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「これは、歴史的な成果だ」─。米国の国立研究所の1つであるLawrence Livermore National Laboratory（LLNL）第13代ディレクターのKim Budil氏は2022年12月13日、米エネルギー省（DoE）主催の会見の場でこう述べた。LLNLのNational Ignition Facility（NIF）が約60年前に研究を始めたレーザー核融合†の実験で、2022年12月5日に世界で初めて実質的な“核融合の点火”に実質的に成功し、しかも投入したレーザー光の約1.5倍のエネルギーを取り出せたからである。
†レーザー核融合＝より正確には、レーザーを用いた慣性閉じ込め（ICF）式核融合と呼ぶ。
レーザー核融合とは、重水素（D）†と三重水素（T：トリチウム）†を直径2mm〜3mmの球殻状に固めた燃料カプセルに、周囲から強力なレーザーパルスを照射し、瞬間的に圧縮（爆縮）してDとTの核融合反応（D-T反応†）を起こさせることで、大きなエネルギーを取り出すことを目指す技術である（図1）。この方式の研究をけん引しているのが、今回のLLNL NIFだ。ただ、大阪大学も研究しており、一定の存在感がある。
†重水素（D）＝水素原子（H）の同位体。放射性はない。Hは陽子1個を原子核として、その“周り”に電子1個が存在している。一方、Dは、電子の数は1個だが、原子核に陽子だけでなく中性子が1個加わった原子。Dは、水素原子5000個中1個の割合で存在している。海水には、重水（HDOまたはD2O）の形で含まれている。これまで重水の分離には大きなエネルギーが必要だったが、2022年11月に京都大学アイセムス拠点長で教授の北川進氏の研究グループが多孔性材料を用いて重水を高効率に分離する技術を開発。2022年11月9日に、学術誌「Nature」オンライン版に論文が掲載された。
†三重水素（T）＝Hの放射性同位体。トリチウムとも呼ぶ。電子の数は1個だが、原子核が陽子1個、中性子2個から成る。半減期は12.3年で、自然界には宇宙線由来のものがわずかにあるだけである。その生成には（1）核融合炉でのD-T反応で出てくる高速中性子をリチウム（6Li）に照射する、（2）（核分裂ベースの）原子炉で発生する高速中性子を6Liに照射する、（3）重水型原子炉で放射化したD、つまりTを取り出す、などの方法がある。
†D-T反応＝D＋T → 4He（3.52MeV）＋n（14.06MeV）。nは中性子。
（a）NIFのターゲットチャンバー
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（b）燃料カプセルを収める筒「hohlraum」
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（c）hohlraumにUVレーザー光を集中させる様子
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図1 192本のレーザーを1cm長の筒内に集中させる
NIFのレーザー核融合施設では、まず192本のレーザー光を発射、増幅させる設備があり、その光をターゲットチャンバー（a）に導いて、さらにその中心に置いた“燃料”カプセルを収める筒「hohlraum」（b）にレーザー光を集中させる。この筒の内部でレーザー光はX線に変わり、 “燃料”カプセルを爆縮させ、核融合を起こす（c）（出所：LLNL）
