核融合発電から最新医療までプラズマが重要になっている

原子力に代わるクリーンな未来の発電技術として期待されているのが核融合発電ですが、この核融合発電においてプラズマの存在は極めて重要です。

核融合反応は、軽い原子核（例えば、水素の同位体である重水素と三重水素）が高温高圧の状態で融合し、より重い原子核（ヘリウム）と膨大なエネルギーを放出するプロセスで発電を行います。

この反応を実現するためには、物質をプラズマ状態にする必要があります。

核融合ではプラズマ状態がキーになる / Credit:canva

プラズマ状態では、原子核同士が近づいて融合しやすくなるため、核融合発電装置では、燃料である重水素と三重水素をプラズマ状態に加熱し、非常に高い温度（約1億度）に保つ必要があります。

これにより、原子核同士が十分なエネルギーを持ち、静電反発力を克服して融合することが可能になります。

プラズマの制御と保持は、核融合発電の最大の課題の一つです。トカマクやスターラーターなどの装置では、強力な磁場を使用してプラズマを閉じ込め、高温のプラズマが装置の壁に触れないようにすることで、プラズマの安定性を維持しています。

これにより、エネルギーの損失を防ぎ、核融合反応を持続させることが可能となります。このようにクリーンな未来のエネルギーを作るためにプラズマの理解は極めて重要になっているのです。

またプラズマを利用した医療技術も進展しています。

ガス放電などを利用した低温プラズマは、創傷治癒において非常に効果的だとする研究が報告されています。

プラズマが生成する活性酸素種（ROS）や活性窒素種（RNS）は、細胞の再生を促進する効果があり、これにより、傷口の治癒が速くなり、感染のリスクも減少するというのです。

また同様の理屈で殺菌に役立つという報告もあり、プラズマが生成する活性酸素種は、がん細胞に対して選択的にダメージを与えることができるため、周囲の正常な細胞を傷つけることなく、がん細胞を破壊できる可能性があるとして研究しているグループもいます。

いずれも従来の治療法に比べて副作用が少ない利点があり、未来の治療法として期待されています。

さらにプラズマ分解により有害物質を無害化するなど、大気汚染物質の除去や廃棄物処理にも応用できる可能性があると言われています。

プラズマ物理学の応用は非常に広範であり、現代の技術と生活の多くの側面に大きな影響を与えています。これからも多くの革新が期待される分野なのです。

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参考文献

Introduction To Plasma Physics I（MIT）
https://ocw.mit.edu/courses/22-611j-introduction-to-plasma-physics-i-fall-2006/pages/readings/

plasma（Britannica ）
https://www.britannica.com/science/plasma-state-of-matter

Irving Langmuir（Britannica ）
https://www.britannica.com/biography/Irving-Langmuir

ライター

松野優: 工学系の研究を経て現在はライターに。理科科目の面白さ興味深さを科学に馴染みのない人たちに伝える入口になれればと活動しています。また科学の面白さは幅広い視点で議論できる点にあると考えています。面白さ興味深さを感じる話題なら幅広く記事化していきます。

編集者

ナゾロジー 編集部