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3-4：　核 融 合

この第３部のトップページ ３−１：「核エネルギーの源泉」のページ において， 原子核反応の 発熱反応の１例として， ２個の重陽子（ = d ）を結合させる 核融合反応 を 起こすと， ヘリウム３（ ）と 中性子 ( n ) と， 3.27 MeV のエネルギーが 放出されることを 説明しました． その反応過程は と表されました． この過程でなぜ 3.27 MeV という 大きなエネルギーが 出るかという理由は， ２個の重陽子の結合エネルギー の合計が 4.449 MeV であるのに比べて， ヘリウム3 の結合エネルギーが 7.719 MeV と大きくなるからである， と説明しました． 　このように， 軽い原子核の結合エネルギーは 核毎にかなり差があります． そのばらつきを利用して 核融合反応から大きな エネルギーを得るわけです． 下図 で 軽い原子核の結合エネルギーの 実験値を詳しく見てみましょう．

「原子核の結合エネルギー」 この図は原子核の１核子あたりの 結合エネルギーの実験値です. ２−３：「原子核の質量，結合エネルギー」のページの最後の図 と同一内容ですが， 特に質量数が 20 以下の 軽い原子核のデータが 詳しくわかるように 描かれています．

上図 を一目見て わかるように， 陽子 (p) や 重陽子 (d) や ヘリウム３（ ）又は ３重陽子 (t) が 融合して， ヘリウム４（ ）のような 少し重い原子核になる 反応が起きると， 大きなエネルギーが 放出されるであろうことが 推定されます． 　上の (1) 式 の d - d　反応 以外に， 実際に利用可能であると 考えられているものには， 次のような 核融合反応があります． 　これらの核融合反応のうち， 最も利用しやすい反応は (2) 式 の d-t 反応 です （下図参照）．

「d-t 反応」 重陽子と三重陽子とを 高速で衝突させると 融合反応が 起こり， 17.58 MeV もの 大きなエネルギーが 放出されます．

これらの核融合反応を 連続的に行なわせて， エネルギーを取り出す装置が 核融合炉 です． しかし，これを実際に 実現するために 第一に解決しなければならない 最大の困難は， プラズマの閉じ込め の問題です．

「プラズマの閉じ込め」 　例えば上記の d-t 反応 を 考えましょう． d は 重水素 の原子核， t は 三重水素 の原子核です． 原子核は常にその周りを 電子が取りまいて，電気的に 中性の原子 として 存在します． 重水素や三重水素の 原子から電子を剥ぎ取った イオンが d や t です． これらのイオンのガスを プラズマ といいます． 　ですから，d や t は +e の荷電を 持っています． 従って，d や t の間には ク−ロン斥力が働きます． この斥力にうち勝って d と t とを近づけてやらないと 融合反応は起きません． つまり，ものすごい 高圧力・高密度の プラズマを作らなければ なりません． d と t とを融合させるため クーロン斥力に うち勝って両者を 近づけるため， ものすごく高速で 衝突させなければ なりません．そのため プラズマの温度を １億度以上に しなければなりません． 　そのような 高温・高圧 の プラズマを閉じ込めるには どうしたらよいか， ということが プラズマの閉じ込め の問題です． 現在，これを解決するために 国際協力を行なっています．

「核融合資源の問題」 　重陽子 d は 重水素 の 原子核です．重水素は 重水 から 採ることができます． 重水素は資源的に極めて 豊富で，海水中の水素原子の 0.015% (原子数の割合) あり， 分離するのも比較的 簡単です． 　三重陽子 t は 三重水素 の原子核です． 三重水素は天然に存在せず， 人工的に作らなければ なりません． それには (3) 式 の 融合反応を利用するのが よいとされています． なお，リチウム ( Li ) の 資源は地球上にかなり 存在するといわれています．

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