核融合発電はなぜ、いつまでたっても「地上の太陽」になれないのか

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核融合発電は、しばしば「小型の太陽を地上に人工的につくり出す装置」というふうに語られる。

原理だけを見るとその通りである。太陽が輝いているのは、水素の仲間同士が激しくぶつかり、融け合って（これを核融合という）、より重いヘリウムに変わるときに、ほんのわずかな質量がエネルギーへと姿を変えるからである。この同じ反応を地上で起こすこと自体は、すでにできている。

だから、まず最初にはっきりさせておきたい。核融合は「エネルギーが出ない」技術ではない。エネルギーは、確かに出ている。

では、いったい何が問題なのか。問題は「エネルギーが出るか、出ないか」ではなく、「差し引きで、いくら手元に残るか」である。

ここで1つ、言葉を用意しておこう。「Qシステム（＝システム全体のQ値）」という考え方だ。これは、装置（システム）全体が外から食べる電気の量に対して、装置全体が生み出すエネルギーがどれだけあるか、その比のことだと思ってほしい。

Qシステムが1.0より大きければ、食べた以上に生み出している、つまり差し引き黒字。1.0より小さければ、生み出すより食べるほうが多い、差し引き赤字だ。発電所として意味を持つには、当然このQシステムが1.0を、それもかなり余裕をもって超えなければならない。そして、地上の核融合がいまだに越えられずにいるのが、まさにこの1.0の壁なのである。

底の抜けたバケツ

この事情は、1つの絵で考えると分かりやすい。底に穴の開いたバケツに、水をためようとしている場面を想像してほしい。

蛇口はちゃんと開いていて、水は勢いよく出ている。この蛇口の水が、核融合で得られるエネルギーだ。ところが、このバケツには底に穴が開いている。だから水を注いでも注いでも、下から漏れていって、なかなかたまらない。それどころか、このバケツは、別の蛇口を全開にして水を注ぎ続けないと、形そのものを保てない。手を止めれば、たちまちしぼんでしまう。

注いでも注いでも、手元に残る水（差し引きのエネルギー）は、いつも底ぎりぎり。プラスになりきれない——これが、地上の核融合がいま立っている場所だ。エネルギーは出ている。けれど、その火を消さずに保つための「維持費」があまりにも高くつくせいで、差し引きがなかなか黒字にならないのである。

なぜ維持費がそんなに高いのか

ではなぜ、核融合という〝火〟を保つだけでそんなにエネルギーを使ってしまうのか。

核融合の火は、ふつうのたき火やガスの火とは、まるで性質が違う。ふつうの火は、一度つければ、あとはだいたい勝手に燃えてくれる。

ところが核融合の火は、太陽の中心のような「とてつもなく高い温度」と「とてつもなく強い圧力」がそろわないと、起きてくれないし、続いてもくれない。1億度をはるかに超えるような超高温のガス（プラズマ）を、一瞬たりとも壁に触れさせず、宙に浮かせたまま閉じ込め続けなければならない。

そのために、地上の装置は、巨大な磁石を絶対零度の近くまで冷やし続けたり、とてつもなく強力なレーザーを動かし続けたりしている。火が燃えているあいだじゅう、外から大量のエネルギー、つまり電気を注ぎ込み続けないと、閉じ込めが一瞬で破れてしまう。これが、バケツの「別の蛇口」の正体だ。火そのものは熱を生むのに、その火を地上にとどめておくための装置が、生んだ熱に匹敵するほどの電気を食ってしまう。

太陽は、なぜタダで燃え続けられるのか

ここで、当然こんな疑問がわく。「太陽だって核融合なのに、なぜ何十億年も、誰も電気を注がずに燃え続けているのか？」

答えは、太陽が2つのものをタダで持っているからだ。

1つは、ばかげて巨大な大きさ。もう1つは、その巨大な質量が生む、すさまじく強い重力である。太陽は、自分自身の重さで中心をぎゅうぎゅうに押しつぶし、その圧力で火を閉じ込めている。誰かが磁石やレーザーで支えてやる必要はない。重力が、閉じ込めの仕事をまるごとタダで肩代わりしてくれているのだ。

それに対して、私たち人間が地上につくろうとしている小さな太陽は、磁石やレーザーで力ずくで支えてやらねばならない。

私たちは、太陽ほど巨大になれないし、あれほどの重力も持てない。だから、重力の代わりに磁石やレーザーを使って、力ずくで閉じ込めるしかない。太陽がタダでやっていることに、地上では高い維持費を払い続けるしかない——これが、根本的な違いの1つ目である。

穴を小さくすればいいのではないか？

ここまで読んで、鋭い人はこう思うかもしれない。「バケツの底の穴が問題なら、技術をもっと磨いて、穴を小さくしていけばいいのではないか。いつか穴がふさがって、黒字になる日が来るのでは？」

これは、とても正しい問いだ。そして実際、穴を小さくする工夫は、何十年も積み重ねられてきた。けれど、ここにもう1つ、太陽と地上を分ける、より深い違いがある。それを、別の絵で説明しよう。今度は「崖」と「階段」の絵だ。

エネルギーというのは、高いところから低いところへと落ちていく。核融合では、1000万度を超えるような「高いところ」から、ずっと低い温度の「低いところ（太陽表面だと約6000℃）」へと、熱が落ちていく。この高さの差そのものは、太陽でも地上でも変えられない。問題は、その高さを〝どう降りるか〟である。

急な崖を一気に飛び降りれば、着地のときにドスンと大きな衝撃が出て、その衝撃のぶん、エネルギーがムダに散らばってしまう。

一方、同じ高さでも、ゆるやかな段差の階段を一段ずつ下りていけば、一回ごとの衝撃はほとんどゼロにできる。それを何万段も積み重ねて、ようやく下まで下りる。着く場所は同じでも、道中でムダに捨てるエネルギーは、ゆるやかな段差の階段のほうが圧倒的に少ない。

太陽は、この「ありえないほど長い、ゆるやかな階段」を持っている。太陽の中心で生まれた光が、表面までたどり着くのに、数千年から数万年もかかると言われる。それくらい、一段一段が小さくて、段数が多い階段を下りてくるイメージなのだ。だから途中でほとんどムダを出さずに、いちばん穏やかにエネルギーを下ろしていける。

その「長い階段」を実現させているのが、太陽のばかでかさと、何万年という気の遠くなるような時間なのだ。

以上のことを、専門用語を使って言うと次のようになる。

まず、エクセルギーという用語から説明する。これは〝利用可能なエネルギー〟のことだ。

エントロピー（状態の乱雑さの程度。例としてコップの水を床に垂らすと水の状態はより乱雑になり、元には戻せない──この〝乱雑さが増えた〟状態を「エントロピーが増えた」という）を多く生む過程ほど、同じ温度差から理想的に取り出せたはずのエクセルギーのうち、実際に手元に残る分は少なくなる。失われるエクセルギーは、周囲温度とエントロピー生成量の積にちょうど等しい。

太陽が長大な時間をかけてエントロピー生成が限りなくゆっくりとなるように抑える（つまりエントロピー生成率を限りなく低く抑える）のに対し、地上の核融合は急いで取り出すという要求そのものによって、桁違いに多くのエクセルギーを失わざるを得ないのだ。

この本質的な差を埋めるのは相当に困難なことである。

穴は、急ぐことそれ自体から生まれる

ところが地上の核融合は、この階段を持てない。小さな装置から、今すぐ、大量のエネルギーを取り出さなければ、発電所として成り立たないからだ。何万年もかけてそろそろ下りる、などという余裕はどこにもない。だから地上では、ゆるやかな階段ではなく、急な崖を一気に飛び降りるしかない。

地上の核融合では発生した中性子がエネルギー発生場所（ブランケット）に届くまで1000万分の1秒もかからない。これはとても大きな崖を瞬時に飛び降りるようなものだ。そして崖を飛び降りれば、着地のたびにドスンとムダが出る。

太陽中心部で生まれたエネルギー（光）が表面に届くには数万年かかる。一方、地上の中性子の場合はそれに相当する時間がわずか1000万分の1秒ということだ。

ここが、いちばん大事なところだ。バケツの底に穴が開くのは、技術が下手だからではない。「急いで、小さく、一気に取り出す」こと、それ自体が、穴を開けているのである。

そして「急いで、小さく、一気に」というのは、発電所として採算が合うために、どうしても必要な条件だ。つまり、穴を開けてしまう原因と、発電所として成り立つための条件とが、同じものなのだ。だから、いくら技術を磨いても、この穴をゼロにすることはできない。

穴を完全にふさごうとすれば、太陽のように、巨大でゆったりとした、発電所には向かない装置になるしかなくなってしまう。

「不可能」なのではない。「まだ帳簿が閉じていない」のだ

ここで、誤解してほしくないことがある。私は「核融合発電は、物理の法則によって絶対に不可能だ」と言っているのではない。紙の上の設計図では、Qシステムが1.0を超えて黒字になる、とされているものもある。原理として、それが禁じられているわけではない。

問題は、それが本物の装置で、70年ものあいだ、一度も実証されていないという事実のほうだ。「あと30年で実現する」という言葉は、私が子どものころにも語られ、その30年前にも語られていた。

差し引き黒字という帳簿は、70年ずっと開いたまま、まだ閉じていない。そして、これまで見てきたように、その帳簿がなかなか閉じないのには、「急いで小さく取り出す」という要求そのものに根ざした、構造的な理由がある。

太陽は、何万年もかけて、ありえないほど長い階段を、そろそろと下りている。地上の核融合は、その階段を持たないまま、同じ火を急かして焚こうとしている。

両者を分けているのは、技術の優劣ではない。「大きさ」と「時間」という、地上では決して実現できないものなのだ——それが、太陽のようにはいかない、ということの、本当の意味である。