デレク・チャールズ・ロビンソン FRS [1]（1941年5月27日 - 2002年12月2日）は、物理学者であり、そのキャリアのほとんどを英国の核融合発電計画に携わっていました。 [2]英国のZETA原子炉における乱流を研究し、今日まで研究分野となっている逆磁場ピンチ概念の開発に貢献しました。彼は、 1969年にソ連のT-3装置で重要な測定を行ったことで最もよく知られています。この測定により、トカマクは今日に至るまで主要な磁気核融合エネルギー装置としての地位を確立しました。また、 START装置とその後継機であるMASTの建設を通じて、球状トカマクの設計開発にも尽力しました。ロビンソンは1979年から英国原子力庁の核融合計画の一部を担当し、1996年に計画全体を引き継ぎ、2002年に亡くなりました
幼少期
ロビンソンはマン島のダグラスで生まれました。父親が英国空軍に所属していたため、ロビンソンは頻繁に転校し、小学校では平均18ヶ月を過ごしました。中学校では理科と数学に秀で、物理学の道に進むことを決意しました。教会、特にオルガン音楽への愛も、地元の教会の聖歌隊で歌っていたこの時期に芽生えました。[3]
彼はマンチェスター・ヴィクトリア大学に入学し 、物理学の首席で卒業した。[4] [5]ロビンソンの教授ブライアン・フラワーズは、彼を原子力研究所（通称「ハーウェル」）の研究員に紹介した。 [5]彼はサム・エドワーズの指導の下、物理学の博士号を取得した。[3]
ゼータの中性子
ハーウェルは、最大かつ最も強力で、最も洗練された核融合装置であるゼータ（核融合炉）を操作しました。1957年の夏、ゼータが初めて運転を開始したとき、核融合反応の最も明白な兆候である大量の中性子バーストを放出しました。プラズマ温度の測定結果はこの結果を裏付けました。装置は500万度に達しているように見え、これは低速で核融合反応を発生させるのに十分な高温であり、その温度で生成されると予想される中性子数の2倍以内でした
1958年1月の記者会見でZETAの最初の結果が公表された際、ジョン・コッククロフトは当初この件について曖昧な態度を取ったが、最終的には核融合現象によるものであると90%確信していると述べた。しかし、これは誤りであることが判明した。原子炉の実際の温度は測定値が示唆するよりもはるかに低く、核融合が起こるには低すぎたのだ。核融合の主張は5月に撤回され、大きな屈辱を受けた。
時が経つにつれ、中性子の性質が探究され、プラズマ内部の不安定性によって引き起こされる孤立した事象として理解されるようになりました。以前の「大きな」不安定性はZETAでうまく対処されていましたが、これらを修正しても、修正すべき新たな不安定性が現れるだけでした。新たな不安定性はプラズマ内部の乱流によって引き起こされていました。EPバットらによってこれらの不安定性を抑制するための進展は見られましたが、十分に理解されていませんでした。[5]
ロビンソンは乱流の性質をより深く理解するという任務を負い、一連の実験を実施してその特性を明らかにしました。これらの実験は問題の理論的性質をより深く理解することにつながり、ひいてはジョン・ブライアン・テイラーによる磁場中における高電流放電の一般理論に関する重要な研究につながりました。[5]この研究はプラズマ物理学における大きな進歩であり、今日まで研究分野と なっている逆磁場ピンチの概念を導入しました。
これらの問題の本質が明らかになるにつれ、ZETAチームは核融合の試みから、プラズマの特性評価のための劇的に改善された診断ツールの開発へと方向転換しました。イオンの分光測定の代わりに、トムソン散乱によって電子の速度を直接測定することが可能です。しかし、これを効果的に行うには、明るく高度に単色化された光源が必要です。 1960年代のレーザーの導入により、まさにそのような光源が提供され、1964年以降、ハーウェルチームはこのシステムの専門家となりました。
ノボシビルスクとT-3
1950年代半ばから、ソ連はトカマク装置の開発をひそかに進めていました。トカマクの構成は、 ZETAのようなZピンチ装置とほぼ同一で、トロイダル真空管を囲むリング状の磁石と、プラズマに電流を誘導するための大型変圧器で構成されています。2つの発生源の磁場が混合され、プラズマを囲む単一の螺旋状の磁場が生成されます。2つのシステムの主な違いは、磁場の電力比です。ZETAの磁場はほぼ完全に変圧器の電流によって生成されていましたが、トカマクではより強力なリング磁石を使用することで、2つの磁場をより厳密にバランスさせていました。この一見些細な違いは、プラズマのダイナミクスに大きな影響を与えます。ZETAの螺旋はプラズマをゆっくりと巻きますが、トカマクの螺旋はかなり「ねじれ」ています。これは「安全係数」によって測定されます。
1960年代半ばまでに、実験装置はトカマク型核融合炉のコンセプトが従来の設計に比べて劇的に改善されていることを実証しました。しかし、ソ連は、おそらくゼータ計画の失敗を繰り返さないように、トカマク型核融合炉が測定値通りの数値を生み出していることを確信できるまで、実験を延期しました。この研究は1967年と68年まで続けられ、この時期はちょうど1968年8月にノボシビルスクで開催された第3回プラズマ物理学および制御核融合研究国際会議と重なっていました。[6]
会議で最新のT-3原子炉の数値が発表されると――プラズマ温度1000万度、閉じ込め時間10ミリ秒以上、そして核融合の明確な兆候――核融合研究コミュニティは衝撃を受けた。これらの装置は、他のどの装置よりも、はるかに大型で理論的な性能を持つ装置でさえも、少なくとも一桁は優れていた。そこで疑問が生じ、結果が現実のものかどうかが問われ、懐疑的な意見が溢れた。[6]
レフ・アルツィモヴィッチはこの懸念に対処し、「バス」・ピースを招き、ZETAチームをモスクワのクルチャトフ研究所のT-3に連れて行くよう依頼した。冷戦の真っ只中であったため、これはまたとない機会だった。しかし、英国は亡命の可能性を懸念していたため、貴重な知識を持つ英国人は「信頼できる人物の適切な同伴」がなければソ連に渡航できなかった。ロビンソンは1968年にロシア語の短期集中講座を受講しながら、マリオン・クォームビーと結婚することでこの問題を解決した。[5]
ニコル・ピーコック率いる「カルハム・ファイブ」チームは1969年に到着した。実験は当初、背景の向こう側に光が見えなかったため、うまくいかなかった。ロビンソンはルビーレーザーの出力向上に取り組み、最終的に100倍にまで増強した。こうして信号は明瞭になり、2000万度程度の測定でソ連の実験結果を検証した。[5] 1969年11月にネイチャー誌に掲載された彼らの論文は、核融合研究に革命をもたらし、事実上すべての他の設計概念が放棄され、トカマク型が採用された。
- 「デレク・ロビンソンは1968年のロシア訪問以来、非常に尊敬されていました。彼がT-3プラズマの電子温度プロファイルを測定したことがきっかけとなり、世界中でトカマクに関する活発な研究が始まりました。デレクは輝かしい科学研究と明るい人柄で知られていました。彼は非常に親しみやすく、魅力的で、賢く、知的な人物であり、彼に会ったすべての人の記憶に残るでしょう。」 - エフゲニー・ヴェリホフ、クルチャトフ研究所所長[7]
COMPASSとST
1970年に英国に戻ると、ロビンソンはカルハムにあるUKAEA研究所に移りました。この研究所は、以前は分散していた核融合研究を集約していました。彼は英国独自のトカマクであるCOMPASSの建設を主導しました。[5]実験により、非円形の閉じ込め領域の方が性能が向上することが示唆されたため、ロビンソンはCOMPASSを涙滴型の閉じ込め領域を備えたCOMPASS-Dに改造する取り組みを主導しました。COMPASS-Dはこの概念を実証しました。D字型のプラズマ領域は、すべての現代のトカマク設計の特徴です
代替案を模索していた彼は、球状トカマク（ST）のコンセプトへの関心を高めようとしていた米国オークリッジ国立研究所（ORNL）のマーティン・ペン氏の意見に特に共感した。STは本質的には小型のトカマクだが、様々な特徴を組み合わせることで、従来の設計に比べて大幅に性能が向上することが示唆されていた。ORNLはこのコンセプトを試験するための装置「STX」[8]を設計していたが、装置建設のための資金を確保することができなかった。
ロビンソンは1,000万ポンドを確保し、真空チャンバーとほとんどの補助機器を製作するのに十分な資金を確保しました。中性粒子入射器を含むその他の機器は、予算内に収めるためにORLNから「貸与」されました。STARTと呼ばれるこの装置は1991年に稼働を開始し、すぐに世界中のほぼすべての装置、さらには数倍も高価な装置にも匹敵するか、それを上回る成果を上げました。STARTの成功は、カルハムのMASTを含む、世界中で同様の装置の開発につながりました。
JETおよびUKAEAの理事
1990年、ロビンソンはカルハムが建設予定地に選定された後、欧州合同トーラス（JET）プロジェクトの英国側メンバーに任命された。6年後には同プロジェクトの理事に任命された。1994年には王立協会フェローに選出され、1996年には英国原子力庁（UKAEA）の核融合部門長に就任した。物理学研究所フェローでもあったロビンソンは、国際熱核融合実験炉（ITER）の設計にも積極的に関与した。[5]
ロビンソンはオックスフォードのソベルハウスホスピスで癌のため亡くなった。[9]妻のマリオンと娘のニコラが残された。
注記
ロビンソンの教育における節目の具体的な年については、様々な資料で意見が一致していないようです。サンデー・タイムズ紙は彼が1962年に卒業したと記しており、当時21歳だったことになります。このことに言及しているすべての資料は、彼が1965年にハーウェルで働き始めたことに同意しています。したがって、1962年から1965年までの彼の仕事の内容は、入手可能などの資料にも明確に記載されていません
ピース氏をはじめとする多くの研究者の見解は、この時期に彼がエドワーズ氏の指導の下で博士号取得を目指していたことを示唆しているように解釈できる。その博士号取得にはZETAを用いた実験も含まれていた。エドワーズ氏は1958年から1972年までマンチェスターに在籍していたが[10] 、この事実を裏付けるものではない。
しかし、シャフラノフはロビンソンが1965年にマンチェスター大学を卒業し、すぐにハーウェルに就職したと述べています。文脈上、「卒業生」の意味は不明瞭です。もしこれが彼の博士号取得であれば、時系列は一致します。
ロビン・マーシャルFRS教授は、デレク・ロビンソン（1959年入学）と同学年で、彼とロビンソンが1962年に理学士号を取得したことを確認しており、大学の記録もこれを裏付けています。マーシャルとロビンソンはその後、マンチェスター大学に登録して博士号を取得しましたが、マーシャル教授はセキュリティフェンスの「オープン」側にあるラザフォード・アップルトン研究所に通い、ロビンソン教授はハーウェルにある「セキュア」側へ通いました。当時、マンチェスターの物理学研究所の所長は、1952年から1958年までハーウェルで理論部門の主任を務めていたブライアン・ヒルトン・フラワーズでした。彼はこうした手配を容易にしました。サム・エドワーズも、ロビンソンの博士研究期間中、マンチェスター学科に在籍していました。ロビンソンの研究は、マーシャル教授と同様に1962年に始まり、1965年にマンチェスター大学から学位を授与されて終了しました。
参考文献
- ^ Connor, J.; Windsor, C. (2011). 「デレク・ロビンソン。1941年5月27日 - 2002年12月2日」。王立協会フェロー伝記。57 : 395–422 . doi : 10.1098/rsbm.2011.0012
- ^ ブリスコー、フランク（2004年3月）「訃報：デレク・チャールズ・ロビンソン」『Physics Today』57 (3): 98–99 . doi : 10.1063/1.1712512 .
- ^ サンデー・タイムズ
- ^ シャフラノフ
- ^ abcdefgh ピーズ
- ^ ab アルヌー
- ^ デュラーニ
- ^ 「ジョン・シェフィールドによるプレゼンテーション」、OFEジャーマンタウン、1987年3月25日
- ^ マーティン・オブライエン、「英国の核融合専門家デレク・ロビンソン氏が逝去」、Fusion Power Report、2003年1月1日
- ^ 「困難な問題に立ち向かう男」ニューサイエンティスト、1973年11月22日、538-539ページ
参考文献
- 「デレク・ロビンソン：核融合による安全なエネルギーの創出に尽力する物理学者」[リンク切れ] サンデー・タイムズ、2002年12月11日
- Vitalii Dmitrievich Shafranov, 「Derek Robinsonと磁気核融合研究における歴史的実験」, Fizika Plazmy , 第29巻第11号 (2003年), 1070–1072ページ
- ロバート・アルヌー、「温度計を持ってロシアへ」、iter newsline、#102（2009年10月9日）
- バス・ピーズ、「デレク・ロビンソン、英国の核融合研究のリーダー」[リンク切れ]、インディペンデント紙、2002年12月9日
- マティン・デュラニ、「デレク・ロビンソン 1941-2002」、2010年11月28日アーカイブ、Wayback Machine、Physics World、2002年12月4日
- 「デレク・ロビンソン」オックスフォード・メール、2002年12月14日
