TED日本語 - マイケル・ラバーグ: 同期したハンマーの一撃が核融合を成功に導く


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TED日本語 - マイケル・ラバーグ: 同期したハンマーの一撃が核融合を成功に導く

TED Talks

How synchronized hammer strikes could generate nuclear fusion
Michel Laberge




Wow, this is bright. It must use a lot of power. Well, flying you all in here must have cost a bit of energy too. So the whole planet needs a lot of energy, and so far we've been running mostly on fossil fuel. We've been burning gas. It's been a good run. It got us to where we are, but we have to stop. We can't do that anymore.

So we are trying different types of energy now, alternative energy, but it proved quite difficult to find something that's as convenient and as cost-effective as oil, gas and coal. My personal favorite is nuclear energy. Now, it's very energy-dense, it produces solid, reliable power, and it doesn't make any CO2.

Now we know of two ways of making nuclear energy: fission and fusion. Now in fission, you take a big nucleus, you break it in part, in two, and it makes lots of energy, and this is how the nuclear reactor today works. It works pretty good. And then there's fusion. Now, I like fusion. Fusion's much better. So you take two small nuclei, you put it together, and you make helium, and that's very nice. It makes lots of energy. This is nature's way of producing energy. The sun and all the stars in the universe run on fusion. Now, a fusion plant would actually be quite cost-effective and it also would be quite safe. It only produces short term radioactive waste, and it can not melt down. Now, the fuel from fusion comes from the ocean. In the ocean, you can extract the fuel for about one thousandth of a cent per kilowatt-hour, so that's very, very cheap. And if the whole planet would run on fusion, we could extract the fuel from the ocean. It would run for billions and billions of years.

Now, if fusion is so great, why don't we have it? Where is it? Well, there's always a bit of a catch. Fusion is really, really hard to do. So the problem is, those two nuclei, they are both positively charged, so they don't want to fuse. They go like this. They go like that. So in order to make them fuse, you have to throw them at each other with great speed, and if they have enough speed, they will go against the repulsion, they will touch, and they will make energy. Now, the particle speed is a measure of the temperature. So the temperature required for fusion is 150 billion degrees C. This is rather warm, and this is why fusion is so hard to do.

Now, I caught my little fusion bug when I did my Ph.D. here at the University of British Columbia, and then I got a big job in a laser printer place making printing for the printing industry. I worked there for 10 years, and I got a little bit bored, and then I was 40, and I got a mid-life crisis, you know, the usual thing: Who am I? What should I do? What should I do? What can I do? And then I was looking at my good work, and what I was doing is I was cutting the forests around here in B.C. and burying you, all of you, in millions of tons of junk mail. Now, that was not very satisfactory. So some people buy a Porsche. Others get a mistress. But I've decided to get my bit to solve global warming and make fusion happen.

Now, so the first thing I did is I looked into the literature and I see, how does fusion work? So the physicists have been working on fusion for a while, and one of the ways they do it is with something called a tokamak. It's a big ring of magnetic coil, superconducting coil, and it makes a magnetic field in a ring like this, and the hot gas in the middle, which is called a plasma, is trapped. The particles go round and round and round the circle at the wall. Then they throw a huge amount of heat in there to try to cook that to fusion temperature. So this is the inside of one of those donuts, and on the right side you can see the fusion plasma in there.

Now, a second way of doing this is by using laser fusion. Now in laser fusion, you have a little ping pong ball, you put the fusion fuel in the center, and you zap that with a whole bunch of laser around it. The lasers are very strong, and it squashes the ping pong ball really, really quick. And if you squeeze something hard enough, it gets hotter, and if it gets really, really fast, and they do that in one billionth of a second, it makes enough energy and enough heat to make fusion. So this is the inside of one such machine. You see the laser beam and the pellet in the center.

Now, most people think that fusion is going nowhere. They always think that the physicists are in their lab and they're working hard, but nothing is happening. That's actually not quite true. This is a curve of the gain in fusion over the last 30 years or so, and you can see that we're making now about 10,000 times more fusion than we used to when we started. That's a pretty good gain. As a matter of fact, it's as fast as the fabled Moore's Law that defined the amount of transistors they can put on a chip. Now, this dot here is called JET, the Joint European Torus. It's a big tokamak donut in Europe, and this machine in 1997 produced 16 megawatts of fusion power with 17 megawatts of heat. Now, you say, that's not much use, but it's actually pretty close, considering we can get about 10,000 times more than we started. The second dot here is the NIF. It's the National Ignition Facility. It's a big laser machine in the U.S., and last month they announced with quite a bit of noise that they had managed to make more fusion energy from the fusion than the energy that they put in the center of the ping pong ball. Now, that's not quite good enough, because the laser to put that energy in was more energy than that, but it was pretty good.

Now this is ITER, pronounced in French: EE-tairh. So this is a big collaboration of different countries that are building a huge magnetic donut in the south of France, and this machine, when it's finished, will produce 500 megawatts of fusion power with only 50 megawatts to make it. So this one is the real one. It's going to work. That's the kind of machine that makes energy.

Now if you look at the graph, you will notice that those two dots are a little bit on the right of the curve. We kind of have fallen off the progress. Actually, the science to make those machines was really in time to produce fusion during that curve. However, there has been a bit of politics going on, and the will to do it was not there, so it drifted to the right. ITER, for example, could have been built in 2000 or 2005, but because it's a big international collaboration, the politics got in and it delayed it a bit. For example, it took them about three years to decide where to put it.

Now, fusion is often criticized for being a little too expensive. Yes, it did cost a billion dollars or two billion dollars a year to make this progress. But you have to compare that to the cost of making Moore's Law. That cost way more than that. The result of Moore's Law is this cell phone here in my pocket. This cell phone, and the Internet behind it, cost about one trillion dollars, just so I can take a selfie and put it on Facebook. Then when my dad sees that, he'll be very proud. We also spend about 650 billion dollars a year in subsidies for oil and gas and renewable energy. Now, we spend one half of a percent of that on fusion. So me, personally, I don't think it's too expensive. I think it's actually been shortchanged, considering it can solve all our energy problems cleanly for the next couple of billions of years.

Now I can say that, but I'm a little bit biased, because I started a fusion company and I don't even have a Facebook account. So when I started this fusion company in 2002, I knew I couldn't fight with the big lads. They had much more resources than me. So I decided I would need to find a solution that is cheaper and faster.

Now magnetic and laser fusion are pretty good machines. They are awesome pieces of technology, wonderful machines, and they have shown that fusion can be done. However, as a power plant, I don't think they're very good. They're way too big, way too complicated, way too expensive, and also, they don't deal very much with the fusion energy. When you make fusion, the energy comes out as neutrons, fast neutrons comes out of the plasma. Those neutrons hit the wall of the machine. It damages it. And also, you have to catch the heat from those neutrons and run some steam to spin a turbine somewhere, and on those machines, it was all a bit of an afterthought. So I decided that surely there is a better way of doing that.

So back to the literature, and I read about the fusion everywhere. One way in particular attracted my attention, and it's called magnetized target fusion, or MTF for short. Now, in MTF, what you want to do is you take a big vat and you fill that with liquid metal, and you spin the liquid metal to open a vortex in the center, a bit like your sink. When you pull the plug on a sink, it makes a vortex. And then you have some pistons driven by pressure that goes on the outside, and this compresses the liquid metal around the plasma, and it compresses it, it gets hotter, like a laser, and then it makes fusion. So it's a bit of a mix between a magnetized fusion and the laser fusion. So those have a couple of very good advantages. The liquid metal absorbs all the neutrons and no neutrons hit the wall, and therefore there's no damage to the machine. The liquid metal gets hot, so you can pump that in a heat exchanger, make some steam, spin a turbine. So that's a very convenient way of doing this part of the process. And finally, all the energy to make the fusion happen comes from steam-powered pistons, which is way cheaper than lasers or superconducting coils.

Now, this was all very good except for the problem that it didn't quite work. (Laughter) There's always a catch. So when you compress that, the plasma cools down faster than the compression speed, so you're trying to compress it, but the plasma cooled down and cooled down and cooled down and then it did absolutely nothing.

So when I saw that, I said, well, this is such a shame, because it's a very, very good idea. So hopefully I can improve on that. So I thought about it for a minute, and I said, okay, how can we make that work better? So then I thought about impact. What about if we use a big hammer and we swing it and we hit the nail like this, in the place of putting the hammer on the nail and pushing and try to put it in? That won't work. So what the idea is is to use the idea of an impact. So we accelerate the pistons with steam, that takes a little bit of time, but then, bang! you hit the piston, and, baff!, all the energy is done instantly, down instantly to the liquid, and that compresses the plasma much faster. So I decided, okay, this is good, let's make that.

So we built this machine in this garage here. We made a small machine that we managed to squeeze a little bit of neutrons out of that, and those are my marketing neutrons, and with those marketing neutrons, then I raised about 50 million dollars, and I hired 65 people. That's my team here. And this is what we want to build. So it's going to be a big machine, about three meters in diameter, liquid lead spinning around, big vortex in the center, put the plasma on the top and on the bottom, piston hits on the side, bang!, it compresses it, and it will make some energy, and the neutron will come out in the liquid metal, going to go in a steam engine and make the turbine, and some of the steam will go back to fire the piston. We're going to run that about one time per second, and it will produce 100 megawatts of electricity.

Okay, we also built this injector, so this injector makes the plasma to start with. It makes the plasma at about a lukewarm temperature of three million degrees C. Unfortunately, it doesn't last quite long enough, so we need to extend the life of the plasma a little bit, but last month it got a lot better, so I think we have the plasma compressing now. Then we built a small sphere, about this big,14 pistons around it, and this will compress the liquid. However, plasma is difficult to compress. When you compress it, it tends to go a little bit crooked like that, so you need the timing of the piston to be very good, and for that we use several control systems, which was not possible in 1970, but we now can do that with nice, new electronics.

So finally, most people think that fusion is in the future and will never happen, but as a matter of fact, fusion is getting very close. We are almost there. The big labs have shown that fusion is doable, and now there are small companies that are thinking about that, and they say, it's not that it can not be done, but it's how to make it cost-effectively. General Fusion is one of those small companies, and hopefully, very soon, somebody, someone, will crack that nut, and perhaps it will be General Fusion.

Thank you very much.


わお 何て明るいんでしょう きっと電力を大量に消費しています 皆さんがここに来るのにも 大量のエネルギーを消費しているに 違い有りません 世界中が多くのエネルギーを 必要としていますが 今のところ これを化石燃料で まかなっています これまではガスを燃やし 上手くやってきまたので 今の生活があります でも もう止めなければなりません もう出来ないのです

そこで違うタイプのエネルギーを 試しています しかし 石油、ガスや石炭のように 便利で 経済的なものを 探すことはとても困難です 私の好みは原子力エネルギー とても凝縮されたエネルギーです 確かで 信頼のおけるエネルギー源です しかも二酸化炭素を排出しません

2通りの核エネルギーが知られています 核分裂と核融合です 核分裂は 大きな原子核が2つに分裂し 大量のエネルギーを生成します 今日の原子力発電の原理です とても上手くいっています 次は核融合の話 私のお気に入り ずっと良いのです 小さい2つの原子核を 一緒にして ヘリウムを作り出すと とても素晴らしい 大量のエネルギーを生成します これは自然がエネルギーを生み出す方法です 宇宙に存在する太陽や星は 核融合で輝いています 核融合炉は とても経済的なものになるでしょう そして高い安全性も期待できます 半減期の短い放射性廃棄物しか 残りません 炉の融解も起こりません 燃料は海から取り出せます 燃料を抽出するコストは 1キロワット時につき1セントの 1000分の1程度で本当に安価です 世界中がエネルギーを核融合だけから作っても 海から必要な燃料を十分に取り出せます 何十億年もの間利用し続けることが できるでしょう

核融合がそんなに素晴らしいのなら どうして利用しないのでしょう? 一体どこにあるのでしょう? でもちょっとした罠があります 核融合はとても とても難しいのです 問題は 正の電荷を持った 2つの原子核は 一緒になりたがらないことです こんな風にすれ違います だから融合させるには お互いを勢いよく衝突させる必要があります 十分なスピードがあれば 反発力に打ち勝ち 接触し エネルギーを発生します 粒子の速度とは 温度のことです 核融合に必要な温度は 1500億度 ちょっと暖かいですね (笑) だから核融合は難しいのです

私がここブリティッシュ・コロンビア大学で 博士論文をしたためていた時 核融合について少し研究しました その後レーザープリンターを作る立派な職を得て そう 印刷業界でプリンターを 作っていました そこで10年間働くと 少し飽きてきました 40歳になった時に 人生に悩み そう よくある事ですね 自分ってなんだ? 何をすべきだ? どうすべきだ? 何ができるのだろう? 過去の自分の成果を振り返り ここコロンビア大学の周辺で やってきたことは 森の木を傷つけたり 皆に 大量の迷惑メイルを送りつるような ことだと気付きました そんなことでは満足できませんでした 満足できない人達はポルシェを買ったり 恋人を見つけたりします でも自分は 地球温暖化の問題を核融合で 解決しようと決心しました

そこで まず始めたことは 文献をあたり 核融合の仕組みを調べました 物理学者は核融合を研究してきましたが 一つの試みが トカマク型核融合炉と呼ばれるものです 大型の円形のコイル型磁石です 超伝導の原理による電磁石です このようなリングで 磁場を発生させ 中央部にプラズマと呼ばれる 高温のガスを閉じ込めます プラズマ粒子は リング内を回り続けます 超高温の熱が発生し 核融合が起こるようにします そう このようにドーナツの中で 起きています 右側に見えるのは 核融合のプラズマです

核融合を起こす別の方法は レーザー核融合です 小さなピンポン玉の様な 燃料を中央に置きます そしてレーザーを浴びせかけます レーザーは非常に強力で ピンポン球を一瞬にして潰します 強く潰すと 熱くなります 本当に素早く 10億分の1秒で行うと 十分なエネルギーと熱が発生し 核融合が起こります こんな事がこの装置の中で起こっています レーザーと中央にある ― ペレット(小球)が見えますね

ほとんどの人が核融合なんて 上手く行かないと思っています 物理学者が研究所で 一生懸命研究していますが 何も実現しないと思っています でもそれは正しくありません これが過去30年の 成果を示したグラフです ご覧のとおり 始めたときに比べ1万倍も 核融合が生じるようになっています かなりの進歩です 実際のところ チップ上の半導体の集積度に関する あの有名なムーアの法則と 同様に進歩しています この点はJETと呼ばれています 欧州トーラス共同研究施設の略称です 欧州にある大型トカマクで この装置は1997年に 16メガワットのエネルギーを 17メガワットのエネルギーから得ました これでは使い物になりませんね でも 当初より 1万倍達成したことを考えれば かなり近づいています この2つ目の点はNIF 国立点火施設のです アメリカにある大型レーザー融合炉です 先月 重大な発表があり 大騒ぎになりました ピンポン玉の中心に注入した ― エネルギーよりも多くの エネルギーを核融合で 発生させることが出来ました でも まだ不十分です というのも レーザーが消費した ― エネルギーはそれ以上だからです でも すごいですね

今度はITER フランス語で イーテェアーと発音します 複数の国が大々的に協力して 建造中の巨大なドーナツ型磁石で フランスの南部にあります この装置が完成すると 500メガワットの核融合エネルギーが たった50メガワットから作り出せます これは本物です 上手くいきます この様な装置がエネルギーを生み出します

グラフをご覧になると この2点が少し右に 外れていることにお気づきでしょう こんな遅れが生じています これらの装置を作る時も 科学の進歩はこの様な 成長カーブの上にありました しかし ここで政治が絡んできます 研究を進めようという意思が 欠けていました だから曲線の右側にはみ出たのです たとえばITERは 2000年か2005年に完工見込みでしたが 国際的な大型共同事業であったため 政治的な理由により やや遅延しました 例えば 建造場所の決定に 3年ほどの月日を要しました

核融合は お金が掛かりすぎだと しばしば批判されます 実際のところ 研究を進めるのに毎年 10~20億ドルの費用を使っています しかしムーアの法則の過程で掛かった 費用と比較すべきです その費用は核融合以上です ムーアの法則の結果は 私のポケットにあるこの携帯電話です この携帯電話と その背後にあるインターネットに 1兆ドルほどの費用を費やしています ちょっと自分の写真を撮って フェイスブックにアップすることが できます すると私の父親がそれを見て 誇りに思ってくれるでしょう 毎年6500億ドルほどのお金が 石油とガス そして 再生可能なエネルギーへの 補助金としても使われています 核融合に使われているのは その0.5%に過ぎません ですから個人的には高価とは思っていません 投資不足とさえ思っています この先 数十億年間の エネルギー問題を 完全に解決するのですから

自分が核融合開発会社を設立し フェースブックのアカウント持っていないので 偏見があるかもしれませんが 核融合開発会社を 2002年に立ち上げたとき お金のある大型研究機関と 対抗できるとは思いませんでした 彼らには自分より ずっと多くの資産がありました そこで より安く かつ早い 解決方法を見つけ出そうと決心しました

磁石やレーザーを用いた核融合は とても素晴らしいです 素晴らしい技術の結晶であり 見事な装置で 核融合が可能なことを実証しました しかし 発電所としては ふさわしいとは思えません あまりにも巨大かつ複雑で 費用がかかり過ぎます しかも核融合エネルギーの 取り出し方に問題があります 核融合では プラズマから発生した高速中性子が 飛び出してきます これが装置の壁に衝突し 損傷させます また中性子の熱を捉え どこかに設置したタービンを 水蒸気で回さなければなりません こういった装置のことは 後知恵になっていました そこで もっと良い方法が あるに違いないと思い

文献にもどり 様々なものを読んでみました ここで私が注意を引かれたものは 磁化標的核融合と呼ばれるもので 略してMTFとも呼ばれます MTFでは 大型の容器を 液体金属で満たし 中央部の栓を開けて渦を起こして 液体金属を回転させます 流しの水の流れの様なものです 栓を抜くときに渦が発生します ここで圧力の作用を受け 外向きに動くピストンがあり プラズマの周囲にある液化金属を 圧縮します レーザーの作用と同じく高温になり 核融合を起こします これはいわば 磁場による核融合と レーザーによる核融合の中間に位置します いくつか素晴らしい利点があります 液体金属は全ての中性子を吸収し 炉壁に当たらないので 装置の劣化を防げます 液体金属が熱せられるので 熱交換器に通して蒸気を発生させ タービンを回すことが出来ます この過程をするのに都合のよい方式です この過程はとても便利にできています そして蒸気はピストンの動力として 再利用され核融合を起こすので レーザーや超電導コイルよりも ずっと安上がりです

ここまでは上出来です でも唯一の問題は 上手く動作していないことです (笑) いつだって問題はあります 圧縮する時に プラズマの圧縮よりも 冷却速度が勝って 圧縮しようとしてもプラズマは どんどん冷却し 全く何も起こりませんでした

これを知った時 とても残念でした 本当にいいアイデアなので 改良の余地を探しました 少し考えてみました どうやったら 改良できるだろう? 衝撃力について考えてみました 大型のハンマーを用いて 振り回し こんなふうに釘を打ちつけるように 変えたらどうでしょう 釘にハンマーを乗せて押し込んでも 上手くは行きません アイデアの鍵は 衝撃を与え方 そこで 蒸気でピストンを加速します これには少し時間を要しますが ここで バン! ピストンに衝撃を与えます 全エネルギーが一気に 液体金属に与えられ プラズマをずっと高速に圧縮します これならきっとうまく行くと思い

倉庫でこんな装置を作りました 圧縮が容易な程度の 小型の装置を作りました 中性子を少しだけ発生します これが私のビジネス用中性子 このビジネスのために 5000万ドルを調達し 65人を雇用しチームを結成しました これが作りたかった物です 直径約3mの大型の装置になります 液化鉛が中央の渦で ぐるぐると回り プラズマを上下から与え ピストンが横からヒットし バン! 圧縮します エネルギーが生成され 液化金属から中性子が発生し 蒸気発生装置に回され タービンを回転し 一部はピストンの作動のために 循環します 1秒につき1回作動させ 100メガワットの電力を発電するでしょう

この射出装置も作りました 最初にプラズマを作りだすものです これは約300万度の 生暖かいプラズマを生成します 残念ながら長く持ちません プラズマの寿命を もう少し長くする必要があります 先月 かなり改善されました 今頃プラズマが圧縮されている頃でしょう こんな大きさの小球を作り 14個のピストンを取り付けました これが流体金属を圧縮します しかしプラズマを圧縮するのは 簡単ではありません 圧縮する時 こんな風にねじれる傾向があるので ピストンのタイミングを 完璧に調整しなければなりません このコントロールに必要な システムのいくつかは 1970年には有りませんでした でも今なら可能です 素晴らしい電子工学のおかげです

最後になりますが 多くの人が核融合は 夢物語 決して実現できないものと 思っていますが 現実には核融合の実現は 目前の所にまで来ています 大型の研究所では 核融合が可能であることを示しました そして小さな会社が 参入し そういうやり方も あるかもしれないが もっと安価な方法があると 言い出したのです General Fusionはそのような 小さな会社の1つです そしてとても近い将来誰かが 成功させるでしょう おそらくGeneral Fusionが



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