プラズマの庭

氷を温めると水になり、水を温めると湯気になります。では、湯気をさらに温め続けると、どうなるのでしょうか。

答えは「ばらばらになる」です。ただし、壊れてなくなるのではありません。もっと自由な姿に変わるのです。水蒸気の温度を数千度まで上げていくと、分子は原子に分かれ、原子はやがて電子を手放します。電気を帯びた粒たちの集まり — これがプラズマです。固体、液体、気体に続く「物質の第四の状態」と呼ばれます。

第四、というと珍しいものに聞こえますが、実は逆です。夜空を見上げてください。星はすべて、燃えるガスの球、正確に言えばプラズマの球です。宇宙で目に見える物質のほとんどは、プラズマの状態にあります。固体の大地の上で液体の水を飲んで暮らす私たちのほうが、宇宙では少数派なのです。

身近なところにも、プラズマは隠れています。蛍光灯やネオンサインが光るのは、管の中の薄いガスがプラズマになっているからです。雷は、空気が一瞬だけプラズマの通り道に変わる現象です。オーロラは、太陽から飛んできた粒が、空の高いところの薄い大気を光らせたもの。ろうそくの炎のいちばん明るい部分にも、ごく弱いプラズマの性質があります。

では、なぜ研究者はわざわざプラズマを作り、閉じ込めようとするのでしょうか。理由のひとつは、太陽にあります。太陽は、水素のプラズマ同士がぶつかって融け合う「核融合」という反応で、四十六億年のあいだ燃え続けてきました。同じ反応を地上で起こせれば、海の水にも含まれる燃料から、長く使える大きなエネルギーが取り出せます。

ただし、条件がひとつあります。地上には太陽ほどの重力がないため、反応を起こすには一億度を超える温度が必要なのです。一億度。どんな鍋も、どんな金属も、触れれば溶けるどころか蒸発します。だから、触れずに閉じ込める囲いが要ります。その囲いの正体が、目に見えない磁場です。

庭に垣根を立てるように、磁場の垣根でプラズマを囲う。この本の残りの章は、その垣根の作りかたと、庭の手入れの話です。まずは囲いの話の前に、プラズマがどんな性格の持ち主なのかを、もう少しだけ見ておきましょう。