TED日本語 - スティーヴン・カウリー: 未来エネルギーの核融合


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TED日本語 - スティーヴン・カウリー: 未来エネルギーの核融合

TED Talks

Fusion is energy's future
Steven Cowley


物理学者のスティーヴン・カウリーは核融合が燃料危機に対する持続可能な唯一の解決策だと確信しています。彼がなぜ核融合だと上手くいくのか -- そして彼とその他の大勢が人生を捧げた、時間との戦いである新しいエネルギー源を作り出すプロジェクトの詳細を説明します


The key question is, "When are we going to get fusion?" It's really been a long time since we've known about fusion. We've known about fusion since 1920, when Sir Arthur Stanley Eddington and the British Association for the Advancement of Science conjectured that that's why the sun shines.

I've always been very worried about resource. I don't know about you, but when my mother gave me food, I always sorted the ones I disliked from the ones I liked. And I ate the disliked ones first, because the ones you like, you want to save. And as a child you're always worried about resource. And once it was sort of explained to me how fast we were using up the world's resources, I got very upset, about as upset as I did when I realized that the Earth will only last about five billion years before it's swallowed by the sun. Big events in my life, a strange child. (Laughter)

Energy, at the moment, is dominated by resource. The countries that make a lot of money out of energy have something underneath them. Coal-powered industrial revolution in this country -- oil, gas, sorry. (Laughter) Gas, I'm probably the only person who really enjoys it when Mister Putin turns off the gas tap, because my budget goes up.

We're really dominated now by those things that we're using up faster and faster and faster. And as we try to lift billions of people out of poverty in the Third World, in the developing world, we're using energy faster and faster. And those resources are going away. And the way we'll make energy in the future is not from resource, it's really from knowledge. If you look 50 years into the future, the way we probably will be making energy is probably one of these three, with some wind, with some other things, but these are going to be the base load energy drivers.

Solar can do it, and we certainly have to develop solar. But we have a lot of knowledge to gain before we can make solar the base load energy supply for the world. Fission. Our government is going to put in six new nuclear power stations. They're going to put in six new nuclear power stations, and probably more after that. China is building nuclear power stations. Everybody is. Because they know that that is one sure way to do carbon-free energy.

But if you wanted to know what the perfect energy source is, the perfect energy source is one that doesn't take up much space, has a virtually inexhaustible supply, is safe, doesn't put any carbon into the atmosphere, doesn't leave any long-lived radioactive waste: it's fusion. But there is a catch. Of course there is always a catch in these cases. Fusion is very hard to do. We've been trying for 50 years.

Okay. What is fusion? Here comes the nuclear physics. And sorry about that, but this is what turns me on. (Laughter) I was a strange child. Nuclear energy comes for a simple reason. The most stable nucleus is iron, right in the middle of the periodic table. It's a medium-sized nucleus. And you want to go towards iron if you want to get energy. So, uranium, which is very big, wants to split. But small atoms want to join together, small nuclei want to join together to make bigger ones to go towards iron.

And you can get energy out this way. And indeed that's exactly what stars do. In the middle of stars, you're joining hydrogen together to make helium and then helium together to make carbon, to make oxygen, all the things that you're made of are made in the middle of stars. But it's a hard process to do because, as you know, the middle of a star is quite hot, almost by definition. And there is one reaction that's probably the easiest fusion reaction to do. It's between two isotopes of hydrogen,two kinds of hydrogen: deuterium, which is heavy hydrogen, which you can get from seawater, and tritium which is super-heavy hydrogen.

These two nuclei, when they're far apart, are charged. And you push them together and they repel. But when you get them close enough, something called the strong force starts to act and pulls them together. So, most of the time they repel. You get them closer and closer and closer and then at some point the strong force grips them together. For a moment they become helium 5, because they've got five particles inside them.

So, that's that process there. Deuterium and tritium goes together makes helium 5. Helium splits out, and a neutron comes out and lots of energy comes out. If you can get something to about 150 million degrees, things will be rattling around so fast that every time they collide in just the right configuration, this will happen, and it will release energy. And that energy is what powers fusion. And it's this reaction that we want to do.

There is one trickiness about this reaction. Well, there is a trickiness that you have to make it 150 million degrees, but there is a trickiness about the reaction yet. It's pretty hot. The trickiness about the reaction is that tritium doesn't exist in nature. You have to make it from something else. And you make if from lithium. That reaction at the bottom, that's lithium 6, plus a neutron, will give you more helium, plus tritium. And that's the way you make your tritium. But fortunately, if you can do this fusion reaction, you've got a neutron, so you can make that happen.

Now, why the hell would we bother to do this? This is basically why we would bother to do it. If you just plot how much fuel we've got left, in units of present world consumption. And as you go across there you see a few tens of years of oil -- the blue line, by the way, is the lowest estimate of existing resources. And the yellow line is the most optimistic estimate.

And as you go across there you will see that we've got a few tens of years, and perhaps 100 years of fossil fuels left. And god knows we don't really want to burn all of it, because it will make an awful lot of carbon in the air. And then we get to uranium. And with current reactor technology we really don't have very much uranium. And we will have to extract uranium from sea water, which is the yellow line, to make conventional nuclear power stations actually do very much for us. This is a bit shocking, because in fact our government is relying on that for us to meet Kyoto, and do all those kind of things.

To go any further you would have to have breeder technology. And breeder technology is fast breeders. And that's pretty dangerous. The big thing, on the right, is the lithium we have in the world. And lithium is in sea water. That's the yellow line. And we have 30 million years worth of fusion fuel in sea water. Everybody can get it. That's why we want to do fusion. Is it cost-competitive? We make estimates of what we think it would cost to actually make a fusion power plant. And we get within about the same price as current electricity.

So, how would we make it? We have to hold something at 150 million degrees. And, in fact, we've done this. We hold it with a magnetic field. And inside it, right in the middle of this toroidal shape, doughnut shape, right in the middle is 150 million degrees. It boils away in the middle at 150 million degrees. And in fact we can make fusion happen. And just down the road, this is JET. It's the only machine in the world that's actually done fusion.

When people say fusion is 30 years away, and always will be, I say, "Yeah, but we've actually done it." Right? We can do fusion. In the center of this device we made 16 megawatts of fusion power in 1997. And in 2013 we're going to fire it up again and break all those records. But that's not really fusion power. That's just making some fusion happen. We've got to take that, we've got to make that into a fusion reactor. Because we want 30 million years worth of fusion power for the Earth. This is the device we're building now.

It gets very expensive to do this research. It turns out you can't do fusion on a table top despite all that cold fusion nonsense. Right? You can't. You have to do it in a very big device. More than half the world's population is involved in building this device in southern France, which is a nice place to put an experiment. Seven nations are involved in building this. It's going to cost us 10 billion. And we'll produce half a gigawatt of fusion power. But that's not electricity yet. We have to get to this. We have to get to a power plant. We have to start putting electricity on the grid in this very complex technology. And I'd really like it to happen a lot faster than it is. But at the moment, all we can imagine is sometime in the 2030s.

I wish this were different. We really need it now. We're going to have a problem with power in the next five years in this country. So 2030 looks like an infinity away. But we can't abandon it now; we have to push forward, get fusion to happen. I wish we had more money, I wish we had more resources. But this is what we're aiming at, sometime in the 2030s -- real electric power from fusion. Thank you very much. (Applause)

重要な問題は「核融合はいつ実現するのか?」ということです 核融合が発見されてから長い年月が経っています 我々はそのことを1920年から知っていて、 サー・アーサー・スタンレー・エディントンと英国科学振興協会が その仕組みを使って太陽は燃えているのだと 推測したのです

私は常に資源について心配してきました 皆さんの事は分かりませんが、 私の母親が食べ物をくれたとき、 私は常に自分の嫌いなものから 食べ始めました 私は嫌いなものを最初に食べ、 好きなものを後のために残しておいたのです 子どものときには皆いつも資源の事を気にします それで我々がどれほど資源を 消費しているのか知ったときに ひどく混乱しました 太陽に飲み込まれるまで 地球があと500億年ほどしか永らえないと 知った時と同じぐらい混乱したのです 私にとっては大きなイベントです 変な子ですね (笑い)

エネルギーというのは現在のところすなわち資源です エネルギーにより巨万の富を得ている国というのは その下に何かを持っているのです 石炭に支えられたこの世紀の産業革命 石油、ガス、失礼.. (笑い) 恐らく私はプーチンさんが ガス栓を締めるのを楽しんでいる 数少ない人間でしょうね 予算が増えますから

我々はいつも使って、さらに早いスピードで使い続けている モノたちに支配されています そして第3世界、つまり途上国にいる何十億という人たちを 貧困から助け出そうとするために エネルギーを今までに無い程消費しているのです それらの資源というのはいずれ無くなります 将来のエネルギーというのは資源から 来るわけでは無いのです それは知識からきます 今から50年後の未来を考えてみると 我々がエネルギーを利用する方法というのは 恐らくこれら3つのうちのどれかでしょう 風力か、それとも他のものか、 どちらにしてもこれらが将来のベースロードになるでしょう

太陽光発電もそうでしょうし、その開発はしなければなりません しかし世界の需要に合う程の量のエネルギーを太陽から得るためには まだ知らなければなければならない事が数多くあります 核分裂 我々の政府は新しく6つの原子力発電所を建設する予定です 6つの新しい原子力発電所です その後はさらに多くなるでしょう 中国も原子力発電所を建設中 皆やっています それが化石燃料を使用しない確かな方法だと 分かっているからです

しかし完璧なエネルギー源が何か知りたいのであれば、 それはあまり場所を必要とせず、 エネルギー源は無尽蔵の供給があり 安全で、炭素を空気中に一切出さずに、 放射性物質を一切残さない というもので、それはつまり 核融合です しかし落とし穴もあります こういうことには常に落とし穴があるのです 核融合は非常に難しいのです 我々は50年もの間挑戦しています

よろしい 核融合とは何でしょうか? ここで原子物理学が登場します 失礼ですが、こういう事に私は興奮するのです (笑い) 変な子どもでしたからね 核エネルギーというのは単純なしくみで動いています 最も安定した原子核というのは鉄で、周期表の丁度真ん中にあります 中程度の大きさの原子核です そしてエネルギーを得たいのであれば鉄に向かっていくのです だからとても大きくウラニウムは分裂したがっているのです しかし小さな原子がそれに加わり、 原子核がいくつも合わさり、 鉄に向かって大きなものになっていくのです

このようにしてエネルギーを得るのです そして勿論これは星が行っている事そのものです 星の真ん中では水素が結合し、ヘリウムを形成していますし、 ヘリウムから炭素になり そして酸素になる、あなたを形作っているものは全て 星の中で作られているのです しかしそれは大変なプロセスです 星の真ん中というのはまず間違いなく ひどく暑いですからね そしてその結果として 恐らく行うのが一番簡単な核融合でしょう 水素の同位体2つ、2つの種類の水素を使います 重い水素、重水素、 これは海水から取る事ができるのですが、 それにとても重いトリチウムという物質です

これら2つの原子ですが、離れている時は電位を持ちます そしてくっつけようとすると反発し合います しかしある程度近づけてしまうと 大きな力というのが働き始め それらは引かれ合うのです 代替に置いて反発し合っていますが より近くに、そしてさらに近くにとよせ合うと、そのうち 強い力が2つを捕まえるのです そしてそれはヘリウム5という物質になります 5つの粒子が中に入っていますからね

これがそのプロセスです 重水素をトリチウムが一緒になり ヘリウム5になります ヘリウムが分裂し、中性子が出てきて、 そして大きなエネルギーが発生します 摂氏1.5億度ぐらいの環境では あらゆるものが凄いスピードで移動して 正しい設定のもとでこれらが衝突し合うと 核融合が起こり、エネルギーが発生するのです このエネルギーが核融合を動かすのです こういう反応を起こしたいのですが

この反応では1つのトリックがあります そのトリックというのは、1.5億度を手に入れなければなりませんが、 トリックというのは反応に関するものです 面白いですよ 反応に関するトリックというのは トリチウムは自然界に存在しないのです 他の何かから作り出さなければなりません それをリチウムから作り出します 下にある反応ですが、 リチウム6に、中性子の組み合わせで ヘリウムとトリチウムを得る事ができます こうしてトリチウムを得るのです しかし幸運にも、この核融合反応をすることができるのであれば、 中性子も得られて、実際に実現する事ができるのです

さて、なぜこのような事をするのでしょうか? これがその理由です 我々に残されている燃料を 現在の世界消費という視点から プロットしています そこに目を向けてみると、石油は 数十年しか持たないことがわかるでしょう -- 青色の線は 最も少なく見積もった資源の残りを表しています 黄色の線が最も楽観的な見積もりです

目を向けてみると 数十年、もしかしたら100年程の化石燃料があるのが お分かりでしょう それで我々は本当にその全てを使い切ってしまうのでしょうか? その結果莫大な量の炭素が空気中に放出されます そしてウラニウムの登場です しかし今の原子炉の性能を考えると 我々はそこまでウラニウムを持っていません ウラニウムを海水から抽出する必要があり、 それが黄色の線なのですが 通常の原子力発電所を作るには 実は様々な困難があるのです これはちょっとショックな事です 我々の政府というのは 京都議定書などの要件を満たすために 原子力発電所に頼っているのですから

先に進むには増殖炉の技術が必要になります 増殖炉とは高速増殖炉の事です これは結構危ないものです 右にある大きなものは 世界中にあるリチウムです リチウムは海水の中に存在します 黄色の線です 核融合に必要な3千万年分の燃料が海水の中にあるのです 皆が手に入れる事ができます だから核融合を行いたいのです 価格競争力はあるでしょうか? 我々は核融合発電所を作った時の 費用の見積もりを行ってみました その結果は現在の電気と大して 変わらないものでした

それでどうやって作るのでしょうか? 何かを1.5億度に保たなければなりません そして実を言うと、既にそれはできているのです 何かを地場の中に置きます そしてその中、丁度環状体、ドーナツの形の真ん中ですが、 その中が1.5億度になっているのです 中では1.5億度で沸騰し続けるのです そして実際我々は核融合を起こすことができます そしてこれが将来に向けた JET というものです 世界で唯一核融合を行った機械です

人々は核融合というのは30年後のもので常にそうだと言っていますが、 私は「そう、でも実はもうやってるんだよ」 そうでしょ? 核融合を起こす事はできます この機械の中で 1997年には16メガワットの核融合を起こしました 2013年にはもう一度同じ事を行い 全ての記録を塗り替えるつもりです しかしこれは本当の核融合電力ではありません 単に核融合を起こしているだけです これを取り出して、核融合原子炉の中に入れなければなりません 我々には3千万年分の核融合エネルギーを手に入れたいのですから これが我々が開発している機械です

この研究を行うにはとても費用がかかります 低温核融合というナンセンスもありましたが テーブルの上で核融合は行えないということは分かりました できないのです とても大きな装置の中でしか行えないのです フランスの南部にあるこの機械を作るには世界の人口の半分以上が 関わっています 実験をするには良い場所です 7つの国家がこの製造に関わっています 制作するのに100億ドルかかります おそらくそして0.5ギガワットの核融合エネルギーを得るでしょう しかしそれはまだ電力ではないのです ここまで到達しなければなりません 発電所までたどり着かなければならないのです このとても複雑な技術から電気を得られる様に しなければならないのです それよりももっと早く実現したいのですが 我々が考えられるのは2030年代に実現するというものです

違っていたらと思います 今の我々に必要なものなのです この国ではあと5年もすれば エネルギーの問題に直面します 2030年というのは永遠にも思えますが 中止する訳にはいきません;さらに進めて核融合を 実現しなければなりません もっとお金があったら良いのに、もっと資源があったら良いのにと思いますが これが我々の目指しているところで、 2030年代のいつかに 核融合で発電した本当の電気 どうもありがとう (拍手)

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