核融合 Zマシンとクリーンエネルギー
スフィンクスの最新情報
ジュリエン・ゲフレイ著
2007年5月21日
アメリカ人が1年間、一歩も進まず、フランス人が四つんばいになっているのはなぜか。
ここ1年間の出来事を振り返ってみよう。2006年3月、米国のサンドイア研究所が衝撃的な発見を発表した。Zマシンが偶然、37億度の高温を発生させた（英語の元のニュースはこちら：http://www.sandia.gov/news/resources/releases/2006/physics-astron/hottest-z-output.html）。これはこれまでに達成されたことのない極限の温度で、太陽の中心の100倍、水素爆弾の中心の7倍、理論予測の4倍も高温だった。このような高温により、従来のトカマクやメガジュールレーザーのようなプロジェクトで定義されている水素同位体の制御核融合だけでなく、これまで考えられなかった2つの核反応、リチウム-水素（最低でも5億度必要）とホウ素-水素（10億度以上から可能）の反応が可能になった。これらの核反応は、わずかな副反応を除けば、放射性物質をほとんど発生させないため、エネルギーを生み出すだけでなく、完全に無汚染の原子力発電所を実現する可能性がある。地球で豊富に存在する元素を燃料として使用するため、私たちの汚染が激しい惑星にとって待ち望まれたエネルギーの解決策となるだろう。
2006年の間、ジャン＝ピエール・ピエットはZマシンとその可能性について簡潔に説明した：
- この暴虐な世界に一筋の光
- サンドイアのZマシン - 無汚染・無放射性の核融合が手の届くところに！
- マレコム・ヘインズの論文の分析
- 37億度と誰も気にしない
- いくつかの説明（FAQ）
- ニコラ・フルトーに向けた公開書簡
- 政治家に向けた公開書簡
フランスにも同等のマシンが存在し、やや力は劣るが、それはグラマット軍事実験センターのECF（CEG）である。ECFは「フローコンプレッション実験」の略だが、実際には「スフィンクス」と呼ばれている。
このテーマをメディアや政治家に取り上げさせる試みが複数行われたが、実際には成功しなかった（Futura-Sciencesのウェブジンに1本の記事と、Science & VieとSciences et Avenirにわずかな記事のみ）。インターネット上のフォーラムAgoravoxに掲載された大衆向けの記事は広く注目されたが、その後は沈静化した。政治家への接触も試みられた。ロシアで核融合に関する問題を担当する非常に高いレベルの科学者が、JPPと彼の同僚（元爆弾開発者）の啓蒙活動を支持し、直接手渡しする書簡を書くことを承諾した。この書簡には、この研究の重要性を説明し、フランスとロシアの協力の提案も含まれていた。しかし、フランスでこの書簡を誰に渡せばいいのか？（政治家に近い科学者でなければ）誰もこの話に耳を傾けようとはしないのでは？
残念なことに、これらの試みはすべて無視された。その理由は2つある：
- 「Zピンチ」またはフランス語で「磁気圧縮」による核融合の研究は、特に予算の観点から、我々の国に設置されている非常に異なる方法のITERプロジェクトと直接競合すると見なされている。フランスの磁気圧縮の専門家はあまりにも少なく、彼らの声が届かない。その結果、多くの専門家が米国のサンドイア研究所のZマシンで働いている。
- これらの研究は「潜在的に拡散可能」である。つまり、新しい世代の核兵器の実現につながる可能性がある。この場合、水素爆弾の爆発は従来の小さな原爆によって引き起こされるのではなく、Zマシンの派生したコンパクトなシステムによって行われる。これは、誰でも簡単に設計できるため、国際的な監視が困難である。なぜなら、単なる電力電子機器を使っているからだ。このように、核兵器の拡散を制限するために必要なウランの濃縮段階は、実質的に不要になる。
この騒動の明確な目的は、軍事用にのみ使用されているスフィンクスを市民研究者に開放することだった。現状では、このスフィンクスの能力は250万〜500万アンペアで、アメリカのZマシンの1800万アンペアには遠く及ばない。しかし、このような装置は比較的簡単にアップグレードできる。サンドイア研究所のZマシンは2006年9月に解体され、能力を50％向上させるリニューアル作業が行われた。ZR（「Z Refurbished」）プロジェクトは2007年夏に完全に運用可能になる予定で、この際、2700万アンペアの電流が100ナノ秒で供給される。この方法で達成される温度はさらに上昇するだろう。また、後ほど見るように、アメリカ人はこれにとどまらず、すでに6000万アンペアに達する新たな技術を設定している。
数か月前、フランスの軍事関係者はこの問題についてどう対応すべきか分からなかった。一方で、これらの研究は非常に有望に思えたが、CEGには基礎的な新しい分野を切り開く研究者があまりいなかった。他方で、DGAはこれらの研究を完全に制御し、もし重要な発見が得られれば、国防機密を課すことを望んでいた。これはサンドイア研究所の懸念とも重なっている。サンドイア研究所は実際には国防省と米国軍が管理しており、資金はNNSA（National Nuclear Security Administration）から供給されている。したがって、他の独立した研究を進めることが重要である。課題は、軍事施設グラマットを市民に開放する方法である。
この疑問に対する答えは、経済紙『Les Échos』2007年5月16日号に掲載されたジャーナリストマティュー・キレットの記事によって明らかにされた。オンラインでアクセス可能で、以下に掲載する（注目すべき部分は赤色）：
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Les Échos
2007年5月16日
スキル
原子力
フランスのZマシンはエネルギーを拒否する
小さな「スフィンクス」。
クエルシーのグラマット研究センター（CEG）では、DGAが数年前から小さなフランスのZマシン（250万アンペア）を運用しており、これは「スフィンクス」と呼ばれている。アメリカの姉妹機と同様に、これは主に核弾頭の耐性をテストするために使われている。
違いは、これは市民の実験には使われないことである。数年前、グラマットの研究者たちは軍事的指導者に研究の多様化を求めていたが、成功しなかった。
『Les Échos』に尋ねられた、非常に「激しく」反対するCEGは現在、エネルギー関連のプロジェクトを持っていないと述べている。この投資の慎重さは、磁気圧縮の専門家たちを不安にさせている。
フランスの電力電気工学のスキルは脅かされている、と一人の専門家は述べた。
イギリスでは、同様のマシンであるインペリアル・カレッジのMagpie（140万アンペア）が活発に磁気圧縮に取り組んでおり、米国の資金で運用されている。Zマシンの核目標に達するには十分な力がないが、米国はこのマシンを使って磁気圧縮自体の研究を補完している。ロシアもこの研究分野に投資する準備ができている。
これで、少なくとも明確に何が起こるかが分かった。フランスが持つスキルとロシアの支援にもかかわらず、軍隊はフランスの磁気圧縮によるエネルギー研究を断った。
一方、アメリカではどうなっているのか、そしてどこへ向かっているのか？同じ『Les Échos』の号では、フランスの研究がブロックされていることと対照的に、米国のZマシンによる水素の制御核融合が広く紹介されている。その記事は「核：米国のZマシンがITERに挑戦」というタイトルで、以下から読むことができる：
http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576219.htm
以下にその記事の図を再掲する：
**米国のZマシンが水素同位体を融合させる方法
(重水素-重水素反応で2.45 MeVの平均エネルギーの中性子を生成)
これはすでに古くから使われている「ホールラウム」の間接的な技術で、放射線炉が水素同位体を含むカプセルを圧縮・加熱し、特殊なフォームとタングステンのワイヤーケージを通じて融合させる。この実験は2003年4月7日にZマシンで初めて成功した（ニュースリリース：http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2003/nuclear-power/Zneutrons.html）。ホールラウム技術を使わず、超高温で核反応を直接攻撃する方法（リチウム-水素やホウ素-水素で、中性子をほとんど発生させない）は、2005年末に37億度の鋼製ワイヤーケージ技術を用いてまだ言及されていない。しかし、磁気圧縮による核融合の考えはフランスのメディアに少しずつ浸透しつつある。
これまで（1996年〜2006年）のサンドイア研究所のZマシンは以下の通りだった：
Zマシンの横断図。茶色のプールのサイズと青い水線の長さに注意。
寸法：33メートル。電流が切替されると、巨大な油と水の絶縁プールの表面を電気アークが伝播する：
Zマシンの表面における短絡、金属部品の間
「水線」は、初期の電気パルス（数マイクロ秒程度）を時間的に圧縮し、中央のワイヤーケージに最終的なパルスを100ナノ秒間だけ供給することによって、ターゲットに供給される電力の増加を可能にする。
質問：どうやって出力を増やすのか？いくつかの方法がある：
2007年のZRでは、同じ方法を維持しながら、構成要素を改善することで答えが得られる。例えば、36のマックス発電機は同じサイズだが、蓄電容量は2倍になる。4ジュールのガスレーザーは、36のスイッチャーに共通しているが、これは36の個別レーザーに置き換えられる。水絶縁の送電線は垂直で3段（以前は水平で2段）で、よりコンパクトで、泡の発生も少ない。
その後、「すべての要素を積み重ねること」も不可能ではない。プールの高さを2倍にすると、「ダブルZR」は機械的に5400万アンペアを生み出す。
フランスの専門家マチアス・バヴァイは、グラマットで資金を獲得できなかったため、米国のサンドイアに移った。彼は、コアクーラーを2つ使用した磁気フラックスの自己圧縮技術により、100ナノ秒で6000万アンペアを発生させるZマシンを考案した（詳細は彼の論文の簡易説明を参照）。
ジャン＝ピエール・ピエットは、マックス発電機＋送電線＋プールという膨大な装置を、アンドレイ・サハロフが1950年代に開発した爆薬を用いた磁気圧縮発電機（MK-2）またはより改良されたバージョン（DEMGM発電機など）に置き換えることを提案した。ロシアは「パルス高電力」の技術に精通している。この点については、ロシアのMHDマシンの基本原則のページを参照。
下の図は単なる図解である。これは大学やグランドエコールで実験を行うための単なる試みであり、これらの問題に対する最初のアプローチを実現することを目的としている。サハロフの発電機はソレノイドを備えており、非常に高い電流を生み出すが、放電時間が長すぎる。超高速爆薬発電機を発見したい場合は、ロシアのDEMGMを参照（このページの中央付近を参照）。
Zマシンとサハロフ発電機の結合を示す図解
右：誘導型MHD発電機、ターゲットを囲む単純なソレノイド。下：超高速リベットスイッチ、爆薬によって駆動される
しかし、米国では、ロシアの支援を受けながら、Zマシンでの磁気圧縮による核融合のための別の有望な道が今明らかになりつつある。それは、2007年4月にサンドイア研究所によって大幅に宣伝された「Linear Transformer Driver（LTD）」という発電機である。詳しくは次を参照：
ZマシンにLTDを搭載 --- ---