超要約！核融合発電にフローライトは必要?VIVANT解説

TBS日曜劇場「VIVANT」第16話で、シーズン2の本筋が「核融合発電技術」の争奪戦であることが判明しました。そして多くの視聴者が、この核融合発電にはバルカで見つかったフローライトが必要になるのだろうと推測したはずです。本記事では、現実世界の核融合発電において、どのようにフローライトが絡んでくるのか? について、分かりやすく解説します!

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【VIVANT解説】超要約! 核融合発電にフローライトは必要なの?

ドラマ「VIVANT」第16話で、警視庁公安部の野崎守(演 阿部寛) は、「Xinxi(シンシー)」が未来の主力エネルギーとして期待されている「核融合発電」のカギを握る核融合研究者のエリシャ・ママドフ(演 Manaf Dadashov) の身柄を確保したことを知り、エリシャが発明したとされる「核融合持続化技術」が本当に実在するのか? その技術が「Xinxi(シンシー)」に渡ってしまったのか? を確かめるために、「Xinxi(シンシー)」に潜入したことが明かされました。

ドラマのこれまでのストーリーから、シーズン1でテーマとなっていたバルカの希少鉱物「フローライト」が、シーズン2で飛び出した「核融合持続化技術」に必要になるだろうと推測した視聴者も多かったはずです。

現実世界の核融合発電に
フローライトが
どのように関わるのか?
分かりやすく解説します。

そもそも核融合発電とは?

核融合発電を簡単に説明すると、重水素と三重水素(トリチウム) を加熱して核反応を起こします。その際に発生する膨大な熱エネルギーで水を沸騰させ、蒸気の力でタービンを回し、発電する仕組みです。

核融合発電の主役は、重水素と三重水素(トリチウム) です。どちらも水素の仲間です。

水素の仲間

水素の種類	原子構造図	どこにある?
水素(軽水素)		・水素は地球上のほとんどの水の中に存在します。海、川、湖、雨水など。 ・生物の体内の水分にも含まれます。 ・化石燃料の中にも存在します。(炭化水素)
重水素 【核融合発電の主材料】		・海、川の水の中に存在します。海水1リットル中、0.03グラム採取できます。ほぼ無限に調達可能です。
三重水素(トリチウム) 【核融合発電の主材料】		・地球上にはほとんど存在していません。 ・核融合発電する炉の中で自家生産します。 ・核融合発電のドーナツ型の炉の中では発電に使う水蒸気の生産と、発電に必要な三重水素(トリチウム)を同時に作り出しています。

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核融合発電の仕組み

核融合発電のドーナツ型の炉の中で、発電の主材料となる「重水素」と「三重水素(トリチウム)」を約1億度にまで加熱します。1億度に達した「重水素」と「三重水素(トリチウム)」からは電子が外れてしまい不安定になり、プラズマ化して、ドーナツ型の炉内を飛び回り始めます。

そして「重水素」と「三重水素(トリチウム)」の原子核が衝突(核融合) すると核反応が起きて、膨大な熱エネルギーを発生させます。この時発生する熱を使って、炉内に送水した水を沸騰させて、その蒸気の力を利用して発電機のタービンを回し、発電するのが核融合発電です。「重水素」と「三重水素(トリチウム)」が核融合すると、「ヘリウム」と1つの「中性子」が放出されます。この放出された「中性子」を使って、その後の発電に使用する「三重水素(トリチウム)」を炉内で作り出します。

「三重水素(トリチウム)」は、「中性子」1つを「リチウム」に衝突させる核反応で人工的に「三重水素(トリチウム)」1つが生成可能です。という事は、核融合発電のドーナツ型の炉の内部に、「リチウム」がびっしりと敷き詰められていたら、「中性子」と「リチウム」を核反応させて、「三重水素(トリチウム)」が得られます。核融合発電のドーナツ型の炉の中は、リチウムと発電用の送水管を仕込んだ「増殖ブランケット」と呼ばれるパネルによって覆われていますが、「中性子」を無駄なくリチウムに衝突させることが困難です。「リチウム」が仕込まれていない部分に「中性子」が衝突すると、その「中性子」は無駄になってしまいます。

「中性子」の無駄を減らして効率的に発電する為に、炉内に「中性子」の数を増やせば、「リチウム」と衝突する機会が増やせます。そこで、「増殖ブランケット」の中に、「ベリリウム」や「鉛」といった、「中性子」と衝突すると「中性子」の数が増殖する金属をさらに仕込むことで、炉内に出来るだけたくさんの「中性子」を発生させて、より多く「リチウム」と「中性子」を衝突させ、効率的に炉内で「三重水素(トリチウム)」を生成しています。

【図解2】核融合発電のドーナツ型の炉の中の「増殖ブランケット」の概念図
※緑色の箱が「増殖ブランケット」の1ユニット。「トリチウム増殖材」とは「リチウム」を練り込んだセラミックの粒です。この粒に「中性子」が衝突すると「三重水素(トリチウム)」が生成されます。「中性子増倍材」は「ベリリウム」や「鉛」の粒です。この粒に「中性子」が衝突すると、さらに「中性子」が生成されます。

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上記のように、「増殖ブランケット」のなかに、粒状のビーズを詰め込んだものを「固体ブランケット」と呼びます。(※「固体ブランケット」の他には「液体ブランケット」が存在します。「液体ブランケット」の解説はこの後記します。)

「固体ブランケット」は、核融合を繰り返すことで劣化し、一定期間使用した後は、粒状のビーズの入った「増殖ブランケット」を丸ごと取り換える必要があります。しかし「液体ブランケット」に比べて、液体が漏れ出るリスクもなく、炉内の金属腐食のリスクも低い事から、日本や欧州、アメリカの国家主導プロジェクトでベースラインとして採用されています。

「液体ブランケット」とはどういうものか?

「液体ブランケット」とは、「増殖ブランケット」の内部に粒状のビーズを詰め込んだものではなく、内部にパイプを巡らせて、パイプ内部に液体状の「リチウム」を循環させ、核反応を起こさせるものです。(※中性子はパイプ内部を通り抜けて中の液体と核反応を起こせます)

「液体ブランケット」は一定期間ごとに「増殖ブランケット」を丸ごと取り換える必要がなく、液体に加工した「リチウム」をパイプ内に循環させるだけで、「三重水素(トリチウム)」を効率的に取り出せます。(※しかし、液体が漏れ出るリスクと金属腐食のリスクが高いのがデメリット)　核融合技術が進歩して、「液体ブランケット」のデメリットが解消できれば、「液体ブランケット」が主流になるのではないかと言われています。

下記の「液体ブランケット」の概念図は「宇藤裕康 著／特集記事『核融合エネルギー開発の現状』(2) 核融合炉の概要」に記された「固体ブランケットの概念図」を参考にして、本記事が作成した概念図です。

この時、
「液体ブランケット」で使用される液体化した「リチウム」、
「溶融塩(FLiNaBeフリナーベ)」を作る際に、
フローライトが必要となるんですよ。

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まとめ

現実世界の現在開発中の核融合発電において、フローライトはどの位必要なものなのか? について分かりやすく解説しました。

現実世界では、フローライトが必須となるのは、核融合発電の炉に「液体ブランケット」を採用した場合に限られます。「リチウム」を液体化する際にフローライトが必要になるという事になります。現状では、「液体ブランケット」を使用した核融合発電は主流ではないので、即座にフローライトの需要が高まる、という事にはならないと言えます。

しかし、ドラマ「VIVANT」シーズン2の世界では、核融合研究者のエリシャ・ママドフ(演 Manaf Dadashov) が発明した「核融合持続化技術」は「リチウム」を液体化するのが大前提となっていて、核融合発電には、フローライトが欠かせない設定になっているのかもしれません。

ですが、無尽蔵にある海水から永続的にクリーンエネルギーが発電できるからこそ、核融合発電は価値のある技術と言えますが、希少鉱物のフローライトが無ければ発電できないという設定になってしまうと、フローライトが尽きたらそこで終わりとなるので、現在の化石燃料頼みの状態と大差ありませんよね。そのあたりのドラマの設定がどうなっているのかに注目です!

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