ITERの位置づけ

核融合研究開発の進展とITER

　ITERの位置づけを、核融合研究開発の進展を示す図を用いて説明します。核融合炉の実現に必要なプラズマ性能と、これまでの研究開発の進展を示したものです。

図1 核融合実験炉の目標

　図の縦軸は「閉じ込め時間と中心イオン密度の積」、横軸は「中心イオン温度」を示しています。これらは、プラズマがどれだけ高温・高密度の状態を維持できるかを表す指標であり、この図から核融合炉の実現に向けて必要とされるプラズマ性能の目安を読み取ることができます。 右上に示された曲線は、核融合反応によって得られるエネルギーが投入エネルギーを上回るために必要な条件（いわゆる ローソン条件＊）を示しており、核融合研究開発の重要な目標となっています。
　日本では1970年代よりトカマク型装置による研究開発を本格化させ、1980年代、1990年代、2000年代と段階的にプラズマ性能を向上させてきました。本図は対数グラフ（1目盛りが10倍）で示されており、1970年代初頭と比較すると、中心イオン密度、閉じ込め時間、温度のいずれにおいても大きな進展が達成されていることが分かります。。
＊ローソン条件とは、核融合反応で得られるエネルギーが投入エネルギーを上回るために必要な、プラズマの密度と閉じ込め時間（および温度）の関係を示す成立条件のことです。

　このような高温プラズマを実現する代表的な装置が、トカマク（Tokamak）です（図2）。
トカマクは1950年代に旧ソビエト連邦で開発された磁場閉じ込め型の核融合装置で、トランス（変圧器）の原理を利用してプラズマに電流を流し、磁場によってドーナツ状のプラズマを閉じ込めます。トカマク装置では主に次の3種類の電磁石を組み合わせて、プラズマを閉じ込める磁場を作ります。

• トロイダル磁場（TF）コイル（Toroidal Field Coil）
  ドーナツ形状に沿った強い磁場を作り、プラズマを周方向に閉じ込めます。
• 中心ソレノイド、CS（Central Solenoid）
  トランスの一次コイルとして働き、プラズマ電流を誘導してプラズマを生成・加熱します。
• ポロイダル磁場（PF）コイル（Poloidal Field Coil）
  プラズマの位置や形状を制御し、安定した状態を保ちます。

これらの磁場を組み合わせることで、プラズマは装置の壁に触れることなくドーナツ状の軌道に沿って運動し、高温状態を維持することができます。

図2 磁場閉じ込め方式―トカマク方式―

核融合実験炉ITERの目標

　これまでに、JT-60などの大型トカマク装置において核融合臨界条件に近い領域まで到達しました。現在は、日欧共同事業として建設されたJT-60SAの運転により、高性能プラズマ制御や長時間運転に関する研究が進められています。JT-60SAは、ITERおよび将来の核融合原型炉に向けた運転シナリオやプラズマ制御技術の開発を担う重要な装置です。
　こうした研究成果を踏まえ、核融合エネルギーの科学的・技術的実証を行う段階として建設されているのが、核融合実験炉ITERです。ITERでは、炉心プラズマが自らの核融合反応によって加熱される「燃焼プラズマ」の実証と、長時間・高出力運転の実現を目指しています。
ITERは、将来の核融合原型炉（DEMO）および発電炉の実現に向けた重要なステップとして位置づけられています。

フュージョンエネルギー実現への道筋（ QST 量子エネルギー研究分野 より）
原型炉へのロードマップでは、建設中の実験炉ITERでフュージョンエネルギーを実証し、次の原型炉でフュージョンエネルギーによる発電を実証します。原型炉に向けてITERでできないことは幅広いアプローチ活動にて実施します。

日本の核融合研究開発計画との関係

　日本の核融合研究開発は、原子力委員会が1992年（平成4年）6月9日に策定した「第三段階核融合研究開発基本計画」に基づき、段階的かつ計画的に推進されてきました。この計画では、核融合研究開発を次の3段階で進めることが示されています。

• 第一段階：基礎研究段階
• 第二段階：JT-60建設・運転を中心とした臨界条件達成段階
• 第三段階：実験炉による総合的実証段階

　第三段階では、

• 炉心プラズマ技術
• 炉工学技術
• 材料研究
• 安全性および炉システム技術

といった研究開発を統合的に実証する中核装置として、トカマク型核融合実験炉の建設が掲げられています。
　ITER計画は、この第三段階における実験炉目標に対応する国際プロジェクトとして位置づけられ、日本を含む国際協力のもとで建設が進められています。
　量子科学技術研究開発機構（QST）は、日本の核融合研究開発を中核的に担う研究機関として、ITER協定に基づく日本の国内機関を務めています。ITER機器の調達や技術開発、人材派遣を行うとともに、JT-60SAの運転・研究を通じてITERおよび将来の原型炉につながる炉心プラズマおよび炉工学技術の高度化を進めています。
　なお、日本の核融合研究開発は、これらの取り組みを基盤として、近年策定された国家戦略のもとでさらに推進されています。

※第三段階核融合研究開発基本計画の策定の詳細は以下をご参照ください。
原子力委員会｜核融合研究開発基本問題検討会

国家戦略における位置づけ

　近年、日本政府は核融合エネルギーの実現を国家戦略として本格的に推進しています。その中核となるのが、内閣府の統合イノベーション戦略推進会議のもとで策定された「フュージョンエネルギー・イノベーション戦略」です。 この戦略は 2023年に初めて策定され、2025年6月に改定 されました。ITER計画への参画をはじめとする国内外の研究開発を統合的に位置づけ、核融合エネルギーの社会実装を見据えた国家的な枠組みを示しています。
この戦略では、2030年代の核融合発電実証を視野に入れつつ、

• 日本の研究力・技術力を産業化につなげること
• エネルギー安全保障の強化
• 材料研究
• 脱炭素社会の実現への貢献

などを重要な目的として掲げています。

また、核融合エネルギーの実現に向けた主要な取り組みとして、

• 核融合に関する基礎・応用研究の推進
• ITERを通じた技術蓄積
• 将来の核融合原型炉（DEMO）および発電実証に向けたロードマップの整備
• 産業化・技術移転の促進
• 国際連携の強化

　などが重要な柱として整理されています。
このように、ITERは燃焼プラズマの実証を目指す国際研究基盤であり、日本の核融合研究開発および将来の核融合発電の実現に向けた重要なプロジェクトとして位置づけられています。

※フュージョンエネルギー・イノベーション戦略の詳細は以下を参照ください。
内閣府｜フュージョンエネルギー・イノベーション戦略