重水素-三重水素核融合
DT核融合反応

重水素-三重水素核融合（DT核融合）は、1つの重水素（2H）原子核（重陽子）と1つの三重水素（3H）原子核（三重子）が融合し、1つのヘリウム4原子核、1つの自由中性子、そして中性子とヘリウムから得られる合計17.6MeVのエネルギーを生成する核融合反応の一種です。これは、核融合発電や熱核兵器に最もよく知られている核融合反応です。

DT核融合の反応物質の一つであるトリチウムは放射性物質です。核融合炉では、リチウムが高エネルギー中性子にさらされるとトリチウムを生成するため、オルトケイ酸リチウムなどのリチウム含有セラミックスで作られた「増殖ブランケット」が炉壁に設置されます。

コンセプト

DT核融合では、1個の重陽子が1個の三重水素と融合し、1個のヘリウム原子核、1個の自由中性子、および約0.02 uから得られる17.6 MeVが生成されます。[ 1 ]得られるエネルギー量は、質量エネルギー等価性：E = mc 2で表されます。エネルギーの80%（14.1 MeV）は、光速の1/6の速度で移動する中性子の運動エネルギーになります。

2 H + 3 H と中性子 + 4 Heの質量差は、質量欠損と原子核の結合エネルギーの関係を記述する 半経験的質量式によって記述されます。

発見

DT核融合の証拠は、 1938年にミシガン大学でアーサー・J・ルーリッヒによって初めて検出されました。[ 2 ] [ 3 ]彼の実験では、0.5 MeVの重陽子ビームを重リン酸標的（ 2 H 3 PO 4 ）に入射させたときの2 H(d,p) 3 H反応で生成された3 Hの二次反応において、 15 MeVを超えるエネルギーを持つ中性子の痕跡が検出されました。この発見は最近までほとんど認識されていませんでした。[ 4 ]

反応物の調達

海水中の水素原子6700個のうち約1個は重水素であるため、容易に採取できます。[ 1 ] [ 5 ]

しかし、トリチウムは半減期が短く、自然発生源のない放射性同位体です。この問題は、リチウムを高エネルギー中性子にさらすことで回避でき、トリトンが生成されます。[ 1 ] [ 5 ]また、DT核融合自体も自由中性子を放出するため、リチウムへの照射に利用できます。[ 6 ]オルトケイ酸リチウムで作られた「増殖ブランケット」は、核融合装置の壁に沿って設置されることが多く、DT核融合によって生成された自由中性子がこれと反応してより多くのHを生成します。 [ 7 ] [ 8 ]このプロセスはトリチウム増殖と呼ばれています。

核融合炉

DT核融合は、 ITER [ 7 ]をはじめとする多くの提案されている核融合炉で利用される予定です。DT核融合は、最低温度が10 °C [ 8 ]と比較的低いため、他の核融合方式に比べて多くの利点があります。 [ 9 ]

スピン偏極

スピン偏極DT燃料は、出力を犠牲にすることなく、トリチウム燃焼効率（TBE）を1桁以上向上させることができる。TBEはトリチウム含有率の減少とともに非線形に増加するが、出力密度はDT断面積の増加とともにほぼ線形に増加する。非偏極53:47 DT燃料を搭載した481MWのARC型トカマクでは、最小トリチウムインベントリーは0.69 kgであった。63:37 DT混合燃料でスピン偏極させると、必要なトリチウム量は0.03 kgに減少する。ヘリウムダイバータポンピング効率の向上により、低トリチウム含有率スピン偏極燃料を用いることで、最小限の出力損失で約10%～40%のTBE値を達成できる可能性がある。これにより、トリチウムの起動インベントリー要件が低減される。[ 10 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c「核融合」ジョージア州立大学。 2021年1月29日閲覧。
  2. ^ Ruhlig, Arthur (1938年8月15日). 「重陽子-重陽子反応によるガンマ線の探索」 . Phys. Rev. 54 ( 4): 308. Bibcode : 1938PhRv...54..308R . doi : 10.1103/PhysRev.54.308 . 2024年2月6日閲覧。
  3. ^ Chadwick, MB (2023). 「DT核融合の初期の発見」. arXiv : 2302.04206 [ physics.hist-ph ].
  4. ^パリス、マーク・W.; チャドウィック、マーク・B. (2023年10月1日). 「D-T核融合の歴史における失われた詳細」 . Physics Today . 76 (10): 10–11 . doi : 10.1063/PT.3.5317 . ISSN 0031-9228 . 
  5. ^ a bランクトット、マシュー. 「DOEが重水素–三重水素核融合炉燃料について説明」 .エネルギー省. 2021年4月12日閲覧。
  6. ^カウリー、スティーブ. 「核融合入門 パートI」（PDF） . SULI . 2021年1月30日閲覧。
  7. ^ a b「核融合反応の燃料供給」 ITER 2021年2月12日閲覧。
  8. ^ 「トリチウム：核融合にとって挑戦的な燃料」 EUROfusion 、 2017年11月8日。 2021年2月16日閲覧。
  9. ^ Schneider, Ursula (2001年8月1日). 「核融合：未来のエネルギー」 .国際原子力機関. 2021年2月13日閲覧。
  10. ^ Parisi, JF; Diallo, A.; Schwartz, JA (2024-12-01). 「低トリチウムスピン偏極燃料によるトリチウム燃焼効率と核融合出力の同時向上」 .核融合. 64 (12): 126019. arXiv : 2406.05970 . Bibcode : 2024NucFu..64l6019P . doi : 10.1088/1741-4326/ad7da3 . ISSN 0029-5515 . 
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=重水素–三重水素融合&oldid =1322702733」より取得