慣性閉じ込め核融合

核融合反応は、より小さな原子を結合させてより大きな原子を形成する反応です。これは、2つの原子（またはイオン、つまり電子を剥ぎ取られた原子）が互いに十分に接近し、核力がそれらを分離させている静電気力よりも優勢になったときに起こります。静電反発力を克服するには、クーロン障壁または核融合障壁を克服するのに十分な運動エネルギーが必要です。^{[ 4 ]}

軽い原子核は電荷が少なく、障壁エネルギーも低いため、核融合に必要なエネルギーは少なくて済みます。したがって、水素の障壁が最も低くなります。逆に、核力は核子の数とともに増加するため、中性子を多く含む水素の同位体は必要なエネルギーを減らします。最も扱いやすい燃料は、 ^2Hと^3Hの混合物で、DTとして知られています。^{[ 4 ]}

核融合が起こる確率は、燃料の密度と温度、および密度と温度が維持される時間の長さに依存します。理想的な条件下であっても、DとTのペアが融合する確率は非常に小さいです。密度が高く、時間が長いほど、原子間の衝突回数が増えます。この断面積は、個々のイオンのエネルギーにも依存します。この組み合わせ、つまり核融合三重生成物は、点火するためにローソン基準に達する必要があります。 ^{[ 5 ]}

最初のICF装置は、1950年代初頭に発明された水素爆弾でした。水素爆弾は、1つのケースに2つの爆弾が入っています。最初の一次段階は、通常プルトニウムを使用する核分裂動力装置です。爆発すると、爆弾ケースの内部を満たす熱X線バーストを放出します。これらのX線は、核分裂燃料点火プラグとタンパーの間に挟まれた核融合燃料からなる二次段階を囲む特殊な材料（フォグバンクなど）によって吸収されます。X線はこの二次段階を加熱し、さらなる核分裂を開始させます。ニュートンの第三法則により、これにより内部の燃料が内側に押し込まれ、圧縮され加熱されます。これにより、核融合燃料は核融合反応が始まる温度と密度に達します。^{[ 6 ] [ 7 ]}

DT燃料の場合、エネルギーの大部分はアルファ粒子と中性子の形で放出されます。通常の状態では、アルファ粒子は 燃料中を約10 mm移動できますが、圧縮された燃料の超高密度状態では、 周囲のプラズマと相互作用して電荷が速度を失う前に約0.01 mm移動できます。^{[ 8 ]}これは、アルファ粒子によって放出されたエネルギーの大部分が燃料に再沈着されることを意味します。この運動エネルギーの伝達により、周囲の粒子は核融合を起こすのに必要なエネルギーまで加熱されます。このプロセスにより、核融合燃料は中心から外側に向かって燃焼します。電気的に中性のニュートロンは燃料塊の中をより長い距離移動し、この自己加熱プロセスには寄与しません。爆弾では、ニュートロンは代わりに、リチウム重水素化物燃料での反応によってトリチウムを生成するか、二次段階を取り囲む追加の核分裂性燃料（多くの場合、爆弾ケーシングの一部）を分裂するために使用されます。^{[ 6 ]}

反応を核分裂爆弾で引き起こす必要があるという要件があるため、この方法は発電には実用的ではない。核分裂起爆装置の製造には費用がかかるだけでなく、そのような爆弾の最小サイズは大きく、おおよそ使用されるプルトニウム燃料の臨界質量によって決まる。一般的に、出力が約1キロトンよりはるかに小さい効率的な核分裂装置を製造することは困難であり、核融合二次反応によって出力が増加する。そのため、結果として生じる爆発から電力を取り出すことは困難な工学的問題となる。プロジェクトPACERは工学的問題の解決策を研究したが^{[ 7 ]}、経済的に実現不可能であることも実証した。爆弾のコストは、結果として得られる電力の価値をはるかに上回っていた^{[ 9 ]。}

クーロン障壁を克服するために必要なエネルギーは、1億Kに加熱された気体中の平均粒子のエネルギーに相当します。水素の比熱は約 14ジュール/グラム K なので、1 ミリグラムの燃料ペレットを考えると、質量全体をこの温度まで上げるのに必要なエネルギーは 1.4 メガジュール (MJ) です。^{[ 10 ]}

より広く開発されている磁気核融合エネルギー（MFE）アプローチでは、閉じ込め時間は1秒程度です。しかし、プラズマは数分間維持できます。この場合、閉じ込め時間は、さまざまなメカニズムを通じて反応からのエネルギーが環境に失われるのにかかる時間を表します。1秒間の閉じ込めの場合、ローソン基準を満たすために必要な密度は、1立方センチメートル（cc）あたり約10 ^14個の粒子です。^{[ 10 ]}比較のために、海面の空気には約2.7 × 10 ^19個の粒子/ccが含まれているため、MFEアプローチは「良好な真空」と表現されています。

液体状の 1 ミリグラムの DT 燃料の滴を考えると、その大きさは約 1  mm、密度は約 4 × 10 ²⁰ /cc です。燃料をまとめているものは何もありません。核融合反応によって発生した熱により、燃料は音速で膨張し、その結果、閉じ込め時間は約 2 × 10 ⁻¹⁰秒になります。液体の密度では、必要な閉じ込め時間は約 2 × 10 ⁻⁷秒です。この場合、滴が爆発する前に核融合するのは燃料の約 0.1 パーセントだけです。^{[ 11 ]}

核融合反応の速度は密度に依存し、密度は圧縮によって向上させることができる。液滴の直径を 1  mm から 0.1  mm に圧縮すると、粒子が脱出するまでの移動距離が短くなるため、閉じ込め時間も 10 分の 1 に短縮される。しかし、寸法の 3 乗である密度は 1,000 倍に増加する。つまり、閉じ込め時間が 10 分の 1 に短縮される一方で、核融合の全体的な速度は 1,000 倍に増加し、100 倍の改善となる。この場合、燃料の 10% が核融合を起こす。1  mg の燃料の 10% は約 30  MJ のエネルギーを生成し、これは燃料をその密度に圧縮するのに必要な量の 30 倍である。^{[ 12 ]}

ICFのもう1つの重要な概念は、燃料全体を1億Kまで加熱する必要がないということです。核融合爆弾では、内部で放出されたアルファ粒子が周囲の燃料を加熱するため、反応が継続します。液体の密度では、アルファ粒子は約10mm移動する ため、そのエネルギーは燃料から逃げてしまいます。0.1mm 圧縮された燃料では、アルファ粒子の飛程は約0.016mmである ため、燃料内で停止して燃料を加熱します。この場合、燃料の中心部だけを必要な温度まで加熱することで、「伝播燃焼」を引き起こすことができます。これにははるかに少ないエネルギーしか必要ありません。計算によると、 圧縮目標を達成するには1kJで十分です。^{[ 13 ]}

内部を核融合温度まで加熱するには何らかの方法が必要であり、燃料が圧縮され密度が十分に高い状態で加熱する必要がある。^{[ 13 ]}最新のICF装置では、圧縮された燃料混合物の密度は水の密度の1000倍、鉛の密度の100倍にもなり、約1000 g/cm ³である。^{[ 14 ]} 1970年代以降の研究の多くは、燃焼を開始する中心ホットスポットを作成する方法と、目的の密度に到達する際の多くの実際的な問題に対処することに関するものである。

初期の計算では、燃料に点火するために必要なエネルギー量は非常に小さいと示唆されていたが、これはその後の経験とは一致しない。

ホットスポット点火

加熱問題に対する最初の解決策は、エネルギー供給を意図的に「整形」することであった。そのアイデアは、最初に低エネルギーのパルスを使用してカプセルを気化させて圧縮し、次に圧縮サイクルの終わり近くに非常に短く非常に強力なパルスを使用することであった。目標は、圧縮された燃料に衝撃波を発射し、それが中心に向かって内側に伝わることである。衝撃波が中心に到達すると、他の側面から来る波と出会う。これにより、中心部の密度が800  g/cm ³を超える非常に高い値に達する短い期間が発生する。^{[ 15 ]}

中心ホットスポット点火の概念は、ICFが核融合への実用的な方法であるだけでなく、比較的単純であることを初めて示唆したものでした。これにより、1970年代初頭に実用的なシステムを構築するための多くの取り組みが行われました。これらの実験により、予期せぬ損失メカニズムが明らかになりました。初期の計算では約4.5 × 10⁷ ^J  /gが必要であると示唆されていましたが、現代の計算では10⁸ J/gに近い値となっています^。 理解が深まるにつれて、パルスを複数の時間間隔に複雑に整形することが可能になりました。^{[ 16 ]}

慣性閉じ込めの最も単純な方法では、燃料は球状に配置されます。これにより、燃料はあらゆる方向から均一に圧縮されます。内向きの力を発生させるために、燃料は薄いカプセル内に配置され、駆動ビームからのエネルギーを吸収し、カプセルシェルが外側に爆発します。カプセルシェルは通常、プラズマ重合を使用して製造された軽量プラスチックでできており、燃料は気体燃料をシェル内に注入または拡散させてから凍結することにより、内側に層として堆積されます。^{[ 17 ]}

駆動ビームを燃料カプセルに直接照射する方法は「直接駆動」と呼ばれます。レイリー・テイラー不安定性や同様の効果による非対称性を避けるため、爆縮過程は極めて均一でなければなりません。ビームエネルギーが1MJの場合 、これらの効果によって爆縮の対称性が崩れる前に、燃料カプセルは約2mmより大きくすることはできません 。このため、レーザービームの直径は非常に狭くなり、実際には実現が困難です。

一方、「間接駆動」方式では、ホウルラウムと呼ばれる、金や鉛などの重金属でできた小さな円筒を照射します。ビームエネルギーによってホウルラウムが加熱され、X線が放出されます。放出されたX線がホウルラウム内部を満たし、カプセルを加熱します。間接駆動方式の利点は、ビーム径を大きくしても精度が多少劣っても問題ないことです。欠点は、照射エネルギーの大部分がホウルラウムを「X線放出温度」まで加熱するために使われるため、エンドツーエンドのエネルギー効率が直接駆動方式よりもはるかに低いことです。

直接慣性閉じ込め核融合方式には、衝撃点火と高速点火という 2 つの代替アプローチがあります。どちらの場合も、圧縮と加熱のプロセスは分離されています。まず、一連の駆動レーザーが燃料を最適な点まで圧縮し、プラズマが凝縮して停滞状態になります。つまり、中心部の温度と密度がほぼ均一になります。^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}次に、別のメカニズムがプラズマを核融合条件まで加熱します。^{[ 21 ]}

プラズマ重合によるグロー放電ポリマー（GDP）を用いた燃料カプセルの外径は、900 μm（レーザーエネルギー研究所 のOMEGAレーザーシステムの典型例）から2 mm（ローレンス・リバモア国立研究所のNIFレーザーの典型例）まで様々である。GDPカプセルの製造プロセスは、分解可能なマンドレルとして機能するポリ（α-メチルスチレン）（PAMS）のバブルから始まる。次に、バブルを所望の厚さまでGDPでコーティングする。最後に、コーティングされたバブルを不活性雰囲気中で加熱する。300 °Cに達すると、PAMSバブルはモノマーに分解し、コーティングから拡散して、GDPコーティングの中空球だけが残る。^{[ 41 ]} 

GDPは、重水素と三重水素燃料を透過する低欠陥で均一な薄膜を形成できるため、慣性核融合カプセル、特に直接駆動構成で使用されるカプセルに適しています。燃料をカプセル内に透過させることで、燃料注入を容易にするためにカプセルに穴を開ける必要がなくなり、核融合ターゲット全体の複雑さと非対称性が軽減されます。直接駆動核融合実験の厳格な均一性と球形性の要件により、GDPは他のカプセル材料よりも好まれています。さらに、GDP層にはさまざまな元素をドーピングして診断信号を提供したり、燃料の予熱を防いだりすることができます。^{[ 42 ]}

ICFのパフォーマンス向上における主な課題は以下のとおりです。

• ターゲットに供給されるエネルギーを改善する
• 爆縮する燃料の対称性を制御する
• 十分な密度に達するまで燃料の加熱を遅らせる
• 流体力学的不安定性による高温燃料と低温燃料の早期混合の防止
• 燃料中心部での衝撃波収束の実現

衝撃波をターゲットの中心に集中させるためには、ターゲットを非常に高い精度と球形で作製する必要があり、その（内面および外面の）公差は数マイクロメートル以下でなければなりません。レーザーは空間的にも時間的にも正確にターゲットに照射する必要があります。ビームタイミングは比較的単純で、ビームの光路に遅延線を用いることでピコ秒単位の精度を実現できます。もう1つの大きな問題は、いわゆる「ビーム間」の不均衡とビームの異方性です。これらの問題はそれぞれ、1つのビームによって供給されるエネルギーが、入射する他のビームよりも高いか低い場合と、ターゲットに当たるビーム直径内の「ホットスポット」によってターゲット表面に不均一な圧縮が生じ、それによって燃料にレイリー・テイラー不安定性^{[ 43 ]}が形成され、燃料が早期に混合され、最大圧縮の瞬間に加熱効率が低下することです。リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性も、衝撃波によってプロセス中に形成されます。

これらの問題は、ビーム平滑化技術とビームエネルギー診断によって軽減されていますが、RT不安定性は依然として大きな問題です。最新の極低温水素氷ターゲットは、低出力赤外線レーザーで照射して内面を平滑化し、顕微鏡カメラで監視しながら、シェルの内側に薄い重水素層を凍結させる傾向があり、それによって層を綿密に監視することができます。^{[ 45 ]} DTで満たされた極低温ターゲットは、トリチウム崩壊によって生成される少量の熱のために「自己平滑化」します。これは「ベータ層形成」と呼ばれます。^{[ 46 ]}

間接駆動方式では、^{[ 47 ]}ターゲットによる熱 X 線の吸収は、レーザー光の直接吸収よりも効率的です。しかし、ホウルラムは加熱にかなりのエネルギーを消費するため、エネルギー伝達効率が大幅に低下します。核融合兵器の燃料も主に X 線放射によって爆縮されるため、間接駆動ホウルラムターゲットは、熱核兵器実験のシミュレーションに最もよく使用されます。

ICFドライバーは進化している。レーザーは数ジュールやキロワットからメガジュールや数百テラワットにスケールアップしており、主にネオジムガラス増幅器からの周波数倍増または三倍化された光を使用している。^{[ 48 ]}

重イオンビームは、生成、制御、集束が容易であるため、商業発電において特に注目されています。しかし、標的を効率的に爆縮させるのに必要なエネルギー密度を達成することは難しく、ほとんどのイオンビームシステムでは、照射を均一化するために標的を囲むホロラウムを使用する必要があります。

1950年代後半、ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の研究者たちはICFの概念のコンピュータシミュレーションを完成させた。1960年初頭、彼らは 高密度シェル内部での1mgのDT燃料の爆縮の完全なシミュレーションを行った。シミュレーションでは、ホロラウムへの5MJの電力入力で50MJの核融合出力が得られ、10倍のゲインが得られることが示唆された。これは、レーザーやパルスパワーマシン、荷電粒子加速器、プラズマガン、超高速ペレットガンなど、さまざまな他の駆動装置が検討される前のことだった。^{[ 57 ]}

2 つの理論的進歩がこの分野を前進させた。1 つは、「パルス整形」として知られるパルスで供給されるエネルギーのタイミングを考慮した新しいシミュレーションから得られたもので、より優れた爆縮につながった。2 つ目は、シェルをはるかに大きく薄くし、ほぼ固体の球ではなく薄いシェルを形成することであった。これらの 2 つの変更により、爆縮効率が劇的に向上し、それによって必要な圧縮エネルギーが大幅に低下した。これらの改良により、約 1 MJ の駆動装置が必要になると計算された^{[ 58 ]} 、これは 5 分の 1 の削減である。次の 2 年間で、他の理論的進歩が提案された。特に、レイ・キダーによるホールラウムなしの爆縮システム、いわゆる「直接駆動」アプローチの開発、およびスターリング・コルゲートとロン・ザバウスキーによる 1 μg の DT 燃料を使用したシステムに関する研究である^{[ 59 ] 。}

1960年にカリフォルニアのヒューズ研究所でレーザーが導入されたことで、完璧な駆動機構が実現したかに見えた。しかし、これらの装置で生成される最大出力は非常に限られており、必要とされる出力をはるかに下回っていた。この問題は、ゴードン・グールドが1961年にヒューズ研究所でレーザーに適用したQスイッチングによって解決された。Qスイッチングでは、誘導放出を開始することなくレーザー増幅器を非常に高いエネルギーまで励起し、その後、微弱なシード信号を導入することで、このエネルギーをバースト状に放出するようにトリガーすることができる。この技術により、レーザー出力の限界はICFに有用な領域に十分収まるように思われた。^{[ 60 ]}

1962年から、リバモア研究所所長のジョン・S・フォスター・ジュニア^とエドワード・テラーは^、ICFレーザーの小規模な研究を開始した。この初期段階においても、ICFが兵器研究に適していることは十分に理解されており、それが資金提供の主な理由であった。^{[ 61 ]}その後10年間、LLNLはレーザーとプラズマの基本的な相互作用の研究のための小型実験装置を製作した。

1967年、キップ・シーゲルはKMSインダストリーズを設立した。1970年代初頭、彼はレーザーベースのICF​​システムの開発を開始するためにKMSフュージョンを設立した。 ^{[ 62 ]}この開発は、LLNLを含む兵器研究所からの相当な反対を招き、KMSが公にICFを開発することを許可すべきではないという様々な理由が挙げられた。この反対は、資金を管理していた原子力委員会を通じて行われた。背景には、ソ連の積極的なICF計画、新しい高出力CO2レーザーとガラスレーザー、電子ビーム駆動コンセプト、そして多くのエネルギープロジェクトに拍車をかけたエネルギー危機の噂が加わっ_ていた。^{[ 61 ]}

1972年、ジョン・ナックルズはICFを紹介する論文を書き、テストベッドシステムはkJ範囲のドライバーで核融合を生成でき、高利得システムはMJ範囲のドライバーで生成できると示唆した。^{[ 63 ] [ 64 ]}

限られた資源と経営上の問題にもかかわらず、KMS Fusionは1974年5月1日にIFC核融合の実証に成功した。^{[ 65 ]}この成功のすぐ後にシーゲルが亡くなり、1年後にKMS Fusionは終焉を迎えた。^{[ 62 ]}この時点までに、いくつかの兵器研究所や大学が独自のプログラムを開始しており、特にLLNLとロチェスター大学の固体レーザー（Nd:ガラスレーザー） 、ロスアラモスと海軍研究所のクリプトンフッ化物エキシマレーザーシステムが注目された。

高エネルギー慣性閉じ込め核融合（ICF）実験（1ショットあたり数百ジュール）は、より高性能なレーザーが登場した1970年代初頭に始まった。エネルギー危機によって核融合研究への資金提供が促進され、性能が急速に向上した結果、慣性を利用した設計は、最先端の磁気閉じ込め核融合（MCF）システムと同様の「損益分岐点以下」の条件に間もなく達した。

LLNLは特に資金が豊富で、レーザー核融合開発プログラムを開始しました。1974年に稼働を開始したヤヌスレーザーは、高出力装置にNd:ガラスレーザーを使用するアプローチの有効性を実証しました。ロングパスレーザーとサイクロプスレーザーでは集束の問題が検討され、より大型のアルゴスレーザーの開発につながりました。これらのいずれも実用的な装置として設計されたものではありませんでしたが、アプローチの有効性に対する確信を高めました。当時、サイクロプス型のようなはるかに大型の装置であれば、ターゲットを圧縮および加熱して点火できると考えられていました。この誤解は、いわゆる「爆発プッシャー」燃料カプセルを使用した実験から得られた核融合収量の外挿に基づいています。1970年代後半から1980年代初頭にかけて、プラズマ不安定性やレーザー・プラズマエネルギー結合損失モードの理解が進むにつれて、点火に必要なターゲットへのレーザーエネルギーの推定値はほぼ毎年倍増しました。爆発するプッシャー型ターゲット設計と1桁キロジュール（kJ）のレーザー照射強度では高収率を実現できないという認識から、紫外線帯域でレーザーエネルギーを100kJレベルまで高める努力と、高度なアブレーションターゲットおよび極低温DT氷ターゲット設計の開発へとつながった。

ICF駆動装置の設計における初期の大規模な試みの1つは、 1978年に稼働を開始したLLNLの20ビームネオジム添加ガラスレーザーシステムであるShivaレーザーでした。Shivaは、核融合燃料カプセルを水素の液体密度の何倍にも圧縮できることを実証するための「概念実証」設計でした。この点において、Shivaは重水素の液体密度の100倍を達成し、成功しました。しかし、レーザーと高温電子の結合により、高密度プラズマの早期加熱が問題となり、核融合収率は低くなりました。圧縮プラズマを効率的に加熱できなかったことから、レーザーからの赤外光を351 nmの紫外光に周波数変換する光周波数逓倍器の使用が解決策として提案されました 。 1980年にレーザーエネルギー研究所で発見された、レーザー光の周波数を効率的に3倍にする手法は、 24ビームのOMEGAレーザーとNOVETTEレーザーで実験され、その後、 Shivaの10倍のエネルギーを持つNovaレーザー設計が開発されました。これは、点火を実現することを具体的な目標とした最初の設計でした。

Novaも失敗に終わった。今回は、フィラメンテーションによってビーム内のレーザー強度が大きく変動し（ビーム間の強度差も大きくなった）、ターゲットにおける照射の均一性に大きな不均一性が生じ、非対称な爆縮が起こったためである。以前に開拓された技術では、これらの新たな問題に対処できなかった。この失敗により、爆縮のプロセスに対する理解が深まり、今後の方向性が再び明確になった。すなわち、照射の均一性を高め、ビーム平滑化技術によってレーザービーム内のホットスポットを減らし、レイリー・テイラー不安定性を低減し、ターゲット上のレーザーエネルギーを少なくとも1桁増加させることである。1980年代は資金が限られていた。

その結果として192本のビームを持つ設計が完成し、国立点火施設（ NIF）と名付けられ、1997年にLLNLで建設が開始されました。NIFの主な目的は、LLNLの伝統的な爆弾製造の役割をサポートする、いわゆる核管理プログラムの旗艦実験装置として運用することです。2009年3月に完成した^{[ 66 ]} NIF実験は、レーザーによる電力供給の新記録を樹立しました。^{[ 67 ] [ 68 ]} 2013年9月27日現在、生成された核融合エネルギーが、重水素-三重水素燃料に吸収されたエネルギーを初めて上回りました。^{[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]} 2018年6月、NIFは54kJの核融合エネルギー出力の記録的な生産を発表しました。^{[ 72 ]} 2021 年 8 月 8 日^{[ 73 ]} NIF は 1.3MJ の出力を生成し、これは 2018 年の結果の 25 倍であり、点火のブレークイーブン定義 (出力エネルギーと入力エネルギーが等しくなる状態) の 70% を生成しました。^{[ 74 ]} 2022 年 12 月現在、NIF は^{[ 75 ]} 2022 年 12 月 5 日に科学ブレークイーブンを達成した最初の核融合実験になったと主張しており、2.05 メガジュールのレーザー光入力 (1 kg の水を沸騰させるのに必要なエネルギーよりやや少ない) から 3.15 メガジュールのエネルギーを生成し、 約 1.5 のエネルギー利得を得た実験です。^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]}

フランスのレーザーメガジュールは2002年に最初の実験ラインを達成し、2014年に最初の標的射撃が行われた。^{[ 80 ]} 2016年時点で、この機械は約75%完成していた。

まったく異なるアプローチを用いるのが、Zピンチ装置である。Zピンチでは、極細のワイヤーで構成された円筒に大電流を流す。ワイヤーが蒸発して、電気伝導性のある高電流プラズマが形成される。結果として生じる円周磁場がプラズマ円筒を圧縮し、内破させ、燃料カプセルを内破させるために使用できる高出力X線パルスを生成する。このアプローチの課題としては、駆動温度が比較的低いため、内破速度が遅くなり、不安定性が大きく成長する可能性があること、高エネルギーX線による予熱などが挙げられる。^{[ 81 ] [ 82 ]}

衝撃点火は、高速点火の問題に対処するために提案された。^{[ 83 ] [ 84 ] [ 85 ]}日本は、KOYO-F設計とレーザー慣性核融合試験（LIFT）実験炉を開発した。^{[ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]} 2017年4月、クリーンエネルギーのスタートアップ企業であるアポロフュージョンは、ハイブリッド核融合・核分裂炉技術の開発を開始した。^{[ 89 ] [ 90 ]}

ドイツでは、テクノロジー企業のMarvel Fusionがレーザー開始慣性閉じ込め核融合に取り組んでいる。^{[ 91 ]}このスタートアップ企業は、短パルス高エネルギーレーザーと無中性子燃料pB11を採用した。^{[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]}同社は2019年にミュンヘンで設立された。 ^{[ 95 ] [ 96 ]}同社はSiemens Energy、TRUMPF、Thalesと協力関係にある。^{[ 97 ]}同社は2022年7月にミュンヘン大学と提携した。 ^{[ 98 ]}

2022年3月、オーストラリアのHB11社は、非熱レーザーpB11を用いた核融合実験を発表し、アルファ粒子の生成率が予測を上回った。^{[ 99 ]}他の企業としては、NIFのようなLongview Fusionや、高速点火方式を採用したFocused Energyなどがある。^{[ 100 ]}

慣性核融合エネルギー（IFE）発電所は、1970年代後半から研究されてきた。これらの装置は、毎秒複数の標的を反応室に送り込み、発生したエネルギーを利用して従来の蒸気タービンを駆動することを目的としていた。

電力抽出

ICFシステムは、MCFシステムと同様に、二次エネルギー抽出に関するいくつかの問題に直面しています。主な懸念事項の1つは、ターゲットや駆動ビームに干渉することなく、反応室から熱をいかに効率的に除去するかということです。もう1つの懸念事項は、放出された中性子が原子炉構造と反応し、機械的に弱体化させ、強い放射能を帯びさせることです。鋼鉄などの従来の金属は寿命が短く、炉心格納壁を頻繁に交換する必要があります。もう1つの懸念事項は、核融合後残渣（反応室に残る残渣）です。これは、核融合によって生成されたヘリウム灰、未燃焼の水素、燃料ペレットに使用されたその他の元素などを含め、後続のショットに干渉する可能性があります。この問題は、間接駆動システムで最も厄介です。駆動エネルギーが燃料ペレットを完全に外れて格納室に当たると、物質が相互作用領域、レンズ、または集束要素を汚染する可能性があります。

HYLIFE-II 設計に示されているコンセプトの 1 つは、リチウムとベリリウムのフッ化物塩の溶融混合物であるFLiBeの「滝」を使用することです。これは、チャンバーを中性子から保護し、熱を運び去ります。FLiBe は熱交換器に送られ、タービン用の水を加熱します。^{[ 103 ]}リチウム原子核の分裂によって生成されたトリチウムは、発電所の熱核燃料サイクルを閉じるために抽出できます。トリチウムは希少で、そうでなければ製造する必要があるため、永久運転にはこれが不可欠です。もう 1 つのコンセプトである Sombrero は、中性子断面積の小さい炭素繊維強化ポリマー製の反応チャンバーを使用します。冷却は、中性子を吸収する能力と熱伝達剤としての効率性から選ばれた溶融セラミックによって行われます。^{[ 104 ]}

ICF実験中に遭遇する高温高密度の状態は熱核兵器内の状態に似ており、核兵器プログラムに応用できる。燃料ペレットにエネルギーが投入されると、衝撃波爆発が発生する。十分な衝撃波があれば、燃料ペレットが結合してヘリウムを形成し、自由中性子とエネルギーが放出される。ICF実験は、例えば、弾頭の性能が経年劣化する様子を判断するため、あるいは兵器設計プログラムの一部として使用される可能性がある。核兵器プログラム内で知識と専門性を維持することも、ICFを追求する動機の一つである。^{[ 106 ] [ 107 ]}米国のNIFとZへの資金は、核兵器備蓄管理プログラムから供給されており、その目標はそれに合わせて設定されている。 ^{[ 108 ]} ICF研究のいくつかの側面は、包括的核実験禁止条約または核不拡散条約に違反すると主張されている。^{[ 109 ]}長期的には、困難な技術的障害にもかかわらず、ICF研究は「純粋な核融合兵器」の創出につながる可能性がある。^{[ 110 ]}

ICFは、核破砕よりも桁違いに多くのニュートロンを生成する可能性を秘めている。ニュートロンは、分子内の水素原子の位置を特定したり、原子の熱運動を解明したり、光子の集団励起をX線よりも効果的に研究したりすることができる。分子構造の中性子散乱研究は、熱中性子を低速中性子ビームに変調することにより、タンパク質の折り畳み、膜を通じた拡散、陽子移動機構、分子モーターのダイナミクスなどに関連する問題を解決できる可能性がある。 ^{[ 111 ]} ICFによって生成されたニュートロンは、核分裂性物質と組み合わせることで、ハイブリッド核融合設計で電力を生成するために使用できる可能性がある。