未来をつくるエネルギー

核融合NAOT INA LI N S TI T U T E

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S I O

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E

大学共同利用機関法人

自然科学研究機構

核融合科学研究所

地 上 の 核 融 合 実 現 に 向 け て
核 融 合 科 学 研究所へようこそ
わ た し た ち は、将来の核融合発 電 の 実 現 を 目 指 し て
学 術 的 な 研 究を行っています
核 融 合 発 電 に使用する燃料資 源（ 重 水 素 と リ チ ウ ム ）は
海 水 中 に 豊 富に含まれており 、ほ ん の 少 し の 燃 料 で 、非 常 に 大 き なエネルギーを得 る こ と が で き ま すさまざまな 国 で 産 業 が 発 達 し 、新興国の世界のエネ ル ギ ー 消 費 量 は 増 え る一方ですが、経済や産業が活発になって、化石燃料な ど の エ ネ ル ギ ー 資 源 には限りがあります。

エネルギーの消費量はどんどん増えています。

世界の1次消費 エ ネ ル ギ ー の 推 移160
核融合科学研究所

マスコットキャラクター

140

ヘリカちゃん

化石燃料の残り年数

120︵石油換算 億トン︶

（年）
160

100

139年

140

80

130年

120
60

100

40

80
60

20

54年

49年

400
1965

1970

中・南米

19

アフリカ

75

1980

1985

1919（西暦）

90

95

北米

2000

2005

2020

1520

20

200

欧州・ユーラシア

アジア・太平洋諸国

10中東

出典：
BP 統計2022

石油

石炭

天然ガス

ウラン

出典：BP統計2021/URANIUM 2022

地球温暖化をはじめとする環境問題が深刻化している現在、新エネルギーは環境負荷の少なそこで注目されているのが、いものが望まれています。

核融合エネルギー

太陽光や風力、地熱などを利用する自然エネ
ルギーは、環境負荷の少ないエネルギー源ですです。

が、これらだけでは産業や都市機能を維持するような大規模な発電は困難です。

新エネルギー★ 太陽光エネルギー★ 風力エネルギー★ 地熱エネルギー など

核融合エネルギー

未来をつくるエネルギー

核融合

02

THE FUTURE ENERGY

核融合とはつまり、

核 融 合 の “ 核 ”って な ん だ ろう ？

わたしたち人間の体の中にも原子核がたくさん存在して電子と共に原子を構成している 原子核 のことを表しているんですよ。

います。世の中にあるどんな物質もどんどん細かく見ていくと、原子が集まってできていることが分かります。その原子の中心にあるものが原子核なのです。

で は 、核 融 合 っ て な ん だ ろ う ？
それは水素のような軽い原子の原子核同士がくっついて、別の重い原子核になることをいいます。

エネルギーを軽い原子核持った粒子

例えば水素

中性子や陽子核融合反応

少し重い原子核
例えばヘリウム

一方、原子力発電所で起こしている反応は核分裂反応です。
核融合反応とはまったく異なります。
中性子

重い原子核

核分裂反応

03

例えばウランNATIONAL INSTITUTE for FUSION SCIENCE

核融合反応を起こすには通常の状態では、原子核が単独で存在することはないため、核融合反応が起こることはありません。
核融合反応を起こすには、物質の状態を原子核と電子がバラバラとなるプラズマの状態にする必要があります。
核融合科学研究所では、このプラズマについての様々な研究をしています。ただし、核融合反応を起こす実験は行っていません。

第4の状態

原子核−＋＋＋

プラズマ＋−−−−＋−

電子−＋−

プラズマの仲間には、雷、オーロラ、太陽や蛍光灯があります。

高温

10,000℃

第3の状態

気

さらに気体を加熱するとプラズマ状態になります。

体
水蒸気

100℃

第2の状態

液体
水

0℃

第1の状態

固体
氷

低温

未来をつくるエネルギー

核融合04

THE FUTURE ENERGY

世界の核融合研究

ドイツ

核 融 合 の 研 究 は 世 界 中 で 行 わ れて いま す 。
フランス

イギリス
オランダ基礎エネルギー（FOM）研究所（DIFFER）（オランダ）

W7-X【ヘリカル方式】

マックス・プランク・プラズマ物理研究所（IPP）

カールスルーエ工科大学
（KIT）
（ドイツ）
サンクトペテルブルグ工科大学(SPbPU)(ロシア)

ロシア科学センター
クルチャトフ研究所（KI）（ロシア）

Coutesy of EUROfusion

WEST【トカマク方式】

原子力・代替エネルギー庁（CEA）

JET【トカマク方式】

ロシア科学アカデミー
一般物理研究所（GPI）（ロシア）

カラム研究所ウクライナ科学センター
ハルキウ物理工学研究所（ウクライナ）

共西南物理研究院（SWIP）（中国）

プラズマ物理・レーザー
マイクロ核融合研究所（IPPLM）（ポーランド）エクス・マルセイユ大学（AMU）（フランス）

スペイン

同華中科技大学（HUST）（中国）

チェコ科学アカデミー
HiLASEセンター（チェコ）ベオグラード大学（セルビア)

北京大学（中国）

中国RFXコンソーシアム（イタリア）
プラズマ理工学研究所（ISTP)(イタリア)

TJ-Ⅱ【ヘリカル方式】

エネルギー環境科学技術研究センター(CIEMAT)ITER【トカマク方式】
ITER機構LHDはヘリカル方式です

欧、日、米、中、韓、印、露の7極が協力して、フランス南東部のサン・ポール・レ・デュランス市に建設しているITER（イーター）という実験炉は、LHDとは異なった、トカマク方式で設計されています。

CFQS【ヘリカル方式】
西南交通大学(SWJTU)

いろんな方法で核融合の実現を目指しています。

ヘリカル方 式トカマク方 式

レーザー方 式ポロイダルコイル

ポロイダルコイル

レーザー光
電流

ペレット（燃料）
ヘリカルコイルプラズマ

コイルをらせん状にひねってドーナツ型の磁場を作り、プラズマを容器に閉じ込めます。

05

トロイダルコイル

プラズマ

プラズマ中に電流を流すことでドーナツ型の磁場を作り、プラズマを容器に閉じ込めます。

強力なレーザーを使って超高密度の状態を作ります。

チェンマイ大学（CMU）（タイ）

NATIONAL INSTITUTE for FUSION SCIENCE

韓アメリカ

国

Photo by Elle Starkman

KSTAR【トカマク方式】

韓国核融合エネルギー研究院(KFE)

NSTX-U【トカマク方式】

ここで使われている実験装置を

プリンストンプラズマ物理研究所(PPPL)

次のページで詳しく見てみましょう！

日本
ウィスコンシン大学
マディソン校（アメリカ）

カリフォルニア大学
ロサンジェルス校
エネルギー科学技術先進研究センター（UCLA）（アメリカ）

LHD【ヘリカル方式】
核融合科学研究所

中オークリッジ国立研究所（ORNL）（アメリカ）
オーバーン大学理数学部（AUCSM）（アメリカ）
テキサス大学オースチン校（IFS）（アメリカ）国

EAST【トカマク方式】

中国科学院プラズマ物理研究所(ASIPP)
オーストラリア国立大学（ANU）(オーストラリア）日

日本の核融合研究日本でも最先端の研究を行っています。
日日

日

本

本

本

JT-60SA【トカマク方式】
量子科学技術研究開発機構

本

画像提供：国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

Heliotron J【ヘリカル方式】

日本

京都大学エネルギー理工学研究所

激光ⅩⅡ号【レーザー方式】
大阪大学レーザー科学研究所

QUEST【トカマク方式】
九州大学応用力学研究所

LHD
GAMMA10/PDX【ミラー方式】
筑波大学プラズマ研究センター

未来をつくるエネルギー

核融合

06

THE FUTURE ENERGY

LHD（大型ヘリカル装置）L

LHDとは
arge H elical D eviceの略です。

こ れ は 、実 験 室 の 全 体 写 真 で す 。
たくさん の 装 置 が L H D 本 体 のまわりに あ ることが 分 かりま す 。

直径13.5メートル

107

NATIONAL INSTITUTE for FUSION SCIENCE

LHD 本体のまわりにある装置は主に 3 種類2です。

1

加熱装置

2

冷却装置

3

真空排気装置なぜ3種類の装置が必 要 な の でしょう ？
詳しくは次のページへ
その他には計測装置などがあります。

3

LHD本体
こ の 中 で プ ラ ズ マを作って い ま す。

ヘリカルとは“らせん”を意味します。
LHDは装置の中にヘリカルコイルというらせん状のコイルが巻きついてできているのが特徴です。

未来をつくるエネルギー

核融合

08

THE FUTURE ENERGY

それぞれの装置の役割
1

加熱装置

LHDの真空度はどれぐらい？
大気圧

いくつも設置された加熱装置を使っ圧力鍋

1気圧て、プラズマを作ったり、プラズマの温真空パック度を上げたりします。
加熱装置にはいくつかの種類があり、2気圧100分の1気圧

蛍光灯（アルゴンガス）

電子レンジのように電磁波を使うもの、低真空ビームを入射するものがあります。

1000分の1気圧

中真空
LHD

2

（水素ガスを冷却装置入れたとき）100万分の1気圧

ヘリカルコイルには、超伝導磁石が使われています。液体ヘリウム（−270℃）

高真空
魔法瓶の断熱層を使って、超伝導磁石を冷やすと、電気抵抗が 0 になり、大きな電流を流し続けることができるため、高温のプラズマを閉 じ込めるための強い磁場を長時間に100億分の1気圧超高真空スペースシャトルの外わたって作ることができます。

3

真空排気装置

実験時の LHD 本体の中では、宇宙と同LHD（水素ガスを入れる前）じくらいの真空状態にして、プラズマを作っています。

LHD本体の中は、スペースシャトルの外を超える真空状態になるんですよ。

09

NATIONAL INSTITUTE for FUSION SCIENCELHD では、ヘリカル型の装置としては世界で初めてイオン温度 1 億 2000 万℃を達成しました。

LHD本体の中は、このようにらせん状にねじられています。
この形状がヘリカル型の特徴です。

1億2000万℃のプラズマ

LHD 本 体 の 中 は、ほ と ん ど ス テ ン レ ス で で き て い ま す。建 設 に あ た り、溶 接 な ど の 作 業 は、優れた技術を持った職人たちによって驚くほど高い精度で行われました。
なぜそれほど精密に作らなければならなかったのでしょうか？
それは、プラズマが真空状態の中でしか作れないからです。

ぼうじんふくメンテナンスの時など、人が本体の中に入ることもありますが、その際は必ず防塵服を着用します。ちりやほこり、髪の毛などが落ちると、真空状態がうまく作れなくなってしまい、高温で密度の高い、良いプラズマができなくなってしまうのです。

未来をつくるエネルギー

核融合

10

THE FUTURE ENERGY

制御室
LHD がある実験室は、プラズマ実験を行っているときは扉を閉め切り、無人の状態になります。
実験は、別の建物にある制御室から、遠隔操作で行っています。

11

NATIONAL INSTITUTE for FUSION SCIENCE

TVドラマのロケ地として、こちらの場所で撮影が行われました。

未来をつくるエネルギー

核融合

12

THE FUTURE ENERGY

将来、核融合発電が実現したら …
こ の よ う なしくみ に な り ま す

この部分は火力発電と同じしくみです。

核融合反応で発生したエネルギーを熱エネルギーに変えて水を加熱し、タービンを回して発電します。
蒸気熱交換器

冷却材
シールド
ブランケット電気プラズマトリチウム
分離精製装置蒸気タービン

発電機

水

中性子
トリチウムリチウム
リチウム
製造装置

復水器

重水素

海水
重水素製造装置

燃料注入装置

核融合は一度反応が開始されると、後は燃料を必要分注入するだけで発電できます。
燃料を入れるのを止めると、すぐにプラズマが消え、それ以上は反応が進まないので、暴走することはありません。

開ヘリウム

核融合

燃料
閉

反応は止まります13

燃料

NATIONAL INSTITUTE for FUSION SCIENCE

核 融 合 発 電 の メ リット

1

海水からエネルギーが取り出せます

自国で燃料をまかなえます

核融合エネルギーの燃料（重水素とリチウム）は海水中に含まれています。
海水から取り出されるほんの少しの燃料で、非常に大きなエネルギーを得ることができます。

日本の1人当たりの年間電気使用量を発電（7,500キロワット時）

水3リットル分
重水素 0.1ｇ

スマートフォンの電池1/3個分リチウム 0.3ｇ

核融合発電所 1 基あたり 100 万キロワットの電気が作れると想定されています。

2CO（2 二酸化炭素）を排出しません

3

暴走や爆 発 はしま せん

火力発電とはちがい、温暖化への影響はありません。

核融合発電は、持続可能で環境負荷の少ないエネルギー源です。
未来をつくるエネルギー核融合14

N A T I O

N A L

I N

S TUI T

T E

f o r

F U S I O N

S CI

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構

核融合科学研究所〒509-5292 岐阜県土岐市下石町322-6
TEL 0572-58-2222（代表）／ FAX 0572-58-2601
E-mail : nifs@nifs.ac.jp

U R L : https://www.nifs.ac.jp/

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