第31回 自然科学研究機構 川合 眞紀 機構長プレス懇談会
2023年11月21日

核融合研究を取り巻く世界情勢と核融合科学研究所が見据える未来

Part 1
核融合研究の最前線と学術研究基盤
自然科学研究機構 核融合科学研究所

所長 吉田善章

0INDEX
核融合研究の現状とこれから▶1

核融合科学のパラダイム転換▶5

学術研究の役割▶9

核融合科学研究所の取り組み

▶ 17

まとめ

▶ 25

1

激動する核融合研究の中で学術研究が果たすべき役割*内閣府HP

https://www8.cao.go.jp/cstp/fusion/fusion_gaiyo.pdf

核融合科学••

実用化を加速する方策
実用化に先駆けて行うべきこと

開発を加速するためには科学的不確実性を低減する必要
イノベーションの指導原理となる強力な基礎学術が必要

核融合を支える広範で強靭な産業構造を構築するためには学際化が必要
果敢な挑戦を支援する学術基盤が必要
2

核融合研究の主戦場 コンパクト化への挑戦
炉心プラズマ：閉じ込め性能・システム安定性超伝導マグネット・低温技術：
高温超伝導，水素・窒素冷却
炉材料：照射損傷，放射化
ダイバータ：超高熱流束

指導原理

核融合の多様な利用
高性能概念への挑戦

着実なミッション達成のための選択
不確実性の低減によって低コスト化

装置サイズリスクを受容した
挑戦的な選択装置コスト

閉じ込め性能の向上により，コンパクトで経済的な核融合炉が実現*

プラズマ特性の高精度予測が核融合炉のコスト削減にインパクト**Fusion Engineering and Design 86 (2011) 2879 に基づく評価

3

核融合イノベーションを駆動する科学的指導原理とは高性能化への指導原理

ミ
プ
本
ク
プラロ
ロズなジマ物ェの理ク総にト合で的深推理化
し進解た

高精度・
高分
解
能

「炉心そのもの」の開発

プラズマの内部で起こる複雑現象の高精度・高分解能計測

核融合条件達成に向けたパラメタ競争「ミクロ集団現象」の理解

自由エネルギーの乱流や帯状流への分配のメカニズムを理解

自由エネルギーの蓄積と解放のメカニズ
ムを理解

プラズマの閉じ込め
性能予測の不確実性を低減

プラズマ安定維持の障害となる突発的崩
壊現象の予測と回避

Type C

改善への新しいルート

Type B
高温・高密度・高閉じ込め
大型装置（ITER, JT-60SA）を用いた
高性能炉心プラズマの実証研究
国際協力で推進核融合条件の達成

4

INDEX
核融合研究の現状とこれから▶1

核融合科学のパラダイム転換▶5

学術研究の役割▶9

核融合科学研究所の取り組み

▶ 17

まとめ

▶ 25

5

学術研究と開発研究の協働
技術開発の “alternative” モデル

Plan C

これまでの核融合開発戦略

Plan A
Plan B
複数案が競争的に並走し，主案に困難が生じたときには副案が代替する．
これからの核融合開発戦略

Plan C

学術と技術開発の二元協働モデル
・・・・・・・・・・・→ 学術研究の成果

Plan A
Plan B・・・・・・・→ 学術研究の成果

多様な学術研究の分厚いサポートが開発の鍵

複数案を並走させることは経済的に困難であり，成熟度の同期がとれない．一本槍とならざるをえない主案（デファクトスタンダード）の不確実性を学術研究の知がサポートする．
6

パラダイム転換
核融合科学のパラダイム転換 — 学問的進化を先導装置方式の性能比較

個別方式による統合

未解決問題の総合研究

学術分野として学際的に発展

定常化という核融合の課題を，「構造形成制御」として一般化し，地球科学や生命科学と協創的に研究する
定常化
構造形成
制御

レーザー
トカマク

パラメタ競争ヘリカル（核融合カンブリア紀）

カプセルを破り
普遍的未解決問題として学際的に研究

位相空間乱流高性能化
方式の違いはアプローチの多様性

7

イノベーションを駆動する学術研究と開発研究の協働
研究の進化： 「そのもの」の研究から「一般性」の研究へ

成長初期

成長・発展期星のメカニズム 色々な方式で 「そのもの」を作ってみなくパラメタ競争に学ぶては何も分からない

学際的に定式化された課題に分節化できるレベルに進化

黎明期

様々な方式のカンブリア爆発

熱核融合反応の実証

参考：航空機開発と流体物理の関係
自然に学ぶ

色々な方式の提案

飛行の実証「そのもの」の研究から「分節化・定式化された科学」へ

学術研究がイノベーションを駆動

開発研究
実用化
8

INDEX
核融合研究の現状とこれから▶1

核融合科学のパラダイム転換▶5

学術研究の役割▶9

核融合科学研究所の取り組み

▶ 17

まとめ

▶ 25

9

核融合エネルギー実現への学術研究の貢献
核融合研が貢献した学術研究

開発研究への貢献

帯状流の発見プラズマ性能の向上

プラズマの中に発生した乱流を抑える帯状の流れが，プラズマ中に実際に存在していることを発見

帯状流の概念がITERなどの予測性能を向上→ 大幅なコストダウン

突発現象のトリガーメカニズムの発見

核融合プラズマの突発的崩壊（ディスラプション）の回避

プラズマ崩壊が突然起こる現象（突発現象）を引き起こすトリガーメカニズムがプラズマの高速計測を用いた実験で発見

トリガーメカニズムの解明は，ディスラプションをはじめとする核融合プラズマの様々な突発的プラズ
マ崩壊を予測し回避するための手法を提示

無衝突エネルギー移送の発見

燃焼プラズマの自己加熱の予測精度向上

プラズマ中に励起された不安定性による電磁波が，高速粒子からプラズマにエネルギーを移送していることを実験で発見

核燃焼プラズマシミュレーションに，無衝突エネルギー移送プロセスを取り入れることで，自己加熱の予測精度向上

同位体混合の発見

燃焼プラズマの燃料混合とヘリウム灰の排出に関する新アイデア

プラズマの中に発生した乱流がプラズマの水素同位体を混合していることを実験で発見

核燃焼プラズマにおいて，燃料である重水素と三重水素の割合を乱流を使って均一化し，中心で発生したヘリウム灰を排出するための新しい手法を考案

ITER
建設

ITER
運転

核燃焼

原型炉
10

核融合の学理：集団現象の科学とは現実世界の複雑性を理解する
世界とは？

→ 複雑なので「細分化」して考える• 「要素」に分解→ 「物」の成り立ちを理解する• 「テーマ」に分解→ 「事」の在り様を理解する

集団現象の科学

多くの可能性 のなかで，何が どのように 実現するのか？
• 世界はどのように構成されているのか？ どこまでが可能か？

作用（ラグランジアン）の「和」と「制限」変分原理：作用原理とエントロピー原理
対称性，モジュライ，階層，葉層構造
カオス，乱流• 何が選択されるのか？
●●●●• 秩序はどのように生まれ，どのように働く？
• 無秩序はどのように展開し，どのように働く？
11

集団現象の科学とは具体的なテーマ••••

局所的な現象は拡大するのか消散するのか？
突発的な大域的現象はどのようにして生まれるのか？
大域化した運動は秩序をもつのか乱れるのか？
大域的な運動は世界（環境）をどのように変えるのか？

12

諸学を繋ぐ集団現象の科学
学際的連携の中でプラズマ物理が果たす役割• プラズマ物理は，膨大な数の荷電粒子の集団から構成されるマクロな系「プラズマ」において生起する多様な複雑現象をあつかう• 荷電粒子の集団であるプラズマは，電磁場（光を含む）を用いた様々な計測法や制御法を駆使できる →高い精度と蓋然性をもつ研究

日本学術会議・見解『プラズマサイエンスーその学際的発展と豊かな未来社会のために—』(2023年），P.12

13

プラズマ物理のフロンティア：超高温プラズマのミクロ集団現象
核融合プラズマの閉じ込め特性を支配するミクロ集団現象の解明→ 核融合プラズマの性能の科学的評価• 科学目標：超高温プラズマの振る舞い（核融合炉心，宇宙・天体に共通）を支配する「ミクロ集団現象」の物理を確立する．
• 方法：「集団的な揺らぎ」を創発する「ミクロ階層」に分け入り「速度分布関数」を直接計測・制御．
• アウトカム：「集団的な揺らぎ」が引き起こす「閉じ込めの劣化」や「崩壊現象」の原因を解明し，核融合技術の科学的不確実性を低減．流転する万象に通底する集団現象の理解を深化．
マクロな観測値
風速，気温，気圧・・

多数の粒子集団の「統計平均値」がマクロな観測値

速度分布関数
深層のミクロな世界
分子運動の多様性の塊
粒子たちの速度の確率分布• 普通の気体では，ランダムな「衝突」がミクロ運動を支配 → 正規分布に縮退• プラズマでは， 集団的な揺らぎがミクロ運動を支配 → 分布関数は多様に変形
14速度分布関数による集団現象の理解
速度分布関数*を高精度・高時間空間分解能で計測・制御する* 速度分布関数が一様な正規分布から歪むことで，揺らぎを創発する「自由エネルギー」が生まれる．

速度分布関数の突発的変化を精密に計測（世界最高性能の荷電交換分光計測）

電場の揺らぎ（カラーコード）の中の多様な粒子軌道（世界最高性能のミクロ・マクロ階層連結シミュレーション）

ミクロ集団現象：速度分布関数でプラズマを理解

プラズマ・イノベーション

量子論：波動関数で物質を理解

デバイス・イノベーション
15核融合イノベーションの指導原理となるミクロ集団現象の科学
マクロ物理量（温度，密度など）の分布を，ミクロ・マクロ連結シミュレーションで予測できる物理モデルを確立する → 高性能装置設計の指導原理

マクロな物理過程

1e19

ミクロな物理過程(a)-3n (10 m )2マイクロ波反射計

電子密度

T i(keV)T e (keV)

05(b)
432
1 電子温度010(c)
8642
イオン温度00.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0r /aeff 99

炉心プラズマ性能の予測精度を向上→設計の指導原理

乱流構造シミュレーショ
ンの妥当性を乱流計測で検証する

16

INDEX
核融合研究の現状とこれから▶1

核融合科学のパラダイム転換▶5

学術研究の役割▶9

核融合科学研究所の取り組み▶ 17

まとめ▶ 25

17

学際的な議論を通じた核融合科学の改革•••••

日本学術会議・プラズマサイエンス小委員会における俯瞰的議論*
全国の研究者が参加し，2年間の議論を経て「ユニット」を構築
若手研究者（30代～40代）が議論をリード．ユニットリーダーの平均年齢は45歳
所内外の学際的なメンバーで構成される共同研究チームである6つの「ユニット」が連携して推進
学際化へ向けたパラダイム転換によって，発表論文の学際化が急速に進展中* 日本学術会議・見解

https://www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/pdf/kohyo-25-k230926-14.pdf

18

核融合未解決問題の学術的定式化（ユニット）と学際的展開「ユニット」が掲げる学術的テーマの軸に沿った共同研究および人材の水平移動を実現
流体物理
トポロジカルダイナミクス

流体物理
乱流ミキシング

物質科学
創発性
階層分子化学

ダイナミクスの科学

生命科学
代謝
動的平衡

（例）「メタ階層ダイナミクス」ユニットでは乱流という核融合の問題に対応しつつ物質科学や流体物理といった分野との連携を目指す。

核融合科学

宇宙・天体物理

地球科学
気候変動
温暖化

宇宙の階層構造
磁場の起源

統計物理

社会科学
マクロ経済
エージェントモデル

揺らぎの定理システムの科学
揺らぎ・乱流の科学
19

「核融合科学」の分節化・定式化
ユニットテーマ：→

ユニット構築核融合の 「未解決問題」 を 「学術的研究テーマ」 に分節化する。

下図の例では、プラズマの乱流をよりよく理解するために、「メタ階層ダイナミクス」（後述）というユニットテーマを設定し、そのテーマに取り組むために、自己組織化や階層連結シミュレーションといった多様な研究分野の研究者から成るユニットを構築する。

ユニット

可知化センシング

NIFS

メタ階層ダイナミクス

自己組織化
階層連結シミュレーション

メタ階層ダイナミクス

核融合科学
位相空間乱流プラズマ量子プロセス

乱流輸送閉じ込め改善

繰り込み群
有効理論

超伝導
低温工学

「ユニット＝学術的意味の単位」の協働によってプロジェクト を構成する。
20

NIFSのユニット体制

ユニット一覧（1/2)

核融合の「未解決問題」を「学術的に定式化」し「学際的な共同研究体制」を構築して取り組む
ユニット名

軸

研究テーマ

ダイナミクス・時空

核融合プラズマを高性能化する鍵は，自発的に生まれてくる様々なスケールを持つ揺らぎや構造を制御することである．そのためには，ミクロとマクロが連関する複雑現象を表現する物理モデルを構築し，そこに内在する普遍的メカニズムを解明する必要がある．既定の階層分離を前提としないメタ的な視点からダイナミクスを捉え直し，生体や経済システムなど他の複雑系との類似性と相違を明らかにすることで，核融合科学から集団現象の科学に新しい学理を確立する．

システム

核融合炉の高効率化・小型化を目指す研究において，プラズマの閉じ込め改善と定常化が中心的な課題である．その鍵となるのが，プラズマが自発的に内部構造を形成し，維持しようとするメカニズムを理解することである．我々は，対称性やエントロピーといった物理学の根本的な概念を再検討することで，構造形成の原理を解明する．それに基づいて，高性能の閉じ込め配位を探求する．プラズマの構造形成は，磁気圏や降着円盤などの天体にも共通する現象であり，宇宙を理解する基本的な学理となる．

Phase space turbulence

揺らぎ・乱流・輸送

経済性の高い核融合炉を実現するため，炉心プラズマの高性能化が求められる．プラズマの性能を決定する要因の一つが，乱流によるプラズマ熱伝導・輸送である．我々は，プラズマを構成する粒子の運動の多様性に注目し，粒子集団が創発する揺らぎ（ミクロ集団現象）と乱流輸送のメカニズムを解明する．ミクロ集団現象の物理は，核融合イノベーションの指導原理となると同時に，宇宙・天体など他のプラズマ現象に通底する，非平衡・非線形物理の根本的な学理となる．

プラズマ量子プロセス

素過程・相互作用

核融合システムの中では，内部自由度を持たない粒子たちの集団運動モデルでは記述できない様々な物理現象が起こり，核融合炉の性能を決める大きな要因となる．我々は，粒子内の電子状態の変化や電磁波との相互作用，あるいはスピン等の効果を支配する量子プロセスを正確に扱うことで，非平衡プラズマや高密度プラズマの物理モデルの構築を目指す．この問題は，天体・宇宙プラズマ物理，さらには原子核物理にも共通する普遍的な課題であり，プラズマ量子プロセスの新たな展開をもたらす．

異相連成現象核融合炉では，ダイバータへの強大な熱・粒子負荷が大きな問題となる．我々は，極限的条件下の物理機構に分け入り，プラズマと，物質の気相・固相・液相という異相間の相互作用を研究する．環状および直線型プラズマ装置による実験と計算機シミュレーションを用いて，複雑な輸送現象を解明し，核融合炉の成立条件を明らかにする．プラ
ズマと異相間の相互作用の研究は，宇宙におけるプラズマと物質の相互作用研究などにも共通するものであり，生命の素となる物質創成の物理・化学過程の解明にもつながる．

メタ階層ダイナミクス
meta-hierarchy dynamics

構造形成・持続性
Structure formation andsustainability

位相空間乱流Plasma Quantum Processes

プラズマ・複相間輸送
Transports in Plasma MultiPhase Matter System21

NIFSのユニット体制

ユニット一覧（2/2)

核融合の「未解決問題」を「学術的に定式化」し「学際的な共同研究体制」を構築して取り組む
ユニット名

可知化センシング

軸

計測・データ

超高温プラズマの挙動を観測し，予測し，制御することは，核融合炉の高性能化に必須の課題である．我々は，飛躍的に高精度なプラズマ計測法を開発し，プラズマをホリスティックかつ精密に観測できるシステムを構築する．さらに，データサイエンスを駆使して解析し，視覚・聴覚・触覚などの情報へと変換して「可知化」する．計測・データ解析・表現手法を専門とする研究者らが一丸となって知的探究プロセスを体系化するこの取り組みは，核融合科学にとどまらず，多くの科学分野における現象理解に革新をもたらす．

装置学・技術

核融合研究のゲームチェンジャとなる破壊的イノベーションの重要性が指摘されている．そのためには，プラズマの複雑な集団現象に関する学理を深化させることで，革新的なプラズマ技術を生み出す挑戦が必要である．核融合炉
心に限らず，プラズマの斬新な応用を作業仮説にすることで，他分野との連携・融合を進め，集団現象の未解明な創発性に光を当てる．プラズマ装置学のイノベーションは，様々な自然科学研究と科学技術の新しい地平を拓く．

計算科学

核融合プラズマの内部で起こる複雑現象を解明するために，シミュレーション研究が重要な役割を果たす．超高温プ
ラズマでは，ミクロな粒子運動からマクロな揺らぎが創発される．我々は，多階層を連結する計算手法やデータ科学を活用する計算手法を独創的なアイディアで開発し，プラズマ全体のシミュレーションを実現することで，核融合燃焼プラズマの正確な予測を目指す．この手法は宇宙・天体プラズマにも適用可能であり，シミュレーション科学の新たな展望を開く．

材料学

強力な粒子線と熱に曝されること（超高流束）による材料の劣化は核融合炉のアキレス腱となり得る．炉材料の耐性向上という核融合の核心課題を解決するには，材料変質に関わる物性物理の深い理解と制御技術が必要である．
我々は，変質を抑えるという従来の発想を転換し，負荷が大きいからこそ発現する強化・機能因子を「適応」と捉え，自ら変化して超高流束と協奏する材料の創製を目指す．このアプローチは，過酷環境が避けられない原子力，宇宙，航空，化学プラント材料にも革新をもたらす．

低温

超伝導と低温の技術におけるイノベーションは，核融合研究のゲームチェンジャーとなる大きな可能性をもっている．
我々は，高温超伝導などの先進的な超伝導材料を核融合炉用のマグネットとして実用化するため，線材化・大電流導体化の技術や，安定的に強磁場を発生できるコイルシステム技術，水素を用いる経済的な冷凍技術，また水素の生産・利用に関する基礎技術の研究を推進する．超伝導や水素利用の技術革新は，カーボンニュートラルでエネル
ギー持続可能な新たな社会環境の実現に広く貢献する．

S&I: Sensing andIntellectualization

プラズマ装置学
Plasma Apparatus

複合大域シミュレーション
Complex Global Simulation

超高流束協奏材料
Ultrahigh-flux concerting
materials

超伝導・低温工学
Applied Superconductivity andCryogenics

研究テーマ

22

ユニット体制によって広がる学際連携
核融合の未解決問題に学際的に取り組むユニット体制
学際連携
太陽フレア
プラズマの突発現象として核融合プラズマの突発的不安定性と共通な現象

量子コンピュータ
低温技術やレーザー技術など多くの共通要素技術で構成

プラズマ宇宙推進
プラズマを用いて生成されるビームは宇宙推進など多様な分野に応用が広がるオーロラ
自然現象として可視化されるプラズマの揺らぎ

学際連携

磁気圏プラズマ
自然界で自己組織化されるプラズマ構造

高エネルギー天体
宇宙で起こる高エネルギー現象解明に必要なプラズマ発光データを実験的に構築
プラズマバイオ
プラズマと物質との相互作用は様々な励起状態の粒子と光による複合的プロセス ->バイオテクノロジーの新分野創成

23

様々な研究最前線へ展開するユニット連合
ユニット連合で学術のフロンティアへ展開

24

INDEX
核融合研究の現状とこれから▶1

核融合科学のパラダイム転換▶5

学術研究の役割▶9

核融合科学研究所の取り組み

▶ 17

まとめ

▶ 25

25

核融合科学の学際的発展を駆動する求心力ある国際的研究拠点• 核融合エネルギーの実現にむけた各国独自の取り組み→ フュージョンエネルギー・イノベーション戦略• 核融合システムのコンパクト化へ向けた挑戦的な研究開発→ 「科学知」によって開発のリスクを低減• イノベーションを駆動する確固たる指導原理が必要→ ミクロ集団現象の物理• 核融合研究の黎明期から築いてきた盤石な学術基盤→ 求心力のあるプロジェクトの現場で人材育成

26

参考資料

27

LHDの現状
超高温プラズマ学術研究基盤（LHD)計画 ←LHDミッションの再定義

概要 超高温プラズマを安定的に生成できる大型ヘリカル装置（LHD）を学際的な研究基盤として活用し，その世界最高性能の計測システムによって，核融合に限らず，宇宙・天体プラズマ にも共通する様々な複雑現象の原理を解明．
大型ヘリカル装置 LHD

フロンティア事業

学術研究基盤事業

ヘリカル型核融合炉の可能性実証

パラダイム転換：核融合科学の学際的展開

重水素実験

世界最大級の超伝導プラズマ実験装置
定常・高精度磁場を活かした精密な研究
世界最高精度の計測装置群によってプラズマ内部構造を解明→ 宇宙の万象を実験研究

LHDの内部
核融合の高性能化，安定的持続の課題を解決するために建設（1997年）

プラズマ内部の粒子の密度や温度が変化する様子を，では他装置よりも圧倒的に精密に観測できる．このデータでは，磁気島（プラズマを破壊する「癌」）を高精度 で発見．

学際的展開：プラズマ物理学は，現実世界のリアルな在り様を理解したいという中核的問
題意識をもち，それを宇宙・天体，大気・海洋，生命，社会の科学，数理科学等と共有している．プラズマは，荷電粒子たちの集団であり，電磁場・光を用いた様々な計測法や制御法を駆使して研究できる．精密性，定量性，再現性の高い研究から，新しい科学の概念や方法を生み出す．

28

LHD学術研究基盤事業
世界最高性能の「CT」で解明する核融合プラズマの病理
世界最大の装置（JET）イギリス

大型ヘリカル装置（LHD）(a)

1

装置の中心からの距離によってプラズマの密度や温度が変化する様子を，LHDでは他装置よりも圧倒的に精密に観測できる．

電子密度
05(b)
4321 電子温度
010(c)
8642 イオン温度00.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0r /ai

T (keV)eT (keV)

トップデータの立証のためには，この程度の精度で十分だが，物理研究のためには精密な計測が必要
イオン温度

e19-3n (10 m )2eff

99

磁気島を発見（プラズマを破壊する「癌」を高精度CTで診断）

トップデータを狙う研究が遭遇する課題を解決するためには，「病理学」のための精密な診断が必要

29

世界をリードする高時空間分解能計測
LHDプロジェクトの中で築いてきた世界をリードする計測器群の時間・空間分解能

イオンの衝突周波数を超える
時間分解能で分布関数歪みの揺らぎを観測

小さい磁気島（温度の平坦化）の発生・消滅のダイナミクスを観測

複数の観測面によって，帯状流の構造を観測•

桁違いに高い分解能により，スケールの限界を超えて新たな世界を解明•

世界一の精度でプラズマの内部を診断する「CT」．世界から多くの共同研究受け入れ•

これらの計測性能を更に強化し世界をリードする30

postLHD計画：核融合科学の持続可能な発展を目指して
LHD実験棟内部

高圧受電設備モータ発電機
冷却水棟
加熱電源棟

LHD実験棟

計測装置
継続利用

LHD実験棟内外の様々な既存の設備を継続利用してCHD-Uを整備

LHD制御棟

LHD実験設備群LHD実験棟

CHD-U；新装置

LHD

加熱電源
継続利用

LHD実験室内の旧組立スペースに設置

LHD制御室ヘリウム液化機室
組立スペースとして再利用

LHD

2025年運用終了
31

核融合科学研究所の中核実験計画「超高温プラズマ学術研究基盤（LHD)計画」（現行学術研究基盤事業）および「非平衡極限プラズマ連携」（ロードマップ2014）からのシームレスな発展

32研究目標・アウトプット・アウトカム
学術的達成目標
速度分布関数を高精度で制御・研究基盤の計測する装置群を，これまでの整備と運用研究基盤を最大限活用して整備

ミクロ集団現象の研究【閉じ込め高性能化】「閉じ込め限界」を規定する揺らぎ＝ミクロ集団現象を駆動する分布関数の歪み＝自由エネル
ギーを解明

研究のアウトプット

核融合科学のアウトカム
学際的なアウトカム

プラズマに対して粒子ビーム，電磁波ビーム，固体ペレット等の入射，さらに磁場構造の変形により，速度分布関数を直接的にマニピュレート
色々な光や電磁場の揺らぎ，粒子ビームなどを用いた高時空間分解の計測によって，速度分布関数の変化を高精度で同時計測
イオンの速度空間におけるマクスウェル分布からのずれ（歪み）の揺らぎの計測時間
分解能を10kHzまで向上させ，乱流の研究を「実空間」から「位相空間（実空間＋速度空間）」に拡張【定常性の確立】「突発的な閉じ込め崩壊」の原因をとなる分布関数の歪み＝自由エネルギーとその解放メカニズムを解明

プラズマ中の温度・磁場・電場・乱流を10kHz以上の高時間分解で計測するシステ
ムを構築【予測性の改善】ミクロから創発されるマクロ現象を正確にミュレーションで予測できる物理モデルとスキームを確立

実験と比較検証することにより，マクロ現象として観測される「閉じ込め限界」や「突発的な閉じ込め崩壊」の原因となるミクロ集団現象を再現・予測できるミクロ・マクロ連結シミュレーションを開発

炉心コンパクト化のイノベーションを駆動する科学的指導原理を確立し，性能改善への新しいルートを開拓する
ミクロから創発される集団現象を速度分布関数によって理解する一般物理を発展させ，例えば磁気圏や降着円盤など宇宙・天体プラズマのダイナミクス理解に応用する閉じ込め崩壊を招く突発現象のメカニズムを解明し，予測と回避を方策を開拓する
局所的な揺らぎが大域化して構造変化を引き起こす現象の一般的特徴を解明し，例えば太陽フレアやX線バーストなどの宇宙の爆発現象の理解に応用する
核融合炉心プラズマの性能をシミュレーションで予測可能とする
ミクロからマクロの広いスケール階層を超越する複雑現象のシミュレーションスキームを開発し，例えば宇宙・天体プラズマ現象の理解や災害の予測・予防に応用する

33

世界の大型研究計画
世界の大型計画

ITERにおける核燃焼プラズマの本格的な実験は2035年以降に実施される計画
それまでに，広い学術界からの研究参加に向けた学術研究基盤の拡充と人材育成の強化が必要
本計画の推進は，我が国の研究力アップと学際的・国際的ネットワーク強化のために不可欠計画で開発する世界最高性能の計測システムは，ITERの実験において，日本の研究チームがリーダーシップをとるための強力な武器
実験データとシミュレーションを連携させる研究（データ同化技術など）も進める必要34

文部科学省『フュージョンエネルギー・イノベーション戦略を踏まえた最近の取り組み』
第36回核融合科学技術委員会・資料１より

35