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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、そのキャリアのほとんどを英国の核融合発電プログラムで過ごしました。 [ 2 ]英国のZETA原子炉で乱流を研究し、今日まで研究されている逆磁場ピンチの概念の開発に貢献しました。 1969 年にソ連のT-3装置で重要な測定を行い、トカマクを今日まで主要な磁気核融合エネルギー装置として確立した役割で最もよく知られています。 また、 START装置とその後継装置であるMASTの建設を通じて、球形トカマク設計の開発にも貢献しました。 ロビンソンは、1979 年に英国原子力庁の核融合プログラムの一部を担当し、2002 年に亡くなる前の 1996 年にプログラム全体を引き継ぎました。
ロビンソンはマン島のダグラスで生まれた。父親がイギリス空軍に所属していたため、ロビンソンは転勤が多く、小学校には平均して18か月ほど通った。中学校では理科と数学で優秀な成績を収め、物理学の道に進むことを決意した。教会、特にオルガン音楽への愛情もこの時期に芽生え、地元の教会の聖歌隊で歌っていた。[ 3 ]
彼はマンチェスターのビクトリア大学に入学し 、物理学で首席で卒業した。[ 4 ] [ 5 ]ロビンソンの教授ブライアン・フラワーズは、彼を「ハーウェル」としてよく知られている原子力研究施設の研究者たちに紹介した。 [ 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するために採用された。[ 3 ]
ハーウェルは、当時最大規模で最も強力かつ高度な核融合装置であるZETA（核融合炉）を運用していた。1957年の夏にZETAが初めて稼働したとき、核融合反応の最も明白な兆候である大量の中性子が放出された。プラズマ温度の測定結果もこの結果を裏付けており、装置の温度は500万度に達したようで、これは核融合を低速ながら起こすのに十分な高温であり、その温度で発生すると予想される中性子数の2倍以内のオーダーであった。
1958年1月にZETA実験の最初の結果が記者会見で公表された際、ジョン・コッククロフトは当初この問題について明言を避けていたが、最終的には90％の確率で核融合反応によるものだと述べた。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。核融合の主張は5月に撤回せざるを得なくなり、大きな屈辱となった。
時が経つにつれ、中性子の性質が研究され、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った。以前の「大きな」不安定性はZETAでうまく対処されていたが、これらを修正すると、修正すべき別の不安定性が新たに発生しただけだった。新しい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た。EP Buttらがこれらの不安定性を抑制することにある程度の進展があったが、十分に理解されていなかった。[ 5 ]
ロビンソンは乱流の性質をよりよく理解する任務を与えられ、それを特徴づける一連の実験を行った。これらの実験は問題の理論的性質の理解を深めることにつながり、それがジョン・ブライアン・テイラーによる磁場中の高電流放電の一般理論に関する重要な研究につながった。[ 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、それによって今日まで研究されている分野である逆磁場ピンチの概念が導入された。
これらの問題の性質が明らかになるにつれ、ZETAチームは核融合の試みから、プラズマの特性を分析するための劇的に改良された診断ツールの開発へと方向転換した。イオンの分光を測定する代わりに、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ある。しかし、そのためには明るく、かつ非常に単色性の高い光源が必要となる。 1960年代にレーザーが導入されたことで、まさにそのような光源が実現し、1964年からハーウェルチームはこのシステムの専門家となった。
1950年代半ばから、ソ連は密かにトカマク装置の開発を進めていた。トカマクは、トロイダル真空管を囲む磁石のリングとほぼ同じ構造で、プラズマに電流を誘導するために大型変圧器が使用されている。2つの磁場源が混ざり合って、プラズマの周囲を螺旋状に巻く単一の磁場が生成される。2つのシステムの違いは、主に磁場のパワーの比率にある。ZETAの磁場はほぼ完全に変圧器の電流によって生成されるのに対し、トカマクはより強力なリング磁石を使用して、2つの磁場をより密接にバランスさせている。この一見些細な違いが、プラズマのダイナミクスに大きな影響を与える。ZETAの螺旋はプラズマの周囲をゆっくりと巻くのに対し、トカマクの螺旋はかなり「ねじれ」が激しい。これは「安全係数」で測定される。
1960年代半ばまでに、実験装置はトカマクの概念が従来の設計に比べて劇的に改善されていることを示した。しかし、ソ連は、おそらくゼータの二の舞を避けたいと考え、測定結果が示唆する数値を装置が確実に生み出すまで待った。この研究は1967年と68年に続き、偶然にも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時期が重なった。[ 6 ]
最新のT-3原子炉の数値が会議で発表されたとき、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が示されたとき、核融合コミュニティは衝撃を受けた。これらの装置は、はるかに大型で理論性能の高いものを含め、他のどの装置よりも少なくとも1桁優れていた。そこで問題となったのは、その結果が本物かどうかであり、懐疑論が蔓延した。[ 6 ]
レフ・アルツィモヴィッチはこの懸念に対処し、「バス」・ピースをモスクワのクルチャトフ研究所のT-3にZETAチームを連れてくるよう招いた。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、亡命の可能性に対する英国の懸念から、貴重な知識を持つ英国国民は「信頼できる人物が適切に同行する場合」にのみソ連へ渡航できた。ロビンソンは1968年にマリオン・クォームビーと結婚し、ロシア語の短期集中講座を受け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。彼らの実験は当初うまくいかず、背景光で光が見えなかった。ロビンソンはルビーレーザーの出力向上に尽力し、最終的に100倍にまで高めた。これで信号は明確になり、2000万度程度の測定値でソ連の結果を検証した。[ 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、事実上他のすべての設計コンセプトは捨てられ、トカマクが採用された。
1970年に英国に帰国したロビンソンは、それまで分散していた核融合研究を集約していたカルハムのUKAEA研究所に移った。彼は英国独自のトカマクであるCOMPASSの建設を主導した。[ 5 ]実験で非円形の閉じ込め領域の方が性能が良いことが示唆されると、ロビンソンは涙滴型の閉じ込め領域を備えたCOMPASS-DへのCOMPASSの改造を主導した。COMPASS-Dはこの概念を実証した。D字型のプラズマ領域は、現代のすべてのトカマク設計の特徴となっている。
代替ソリューションを探していた彼は、球形トカマク（ST）コンセプトへの関心を高めようとしていた米国のオークリッジ国立研究所（ORNL）のマーティン・ペンに特に興味を示した。STは基本的に小型のトカマクだが、その特徴の組み合わせから、従来の設計よりも大幅に性能が向上することが示唆されていた。ORNLはコンセプトをテストするための装置「STX」[ 8 ]を設計したが、装置を建設するための資金を確保できなかった。
ロビンソンは1000万ポンドの資金を確保し、真空チャンバーとほとんどの支援機器を建設することができた。中性粒子ビーム入射器などの他の機器は、予算内に収めるためにORLNから「借りた」。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他の装置、つまり何倍もの費用がかかった装置にも匹敵するか、それを凌駕する結果を出した。STARTの成功は、カルハムのMASTをはじめとする世界各地の同様の装置の開発につながった。
1990年、カルハムが建設地に選ばれた後、ロビンソンは共同欧州トーラス（JET）プロジェクトの英国代表に任命された。6年後、彼は理事会のメンバーに任命された。1994年に王立協会のフェローに選出され、1996年には英国原子力公社（UKAEA）の核融合部長に就任した。物理学会の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わっていた。[ 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遺族として残された。
ロビンソンの学歴における重要な節目となる年については、様々な情報源で意見が分かれているようだ。サンデー・タイムズ紙は彼が1962年に卒業したと報じており、その時点で彼は21歳だったことになる。また、彼がハーウェルで働き始めたのは1965年であるという点では、このことを言及しているすべての情報源が一致している。したがって、1962年から1965年までの彼の仕事内容については、入手可能などの情報源にも明確に記載されていない。
ピースや他のほとんどの人は、この時期にエドワーズの下で博士号を取得していたことを示唆しているように読める。その博士号には、ZETAで行われた実験が含まれていた。エドワーズは1958年から1972年までマンチェスターにいた[ 10 ]が、このことを明確にするのに役立たない。
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、すぐにハーウェル社に就職したと述べている。「卒業」の意味は文脈上不明瞭である。これが彼の博士号取得を意味するのであれば、時系列は一致する。
ロビン・マーシャル教授（王立協会フェロー）は、デレク・ロビンソン（1959年入学）と同じ学部生で、彼とロビンソンが共に1962年に理学士号を授与されたこと、そして大学の記録にもそれが確認されていることを証言している。マーシャルとロビンソンは共にマンチェスター大学に登録し、博士課程に進んだ。マーシャルはセキュリティフェンスの「開放側」にあるラザフォード・アップルトン研究所に、ロビンソンはフェンスの「厳重側」にあるハーウェルに通学した。当時、マンチェスター大学の物理研究所の所長はブライアン・ヒルトン・フラワーズで、彼は1952年から1958年までハーウェルで理論部門の責任者を務めていた。彼はこうした手配を容易に行った。サム・エドワーズもロビンソンの博士課程研究期間中、マンチェスター大学の学科に在籍していた。ロビンソンの研究はマーシャルの研究と同様、1962年に始まり、1965年にマンチェスター大学から学位が授与されて終了した。