Unlocking the Potential of Fusion Energy
For decades, scientists have been researching the potential of fusion energy as a clean, virtually limitless source of power. Fusion occurs when two atomic nuclei come together to form a heavier nucleus, releasing a tremendous amount of energy in the process. This is the same process that powers our Sun and other stars. Unlike fission, which is used in nuclear power plants and involves splitting atoms, fusion does not produce hazardous radioactive waste.
One of the main challenges in harnessing fusion energy is the extremely high temperatures and pressures required to sustain the reaction. To achieve these conditions, scientists have developed devices called tokamaks, which use magnetic fields to contain and control the hot plasma where fusion takes place. The International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) is an ambitious project that aims to demonstrate the feasibility of fusion energy on a large scale. Under construction in France, ITER is expected to be completed by 2025.
Another approach to achieving fusion is inertial confinement, which involves using high-powered lasers to compress and heat a small fuel pellet, initiating the fusion process. The National Ignition Facility (NIF) in the United States is the largest facility of its kind and has made significant progress in this area. However, both tokamak and inertial confinement methods still face challenges in achieving the sustained, controlled reactions necessary for practical energy production.
Despite these hurdles, the potential benefits of fusion energy are too great to ignore. It is estimated that the hydrogen isotopes found in just one liter of seawater could provide as much energy as 300 liters of gasoline if harnessed through fusion. The drive for clean and abundant energy has motivated governments and private companies to invest heavily in fusion research, with the hope that breakthroughs will eventually make this promising technology a reality.
(1) What is the main difference between fusion and fission?
A. Fusion requires extremely high temperatures, while fission does not.
B. Fusion produces hazardous radioactive waste, while fission does not.
C. Fusion involves joining atomic nuclei, while fission involves splitting them.
D. Fusion is a clean energy source, while fission is not.
(2) What is the main challenge in harnessing fusion energy?
A. The lack of radioactive fuel sources.
B. The difficulty in controlling the release of energy.
C. The extremely high temperatures and pressures required to sustain the reaction.
D. The unpredictable nature of the fusion process.
(3) What is the primary purpose of the ITER project?
A. To develop more efficient nuclear fission reactors.
B. To demonstrate the feasibility of fusion energy on a large scale.
C. To create a new method of controlling plasma in tokamaks.
D. To study the behavior of stars and other celestial bodies.
(4) What is the potential energy advantage of fusion using hydrogen isotopes found in seawater?
A. One liter of seawater could provide as much energy as 300 liters of gasoline.
B. One liter of seawater could provide as much energy as 500 liters of gasoline.
C. One liter of seawater could provide as much energy as 1000 liters of gasoline.
D. One liter of seawater could provide as much energy as 2000 liters of gasoline.
Answer key:
(1) C. Fusion involves joining atomic nuclei, while fission involves splitting them.
(2) C. The extremely high temperatures and pressures required to sustain the reaction.
(3) B. To demonstrate the feasibility of fusion energy on a large scale.
(4) A. One liter of seawater could provide as much energy as 300 liters of gasoline.
解説:
1. 融合は原子核を結合させるのに対し、核分裂は原子核を分割することです。
2. 融合エネルギーを利用する主な課題は、反応を維持するために必要な非常に高い温度と圧力です。
3. ITERプロジェクトの主な目的は、大規模な融合エネルギーの実現可能性を示すことです。
4. 海水中の水素同位体を融合に利用すると、1リットルの海水がガソリン300リットル分のエネルギーを提供できる可能性があります。
融合エネルギーの可能性を解き放つ
何十年にもわたり、科学者たちは融合エネルギーをクリーンでほぼ無限のエネルギー源としての可能性を研究してきました。融合は、二つの原子核が一つの重い核を形成する過程で、膨大な量のエネルギーが放出される現象です。これは、太陽や他の星が持つエネルギー源と同じプロセスです。核分裂は原子の分裂を伴い、放射性廃棄物を生じるため、現在の原子力発電所で使用されている技術とは異なります。
融合エネルギーを利用する上での主な課題は、反応を維持するために必要な非常に高い温度と圧力です。これらの条件を実現するために、科学者たちは磁場を利用して高温プラズマを閉じ込め、制御するトカマクと呼ばれる装置を開発しました。フランスで建設中の国際熱核融合実験炉（ITER）は、大規模な融合エネルギーの実現可能性を示すことを目指す野心的なプロジェクトです。ITERは2025年に完成予定です。
別の融合エネルギーへのアプローチは、慣性閉じ込め法です。これは、高出力のレーザーを使用して燃料ペレットを圧縮・加熱し、融合プロセスを開始する方法です。アメリカの国立点火施設（NIF）は、この分野で最大規模の施設であり、大きな進歩を遂げています。しかし、トカマク法と慣性閉じ込め法の両方は、実用的なエネルギー生産に必要な持続的で制御された反応を達成する上で課題が残っています。
これらの障害にもかかわらず、融合エネルギーの潜在的な利点は無視できません。海水の1リットル中に存在する水素同位体を融合に利用することで、300リットルのガソリンと同等のエネルギーが得られると推定されています。クリーンで豊富なエネルギーへの取り組みは、政府や民間企業が融合研究に多額の投資を行う動機となっており、この有望な技術がいつの日か現実となることを期待しています。
(1) 融合と分裂の主な違いは何ですか？
A. 融合は極めて高温を必要とするが、分裂はそうではない。
B. 融合は有害な放射性廃棄物を生成するが、分裂はそうではない。
C. 融合は原子核を結合させることを含むが、分裂はそれらを分割する。
D. 融合はクリーンなエネルギー源ですが、分裂はそうではない。
(2) 融合エネルギーを利用する上での主な課題は何ですか？
A. 放射性燃料源の不足。
B. エネルギーの放出を制御することの難しさ。
C. 反応を維持するために必要な極めて高温と圧力。
D. 融合プロセスの予測不可能な性質。
(3) ITERプロジェクトの主な目的は何ですか？
A. より効率的な核分裂炉の開発。
B. 大規模な融合エネルギーの実現可能性を示すこと。
C. トカマク内でプラズマを制御する新しい方法を作り出すこと。
D. 星や他の天体の振る舞いを研究すること。
(4) 海水中に存在する水素同位体を利用した融合の潜在的なエネルギー上の利点は何ですか？
A. 1リットルの海水は300リットルのガソリンに相当するエネルギーを提供することができる。
B. 1リットルの海水は500リットルのガソリンに相当するエネルギーを提供することができる。
C. 1リットルの海水は1000リットルのガソリンに相当するエネルギーを提供することができる。
D. 1リットルの海水は2000リットルのガソリンに相当するエネルギーを提供することができる。
