Self-Heating Fusion Driven by a Detonation Cycle in an Mg–CO₂ System

An Ultra-Compact Fusion Experiment Concept without External Heating

抄録

著者は、ASME-POWER 2024 において査読付きで発表した先行研究において、マグネシウム球殻と二酸化炭素から構成される反応系が、外部加熱なしにローソン条件を満たし得る可能性を有することを報告した。この結果は、Mg–CO₂ 反応系が核融合に必要な加熱および圧縮条件を内在的に形成し得ることを、世界で初めて示したものである。

本研究はこの知見を基盤として、その背後にある物理・化学メカニズムを体系的に整理し、MgFusion と呼ぶ新しい核融合概念を提案する。MgFusion は、マグネシウム–二酸化炭素（Mg–CO₂）系において化学反応により駆動される爆轟サイクルを、圧力および加熱の主たる源として用いる点において、従来の核融合方式とは本質的に異なる。

幾何学的に閉じ込められた条件下では、強い発熱性を有する Mg–CO₂ 反応が爆轟的挙動を示し、衝撃波を生成する。これらの衝撃波は、マグネシウム球殻内部に封入された微量の核融合燃料を、外部レーザー、磁場、あるいは粒子ビームを用いることなく、直接的に圧縮・加熱する。

本研究では、外径約 10 mm、内径 2 mm のマグネシウム球殻から成るモデル系を検討する。球殻には約 0.9 g のマグネシウムが含まれ、約 16 kJ 程度の化学反応エネルギーを放出する一方で、内部には約 100 µg 程度の核融合燃料（D–T または p–B¹¹）のみが封入されている。この加熱媒体と核融合燃料の明確な分離により、加熱過程における燃料損失が抑制される。