核融合の中性子ハンマー：デザインへの影響
核融合エネルギーが商業的現実に近づくにつれ、中心的な工学的課題が浮かび上がってきている。それは、原子炉の内核を襲う極端な中性子束が、重要な部品、特にシール、構造材料、真空容器の寿命を脅かすというものだ。ARCのような第一世代の原子炉の場合、これは一定の頻度で主要部品を交換することを意味する。しかし、ARC内部の設計更新は、この問題を軽減するために、FLiBe液体ブランケットのような代替ソリューションを提案している。
SPARC：核融合の中性子ハンマー
コモンウェルス・フュージョン・システムズ社が開発したSPARCは、世界で最も進んだ高磁場トカマクのプロトタイプのひとつである。2026年までにプラズマブレークイーブン（Q > 1）を達成する予定である。そのコンパクトなサイズと高い磁場（最大12T）は興味深い。中性子束は、電力生産に使用される産業用原子力施設における通常の割合をはるかに超えている。
メンテナンスとシーリング：隠れたボトルネック
このフラックスは、構造材料の活性化、脆化、ヘリウムの膨張、シール機能の完全性への挑戦につながる可能性がある。
このような条件下でのシールの保守や交換には、完全なシャットダウンと遠隔操作が必要で、コストと時間がかかる。ホットセルやロボット・メンテナンスのインフラがなければ、これは致命的な制限となる。しかし、SPARCの運転条件のため、作動はARCの場合よりもかなり制限される。
ARC: 中性子束の克服 インパクト FLiBe
SPARCに続くARCは、この課題を念頭に設計されている。FLiBe（フッ化リチウムとフッ化ベリリウムの混合物）製の液浸ブランケットを導入している。
何 FLiBe どうだろう？
- 中性子の減速と吸収：構造材料と真空容器を保護します。
- トリチウムの増殖：FLiBeに含まれるリチウムは中性子照射下でトリチウムを生成する。つまり、核融合反応の燃料として必要なトリチウムを生成することができる。
- 熱媒体：高圧を必要とせず、700～900℃で効率的に作動する。
新たな素材への挑戦
材料に関する中性子の課題を解決するFLiBeには、独自の工学的制約があります：
- 高い使用温度（～850℃）では、耐熱性と耐薬品性に優れた材料が必要となる。
- 対応する素材は以下の通り：
- ハステロイ-Nやインコネルなどのニッケル基合金は、溶融塩中での耐食性に優れている。
- SiC/SiC複合材料：中性子耐性があり、FLiBeに適合する（ただし、コストが高く、脆い）。
- グラファイトまたはコーティングされた耐火金属（モリブデン、タングステンなど）。
- シール材は、熱サイクル、化学腐食、トリチウム透過の可能性に耐えるものでなければならない。
成熟度 FLiBe そして幅広い採用
FLiBeブランケットの性能は有望であるが、工業的にはまだ成熟していない。現在開発中の主な分野は以下の通り：
- 塩分分解と腐食を避けるための酸化還元制御システム。
- 溶融塩からのトリチウム抽出システム。
- 遠隔操作と塩の浄化技術。
しかし、勢いは増している：
- アークは最も上級のユーザーだ。
- Xcimerエネルギー（レーザー核融合）は、中性子シールドとしてFLiBeを研究している。
- 核分裂の世界では、MoltexFLEXとTMSR-LF1（中国）がMSRに他の塩を導入している。
液体ブランケットは、より優れた稼働時間、遮蔽性、統合の可能性を提供するが、その代償として化学的、熱的に複雑なものとなる。
核融合産業は決定的な瞬間に直面している。SPARCが第一世代トカマクの工学的な問題点、特にメンテナンス、シーリング、材料疲労を明らかにする一方で、ARCのような次世代設計はFLiBeを採用し、それらを克服している。しかし、FLiBeが核融合の将来の中心になるにつれ、産業界は腐食、トリチウム管理、高温材料の統合を解決しなければならない。
