。この大量の燃料供給こそが、メルトダウンの可能性をもたらす。
核融合炉の運転中はプラズマから強烈な中性子線が放射されるため、様々な防護措置をとってもある程度漏れることが予想されている。現状、ITERで予定される運転中の放射線は、敷地境界で1年間に約0.1ミリシーベルト以下と自然放射線の10分の1に当たる量である。