過去20年間、MITのプラズマ科学融合センター（PSFC）は、世界最小のトカマク型（ドーナツ形）核融合装置-Alcator C-Modを介して核融合を実験してきた。目標は？
目標は？
目標は？ ドーナツ型の核融合反応を半径3.3メートルに粉砕する世界最小の核融合炉を製造するために、そのうちの三つはボストンの大きさの都市に電力を供給することができました。
そして、MITの研究者は、彼らの進歩を遅らせる可能性のある連邦政府の資金の最近の削減にもかかわらず、彼らの目標に近づいています。
MITの小型Alcator C-Mod核融合装置からすでに学んだ教訓は、MIT博士候補のBrandon SorbomとPSFCディレクターのDennis Whyteを含む研究者が、概念ARC（手頃な価格、堅牢、コンパクト）炉を開発することを可能にした。
“私たちは力を生み出すことができるものを作りたかったが、できるだけ小さくしたかった”とSorbom氏は語った。稼働中のアーク核融合炉は50メガワット（MW）の電力を使用して500MWの核融合発電を生成し、そのうち200MWをグリッドに供給することができます。 それは200,000人に電気を提供するのに十分です。
世界で最も強い磁場を持つ最小の核融合炉である半径わずか0.68メートルであるMITのC-Modの内部を見てください。
アークとほぼ同じサイズの他の三つの融合デバイスは、過去35年間で構築されていますが、彼らはそのパワーの近くにどこにも生産しませんでした。 MITの原子炉を離れて設定するのは、それが実際に引き出す50倍の電力を作り出すことを可能にする超伝導体技術です。 （MITのPSFCは昨年、査読されたジャーナルScienceDirectにプロトタイプアーク炉に関する論文を発表しました。)
アークリアクターの強力な磁石はモジュール式であり、簡単に取り外すことができ、核融合反応が起こる中央の真空容器を迅速に交換することができます。
核融合炉は、真空中で水素ガスを超加熱することによって動作し、水素原子の融合はヘリウムを形成する。 今日の核分裂原子炉の原子を分割するのと同じように、核融合はエネルギーを放出する。 核融合の課題は、プラズマ（帯電したガス）をマイクロ波で加熱しながら太陽よりも熱い温度に閉じ込めていることでした。
持続可能なエネルギー
必要な燃料-水素同位体-は地球上で無制限の供給にあるので、アーク炉を正常に構築した結果は、クリーンで信頼性の高い電力の豊富な供給源になるでしょう。
“私たちがやったことは、科学的根拠を確立することです。..実際には、正味の核融合エネルギーを作るために、このプラズマの封じ込めの科学に進む実行可能な経路があることを示すために-最終的には、”Whyteは言った。
今日の核融合研究は、核融合反応からの熱がプラズマ内に閉じ込められ、反応が長期間持続するのに十分な効率的な”燃焼プラズマ”を探索する
MITのC-Mod核融合デバイスの外観を見てください。 C-Modプロジェクトは、概念的なアークリアクターの道を開いています。
通常、水素のようなガスは、周りに跳ねる中性分子で構成されています。 しかし、ガスを過熱すると、電子は核から分離し、荷電粒子が高速でガタガタするスープを作り出します。 磁場は、それらの荷電粒子を凝縮した形状に押し込み、それらを一緒に融合させることができる。核融合発電の40年の難問は、誰もそれを操作するために必要とされるよりも多くの電力を出す核融合炉を作成することができなかったということ 言い換えれば、プラズマを高温に保ち、核融合発電を生成するためには、それが生成する核融合発電よりも多くの電力が必要である。
Jetという名前のヨーロッパの作業トカマク原子炉は、電力創造のための世界記録を保持しています;それは核融合発電の16MWを生成しますが、動作するしかし、MITの研究者は、正味の電力問題に対する答えを持っており、今日の核分裂発電所に比べて比較的小さなパッケージで利用できると信じています。 原子炉を小さくすることによって、それはまた、構築するためにそれが安価になります。 さらに、アークはモジュール式であり、以前に達成されていなかった修理のために多くの部品を取り外すことができます。MITの核融合装置を離れて設定するもの
MITだけが行っていることは、そのサイズの原子炉のための世界最強の磁気封じ込め場を作成することです。 磁場が高いほど、核融合反応が大きくなり、生成される電力が大きくなります。
「我々は、この媒体がそれを熱く保つのにかかるよりも多くの核融合力を発揮できることを示すことができると非常に確信している」とWhyteは言
提案されたアーク炉のカッタウェイビュー。 強力な新しい磁石技術のおかげで、はるかに小さく、安価なアークリアクターは、はるかに大きなリアクターと同じ出力を提供するでしょう。
核融合炉は、今日の核分裂原子炉よりもいくつかの利点を持っています。 一つには、核融合炉は、ほとんど放射性廃棄物を生成しません。 核融合炉は、核融合中性子を用いて”活性化生成物”と呼ばれるものを生成する。
生成された少量の放射性同位体は短命であり、半減期は核分裂廃棄物から数十年対数千年続く、とSorbomは述べている。
原子炉はまた、核分裂炉よりも動作するために少ないエネルギーを使用するだろう。
原子炉は、核分裂炉MITの現在のAlcator C-Modは電気を生成しませんが、超加熱プラズマに対する磁気封じ込め場の効果を実証しており、高温では華氏1億度について話しています。 比較すると、私たちの太陽は肌寒い27万度華氏です。
危険ではないが、100万度のプラズマは、原子炉の内側に触れると即座に冷却され、気体状態を再開する。 だからこそ、強力な磁気封じ込めフィールドが必要です。核分裂原子炉のように、核融合炉は本質的に蒸気機関になります。
核分裂原子炉のように、核分裂原子炉は本質的に蒸気機関になります。 制御された核融合反応からの熱は、順番に、発電機を駆動する蒸気タービンを回すために使用されます。
MITの現在のC-Mod核融合装置は、プラズマ燃料として豊富な重水素を使用しています。 重水素は、放射性ではなく、海水から抽出することができる水素同位体である。しかし、概念的なアークリアクターを作成するためには、第二の水素同位体、すなわちトリチウムが必要である。 これは、重水素-重水素同位体が融合する速度が、重水素-三重水素同位体が融合する速度よりも約200倍小さいためです。
トリチウムは、放射性であるが、半減期は約10年である。 トリチウムは自然には発生しませんが、中性子でリチウムに衝撃を与えることによって生成することができます。 その結果、持続可能な燃料源として容易に製造することができる。
核融合炉では、小さい方が良いです
MITの原子炉はトニー-スタークの胸に便利に収まらないかもしれませんが（それは結局のところ映画です）、地球上で最も強力な磁気封じ込め室を持つ最小の核融合炉になります。 それは8台のTeslasまたは約2台のMRI装置の力を生み出すでしょう。
比較すると、南フランスでは、七つの国（米国を含む）は、世界最大の核融合炉、国際熱核実験炉（ITER）トカマクを建設するために協力してきました。 ITERの核融合室の核融合半径は6.5メートルで、その超伝導磁石は11.8Teslasの力を発生させます。しかし、ITERの原子炉はARCの約2倍の大きさで、重量は3,400トンで、以前に製造された核融合容器の16倍の重さです。 D型原子炉の大きさは11メートルから17メートルで、トカマクプラズマ半径は6.2メートルであり、アークの半径は3.3メートルのほぼ倍である。
ITERプロジェクトのコンセプトは1985年に始まり、建設は2013年に始まりました。 それはestimated14十億と2 20十億の間の推定値札を持っています。 しかし、Whyteは、ITERが「米国の貢献」が400億ドルから500億ドルであるという事実に基づいて、400億ドルから500億ドルの大幅に高価になると考えています」と9％のパートナーです。”
さらに、iterの完成予定は2020年であり、完全な重水素-三重水素融合実験は2027年に開始されます。
完成すると、ITERは正味の電力を生成する最初の核融合炉になると予想されますが、その電力は電気を生成しません。
MITのアークリアクターは4億ドルから5億ドルの費用がかかると予測されており、四から五年で完成する可能性がある、とSorbomは述べています。
ARCがより早く完成することができ、ITERの十分の一のコストがかかるのは、そのサイズと、典型的な超伝導体よりも高い温度で動作する新しい高場超伝導体の使用によるものである。
通常、核融合炉は、磁気コイルとして低温の超伝導体を使用します。 コイルは、機能するために、約4度ケルビン、またはマイナス452度華氏に冷却する必要があります。 MITのトカマク核融合装置は、磁気コイルに「高温」の希土類バリウム酸化銅（REBCO）超伝導テープを使用しており、これははるかに安価で効率的です。 もちろん、「高温」は相対的です：REBCOコイルは100度ケルビン、または約マイナス280度華氏で動作しますが、それは冷却剤として豊富な液体窒素を使用するの
左手には、ブランドン-ソルボムが核融合炉の磁気コイルに使用される希土類バリウム酸化銅（REBCO）超伝導テープを保持している。 彼の右手には典型的な銅の電気ケーブルがあります。 新しい極度の行なうテープの使用は費用を下げ、MITが冷却の代理店として豊富な液体窒素を使用することを可能にする。
“核融合デバイスのサイズを縮小できるようにすることを可能にする技術は、この新しい超伝導技術である、”Sorbomは言いました。 “超伝導体は1980年代後半からラボで使用されてきましたが、この5年ほどで企業はこのような大規模なプロジェクトのためにこのようなものをテー”
サイズとコストに加えて、REBCOテープは、標準的な超伝導技術に比べて10倍の核融合電力を増加させることもできます。しかし、MITのARCを構築する前に、研究者は最初に核融合反応を維持できることを証明しなければなりません。
現在、MITのC-Mod原子炉は、発射されるたびに数秒しか実行されません。 実際には、それはMITがケンブリッジの街を褐変せずにそれを実行するのに十分な電気を格納するためにバッファ変圧器を使用する必要があるこ そして、わずか0.68メートルのプラズマ半径で、C-Mod hasはアーク炉よりもはるかに小さい
それはアーク炉を構築する前に、MITの次の核融合装置-高度なダイバーターとRFトカマク実験（ADX）-プラズマパフォーマンスを低下させることなく、太陽のような温度を効果的に処理するための様々な手段をテストします。
持続可能な性能を達成した後、ARCは正味の発電が可能かどうかを判断します。 核融合炉がグリッドに電力を供給する前の最後のハードルは、発電機に熱を伝達することです。
Feds cut funding
MITのC-Modトカマク炉は、General AtomicsのDIII-Dとプリンストンプラズマ物理研究所のNational Spherical Torus Experiment Upgrade（Nstx-U）とともに、米国の三大核融合研究施設の一つである。
研究者は、ドイツのグライフスヴァルトに建てられた実験核融合炉Wendelstein7-X(W7-X)の内部で働いています。 2015年10月に完成した原子炉は、これまでで最大のものです。
その努力にレンチを投げ、MITはエネルギー省（DOE）の下での核融合炉のための資金が終わりに近づいていることを今年初めに学びました。 DOEの核融合エネルギー科学（FES）の科学准ディレクターであるEdmund Synakowskiによると、Alcator C-Modを閉鎖する決定は、予算の制約によって推進されました。
現在の予算では、議会は、その最後の年に操作の少なくとも五週間をサポートし、施設のシャットダウンに関連するコストをカバーするMITのC-Modのための1 18百万を提供している、SynakowskiはComputerworldへの電子メールの返信で述べています。 （研究者は、損失を補うために他の資金源を見つけることを願っています。）
PSFCは約50Phを持っています。D核融合エネルギーの開発に取り組んで学生。 過去の学生は、自分の会社を開始したり、MITの外で学術プロジェクトを開発取るためにMITを残しています。
MITの科学者と学生が、米国の他のDOEが資金を提供する核融合エネルギー研究施設、特にサンディエゴのGeneral AtomicsのDIII-Dとプリンストンプラズマ物理研究所のNSTX-Uの二つの主要施設でのコラボレーションに移行できるようにすることは、”大きな懸念の一つ”であったとSynakowskiは述べている。
過去の会計年度にわたって、FESはMITと協力して、新しい五年間の協力協定を確立しました。 1,2015,FES資金によるコラボレーションに移行するために、その科学者を有効にします.しかし、Whyteは、核融合エネルギーの約束が研究を終わらせるにはあまりにも重要であると考えています。
「融合は、それへの経路を1つだけ持つにはあまりにも重要です」とWhyteは言いました。 “私のモットーはより小さく、より早くです。 より小さなデバイスにアクセスしてさまざまなデバイスを構築できるようにする技術ができれば。.. そして、これは私たちがより速いタイムスケールで融合を開発するために、テーブルの上に多くのオプションを持っている場所に到達することができま”
そして、Whyteは言った、小型核融合炉のための科学的根拠は、MITで確立されています。
“私たちは世界中の主要な実験の中で最小のものを持っているという事実にもかかわらず、それをしました。 私たちは実際にこのプラズマの圧力を達成するための記録を持っています。 圧力はあなたが乗り越えなければならない基本的なバーの一つです”とWhyteは言いました。 “私たちはこれについて非常に興奮しています。