浮上双極子

浮上双極子は、反応室内で磁気的に浮上した超伝導トーラスを使用した核融合炉設計の一種である。この名前は、地球の磁気圏に似た反応室内に形成される磁気双極子を指す。このような装置は、他の核融合炉設計よりも効率的にプラズマを封じ込めることができると主張されている。 ^[1]これを核融合炉として使用する概念は、1987年に長谷川明によって導入された。^[2]

地球の磁場は、地球の溶融核内の電荷の循環によって生成されます。その結果生じる磁気双極子場は、磁力線が地球の中心を通過し、極近くの表面に達し、赤道上の宇宙空間にまで広がる形状を形成します。場に入った荷電粒子は、磁力線に沿って北または南に移動する傾向があります。極地域に到達すると、磁力線が密集します。この強化された場により、特定のエネルギーしきい値を下回る粒子が反射し、反対方向に移動し始めます。このような粒子は、他の粒子と衝突するまで極の間を行ったり来たりします。より大きなエネルギーを持つ粒子は地球に向かって進み続け、大気に衝突してオーロラを引き起こします。

この概念は、核融合エネルギーに対する磁気ミラーアプローチで使用されています。ミラーはソレノイドを使用してプラズマを円筒の中心に閉じ込め、両端の磁石で磁力線を近づけて反射領域を作成します。ミラーは最終的に「漏れやすい」ことが判明しました。密度とエネルギーが増加すると、燃料が両端から適切に反射しなくなりました。残念ながら、最もエネルギーの高い粒子 (核融合を起こす可能性が最も高い粒子) が優先的に逃げてしまいました。大型ミラー マシンの研究は 1980 年代に終了しました。

浮上双極子はトロイダルミラーとして考えることができ、従来のミラーの線形システムよりも地球の磁場に非常に似ています。閉じ込め領域は、中央の磁石の外側のトロイダル領域で、地球の赤道周辺の領域に似ています。この領域から移動する粒子は、磁気密度の増加を経験し、中心に向かって戻る傾向があり、システムが安定する傾向があります。従来のミラーから逃げる高エネルギーの粒子は、代わりに磁石の中空中心を通る磁場線に沿って進み、赤道領域に再循環します。

このことが、他の磁気閉じ込め装置と比較して、浮上双極子をユニークなものにしています。これらの実験では、小さな変動が大きなエネルギー損失を引き起こす可能性があります。対照的に、双極磁場では、変動はエネルギー損失なしでプラズマを圧縮する傾向があります。この圧縮効果は、ボイジャー2号の天王星遭遇に参加した後、長谷川明（長谷川-三間方程式の考案者）によって初めて発見されました。^[2]

浮上双極子の概念は、1997年にMITのジェイ・ケスナーとコロンビア大学のマイケル・マウエルが共同で概念をテストする提案をしたときに初めて実現しました。 ^{[3]これにより、MITでの}浮上双極子実験（LDX）とコロンビアでの無衝突テレラ実験（CTX）という2つの実験が開発されました。^[4]

2024年10月、オープンスターテクノロジーズは永久磁石で浮上した双極子に閉じ込められたイオン化ヘリウムの雲を作成した。プラズマは中央の超伝導磁石を使用して管理される。磁石は約30K（-243.2°C; -405.7°F）に予冷された。与えられた磁場に対するプラズマ圧力は、双極子マシンではトカマクよりも13倍高い。潜在的な核融合パワーは150倍以上大きい。^[5]