常温核融合が科学的に復活しつつある

今年初め、先端エネルギー研究への資金提供を専門とする米国政府機関 ARPA-E は、「低エネルギー核反応」または LENR と呼ばれる分野への助成金をいくつか発表した。ほとんどの科学者はこのニュースに気付かなかっただろう。しかし、少数の科学者にとっては、この発表は彼らの専門分野である常温核融合の正当性を証明した。

常温核融合は、その実践者からはLENRとしてよく知られていますが、原子核を融合させ、理想的にはその結果生じるエネルギーを利用する科学、あるいは芸術です。これらすべては、「従来の」核融合に必要な数百万度のスケールの信じられないほどの温度なしで起こります。夢の世界では、常温核融合が成功すれば、クリーンで簡単に得られるエネルギーが無限に供給される可能性があります。

興味をそそられる話だが、常温核融合は過去30年間、科学史上最も悪名高い論争の1つとして忘れ去られてきた存在だった。1989年に2人の化学者が常温核融合を達成したと主張したのだが、誰もそれを再現することはできなかった。常温核融合を支持する一般に受け入れられた理論はいまだに存在せず、そもそもそれが可能かどうかさえ疑問視する人も多い。しかし、LENRに取り組んでいる物理学者やエンジニアたちは、新たな助成金は、数十年も放置されていた自分たちの分野が真剣に受け止められていることの証しだと考えている。

「最初は悪評が立ったが、その後何年も経って証拠が積み重なっていった」とジョージ・ワシントン大学のエンジニア、デビッド・ネーゲル氏は考えている。

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核融合を起こすには、原子核を圧縮してより大きな原子核とエネルギーの泉を作り出す必要がある。これは簡単ではない。原子核内の陽子は原子核に正電荷を与え、同じ電荷を持つ原子核は電気的に反発し合う。物理学者はいずれにしても、原子同士を衝突させなければならない。

通常、この限界を破るには膨大なエネルギーが必要であり、核融合が自然に起こる恒星や地球上の実験では極度の高温に達するのはそのためです。しかし、もっと低温で済む別の方法があったらどうなるでしょうか?

科学者たちは20世紀初頭からこうした方法を理論化しており、いくつかの面倒で極めて非効率的な方法を発見していた。しかし1980年代に、2人の化学者が1つの方法を非常にうまく機能させたと考えていた。

マーティン・フライシュマンとスタンレー・ポンズの2人は、貴金属のパラジウムを重水の浴槽に入れた。重水とは、水素原子に中性子が1つ余分に含まれたH ₂ Oの一種で、核科学でよく使われる重水素と呼ばれるものである。フライシュマンとポンズが装置に電流を流して作動させたところ、突然の熱スパイクと中性子のような粒子が見られ始めたと彼らは主張している。

彼らによると、これらの熱スパイクと粒子は、いかなる化学反応でも説明できない。説明できるのは、恒星で起こるのと同じように、重水の重水素原子核が融合することだ。

フライシュマンとポンズの考えが正しければ、比較的基本的な化学実験室で室温で核融合を実現できる可能性がある。そんな話は信じがたいと思うのは、決してあなただけではない。1989年に2人が研究結果を発表すると、近代科学史上最も壮大な嵐が巻き起こった。科学者たちが次々と彼らの実験を再現しようとしたが、誰も彼らの結果を確実に再現することはできなかった。

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ポンズとフライシュマンは詐欺師として記憶されている。物理学者が支配する分野で名を馳せようとした化学者だったことも、おそらく役に立たなかっただろう。彼らが何を見ていたにせよ、「常温核融合」は立派な科学の片隅に位置づけられていた。

それでも、影ではLENR実験は続けられた。(研究者の中には、フライシュマンとポンズのテーマのバリエーションを試みた者もいた。他の研究者、特に日本では、放射性同位元素を危険性の低いものに変換することで核廃棄物を浄化する手段としてLENRを模索した者もいた。) いくつかの実験では、過剰な熱やアルファ粒子などの異常が示された。これは、原子核が舞台裏で反応しているとすれば最もよく説明できる異常である。

「LENR 分野は、関係者全員の信念のおかげで、奇跡的に生き残り、30 年間も前進し続けてきた」と、シンクタンクのブレイクスルー研究所のアナリストで MIT の大学院生でもあるジョナ・メッシンジャー氏は言う。

フライシュマンとポンズの致命的な欠陥、つまり彼らの研究結果が再現不可能だったことは、この分野に暗い影を落とし続けている。成功を示したように見えたその後の実験のいくつかでさえ、再現できなかった。しかし、これはLENRの現在の支持者を思いとどまらせるものではない。「科学には常に再現性の問題があります」とMITの核科学者フロリアン・メッツラーは言う。

大規模な公的後押しがない中で、民間セクターがLENRの支援の多くを提供してきた。例えば、2010年代後半、グーグルは数百万ドルを常温核融合研究に注ぎ込んだが、成果は限定的だった。しかし、政府の資金提供機関が今や注目し始めている。ARPA-Eプログラムは、2020年に開始された欧州連合のプロジェクト、HERMESとCleanHMEに加わることになる。（メッシンジャーとメッツラーは、ARPA-Eの助成金を受け取るMITチームのメンバーである。）

他のエネルギー研究資金の基準からすると、これらの助成金はどれも特に目を見張るほどの額ではない。欧州連合のプログラムとARPA-Eの総額はそれぞれ約1,000万ドルだが、米国政府が2023年に主流の核融合に費やす予定の10億ドル以上に比べれば微々たる額だ。

しかし、その資金は重要な用途に使われるだろうと、その支持者たちは言う。この分野には差し迫った優先事項が二つある。一つは、異常現象をはっきりと示す質の高い研究論文で注目を集めることだ。理想的には、ネイチャーやサイエンスのような評判の高い雑誌に掲載される。 「そうすれば、大量の資金と人材が流入すると思います」とメッツラー氏は言う。

2 つ目の長期的な目標は、常温核融合がどのように機能するかを説明することです。科学者が現在理解している物理法則では、常温核融合がなぜ起こるのかという点について、合意された答えはありません。

メッツラー氏は、この未解決の問題を問題視していない。「『ああ、常温核融合は既存の物理学に反する』などという議論を時々する」と同氏は言う。しかし同氏は、原子核物理学、特に大きな原子に関しては、答えの出ていない問題がたくさんあると考えている。「核システムに関しては、私たちは膨大な量の無知を抱えている」と同氏は言う。

しかし、答えが出れば大きな利益があるだろうと他の専門家は主張する。「理解されない限り、科学界の多くの人々はうんざりする」とネーゲル氏は言う。「彼らはそれに注意を払うつもりはないのだ。」

もちろん、常温核融合が幻想である可能性は十分にある。もしそうだとすれば、ARPA-E の助成金は、何も存在しないというさらなる証拠を研究者に与えることになるかもしれない。しかし、裏で何かが働いている可能性もある。

そして、LENR 支持者らは、1989 年の記憶を持たない若い研究者たちがこの分野に参入するにつれて、フライシュマンとポンズの物語は薄れつつあると述べている。おそらく、それが LENR をこの 2 人の影から最終的に浮かび上がらせることになるだろう。「核異常が発生した場合、物理学コミュニティ全体が耳を傾ける用意があることが私の望みです」とメッシンジャーは言う。