Zap Energyの核融合炉では、細やかに調整された一連のプロセスが融合の舞台を整えます。まるでオーケストラのように、すべてのステップが正確に、そして完璧なタイミングで実行されなければなりません。この進行によって核融合に必要な過酷な条件が生み出され、変革をもたらす新たなエネルギー源の実現に向けた可能性が開かれます。

Zapの技術の始まりは、20年前にワシントン大学でウリ・シュムラックが進めていた研究にさかのぼります。シュムラックはその研究で、せん断流安定化Zピンチと呼ばれる核融合への新しいアプローチを理論化しました。その研究成果を基に、彼と共同研究者たちは一連の実験用核融合装置を設計・構築し、その理論を検証してきました。

「私たちはかなり下流の工程からスタートしました」とシュムラックは説明します。「それでも、せん断流で安定させたZピンチでは電流を増やすことが可能で、さらに正しい方法をとれば核融合収率も上がるということを、モデルと実験の両方で示すことができました。」

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現在Zap Energyで最高科学責任者を務めるシュムラックは、2017年にCEOのベンジ・コンウェイと最高技術責任者のブライアン・A・ネルソンとともに同社を共同設立しました。ネルソンはワシントン大学の名誉教授でもあり、1990年代からあらゆる世代のせん断流安定化Zピンチ核融合装置の設計・運用に携わってきました。

Zap Energyは現在、商業化可能な核融合エネルギーの開発を目標に、シュムラックとネルソンの初期研究を基に急速に事業を発展させています。2023年現在、Zap EnergyはFusion Z-pinch Experiment（FuZE）とFuze-Qと名付けられた2つの装置を使って研究開発を進めています。

Zピンチの解剖学

Zap核融合装置の中心を担うのは、長さ約10フィートの円筒形の真空チャンバーです。ここでは、SFS Zピンチ核融合シーケンスの4つの重要なステップが1000分の1秒未満というごく短時間で進行し、その結果、核融合エネルギーが生まれます。

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ステップ 1：イオン化

ステップ 2: 加速

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ステップ 3：ピンチ

ステップ 4：核融合

手順自体はシンプルに見えますが、プラズマが十分な高温・高密度状態を維持し、長時間安定していられるようあらゆる要素を正確に調整するのは非常に難しい作業です。

Zap Energyのリサーチエンジニアであるハンナ・ミークはこう説明します。「プラズマは基本的に帯電したガスであり、動きのある流体のように振る舞ってはいますが、磁場の影響を強く受けます。最も厄介なのは、その不安定性です。タイミング、ガス圧、または電圧のわずかな変化によって、プラズマのダイナミクスが完全に変わってしまうのです。」

エネルギー利得達成に向けた進歩

Zapはすでに独自のアプローチで核融合エネルギーを生成できることを検証済みで、モデル解析によると、ピンチ時の電流が増えるほど核融合も強まり続けることが示唆されています。FuZEでの研究開発が成功したことで、より強力なコンデンサバンクや電極設計、材料、診断技術などを組み合わせた最新世代の核融合装置Fuze-Qが開発されました。FuZEとFuzE-Qはいずれも、すでに何千回もの核融合プラズマの生成に使用されており、Zapはピンチ時の電流を着実に引き上げながら大量のデータを蓄積することで、プラズマから獲得できる核融合エネルギーが入力エネルギーと同等になる分岐点（科学的Q=1）の達成という、壮大な目標に近づきつつあります。

ピンチでは強力な乗数効果が見込めることも、Q=1達成を後押しする利点となるとして、適切に統制され安定したピンチ状態では、電流が少し増加しただけでもプラズマの温度と密度が大幅に上昇し、最終的に生成される中性子の数も増えると言います。

「その乗数効果は指数関数的で、電流を2倍にすると2,000倍以上の中性子が生成されます。言い換えれば、私たちは今まさに、分岐点となるような成長曲線の上に立っているのです」とレヴィットは言います。