ＪＴ ６０ＳＡＪＴ­６０ＳＡ−核融合エネルギーの実現に向けて−

核融合とは軽い原子核どうしが衝突して重い原子核に融合することです。
星や太陽が輝き続けるのも、この核融合で発生したエネルギーによるものです。
このエネルギーは地上でも発生させることができます。
水素の仲間である重水素と三重水素の原子核を高温で融合させるのです。
地球環境に優しく安全性に優れた “地上の太陽” を実現するため、世界規模で研究開発を進めています。

国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構

核融合研究の中核装置 JT-60SA
核融合炉の燃料はプラズマ状態

重水素と三重水素の原子核が融合すると、大きなエネルギーを持ったヘリウムと中性子が発生します（重水素と三重水素 1 グラムで石油約 8 トン分のエネルギー）。
しかし、これらの原子核はともに正の電荷を持つため、相互の反発力に打ち勝って融合させるには毎秒 1000 キロメートルもの高速で勢いよく衝突させる必要があります。そこで、1 億度以上の高温に加熱する必要があります。このような超高温になると、原子核と電子がバラバラになって飛び回る状態（プラズマ）となります。

ここまできた核融合研究

超高温プラズマを安定に保持する研究開発は 1950 年代から開始され、トカマク方式（強力な磁場でドーナツ形状のプラズマを閉じ込める方式）により飛躍的に進展しました。1990 年代には大型トカマク実験装置（日本の JT-60、米国の TFTR、欧州の JET）等が研究開発にしのぎを削った結果、核融合炉に必要とされる高温・高密度プラズマの実現を見通せる数々の成果が得られました。これらの成果に立って、核融合エネルギーの科学的・技術的実現性の実証を目指して、日本、欧州、米国、ロシア、韓国、中国、インドは共同で、フランス南部のサン・ポール・レ・デュランス*) に国際熱核融合実験炉（ITER）を建設しています。
* ITER 建設地については、ITER 機構の表記に合わせ、これまでの "カダラッシュ" ( 地元の呼称 ) から "サン・ポール・レ・デュランス " ( 行政住所 ) へ変更しました。

JT-60SAの役割

JT-60SA の前身である JT-60 は那珂核融合研究所に建設された世界最大級の実験装置です。1985 年の実験開始以来、数々の記録と発見で世界の核融合研究を牽引し、2008 年に 23 年間の運転を終了しました。特に、核融合出力を高めた定常運転方式の開発を通して ITER の設計に大きく貢献しました。JT-60SA（JT-60 Super Advanced ）計画では、これまでの定常運転方式の開発成果を受け継ぎ、JT-60 の本体を日欧共同で超伝導トカマク装置に改造するとともに、プラズマの安定性を高める制御機器を豊富に装備することで、以下の役割を果たします。

ITERの目標達成を支援

原型炉に向けた研究（ITERを補完する研究） 人材育成

JT-60SA は、ITER に対して最も 原型炉では、定常運転（連続的に発電できる）に 我が国唯一の大型トカマクと大 き な 支 援 が 可 能 な 装 置 で す。 加えて経済性（小型・高出力で発電単価が安い） して、ITER 計画をはじめとす
ITER に先行して臨界条件クラスの の観点からも核融合炉が魅力的であることを実証 る世界の核融合研究開発を主プラズマ *) を長時間維持する実験 する計画です。JT-60SA では、ITER の運転目標 導できる研究者・技術者を育を行い、その成果を ITER へ反映 より更に高い圧力のプラズマを長時間（100 秒程 成します。
させます。
度）維持する運転方法を確立することで、この経済性の実証に貢献します。
* 核融合反応による熱出力と高温プラズマの維持に必要な外部からの加熱入力がつり合う条件が「臨界プラズマ条件」で、このような高性能プラズマを指します。

高圧力プラズマ

超伝導化

▲
▲
▲

JT-60

那珂核融合研究所

JT-60SAITER補完ITE

JT-60SAの目標領域

4
3

JT-60

2

現在までの世界の実験データ

1
0〜

〜

5

原型炉〜

ITER支援602040ITER定常運転

ITER標準運転

〜

人材育成

〜

原型炉〜

▲
▲
▲

▲
▲
▲

プラズマの圧力指数(低←核融合炉の経済性→高)▲▲▲サン・ポール・レ・デュランス( フランス )ITER・核融合炉の燃料（高温プラズマ）がぎっしり詰まった高性能燃料・これを安定に保持することで、核融合炉を小型化できて経済性が高まります60 80 100 400 3000
維持時間(秒)高圧力プラズマを安定に保持する制御機能を装備した先進的な大型超伝導トカマク
那珂核融合研究所に建設
既存設備を最大限に活用
日欧で機器製作を分担

JT-60SA 主要諸元

ヘリウム圧縮機棟
冷凍機

電源

クライオスタット

ポロイダル磁場コイル

プラズマ電流550 万アンペア

トロイダル磁場2.25 テスラ

プラズマ主半径

３メートル

加熱パワー

4 万キロワット 100 秒

本体総重量2600 トンプラズマの位置と断面形状を自在に制御する磁場を発生する超伝導磁石

超伝導磁石を極低温に保つ容器

トロイダル磁場コイル

プラズマを閉じ込めるための磁場を発生する超伝導磁石

プラズマ中の密度や温度、中性子等の分布を測定する機器

高周波加熱装置

ダイバータ

ミリ波帯の電磁波でプラズマを加熱する装置

JT-60

JT-60SA

常伝導コイル

核融合反応で生じたヘリウムや不純物を排気してプラズマの純度を保持するとともに、プラズマからの高い熱を受け止める機器

中性粒子ビーム入射加熱装置

超伝導コイルプラズマ（ドーナツ型）

高エネルギーの水素原子をプラズマに入射してプラズマを加熱する装置

プラズマの断面約4m

真空容器内機器・常伝導トカマク装置 JT-60 を超伝導トカマク装置に改造
・高圧力プラズマの保持に適したプラズマ断面形状

12 m

・2012 年 10 月に JT-60 の解体を完了
・2013 年 1 月に JT-60SA の組立を開始
・2020 年 3 月に JT-60SA 本体の組立を完了

組立手順
クライオスタットベース( 土台 )

組立途中段階（340 度分）

JT-60SA は多数の先端機器の集合体であるため、最新鋭の 3 次元 CAD システムを駆使して、日欧共同で、構造設計、組立検討、熱・応力解析等を実施しています。

2020 年実験開始
トロイダル磁場コイル

真空容器

高熱負荷受熱部

粒子排気・プラズマを金属壁 ( 安定化板 ) で取り囲む
ことによりプラズマの不安定性を抑制
・不安定性を検知して能動的に安定化するための磁場を発生する各種コイルも装備

下側ポロイダル磁場コイル

高純度のプラズマを作るための超高真空を保つドーナツ型の容器

計測設備

冷却水設備
高周波加熱装置

真空容器

クライオスタット
中心ソレノイドJT-60SAを支える技術開発と物理研究の相乗効果
プラズマを宙に浮かせる巨大超伝導磁石の製作

ポロイダル磁場コイル ( 日本 )トロイダル磁場コイル ( EU )ダイバータ用 高熱負荷受熱機器の開発
1.5 万キロワット/m2 の熱負荷に耐えることを確認

ＥＵで製作・試験後に那珂研に到着したトロイダル磁場コイル

下側ポロイダル
磁場コイル

熱負荷が高い部分に装着高い製作精度での JT-60SA 本体巨大機器の製作
真空容器 ( 日本 )クライオスタットベース ( EU )プラズマを 1 億度以上に加熱する装置の開発
中性粒子ビーム入射加熱装置

高周波加熱装置

スペイン

世界の核融合研究を牽引した JT-60 の実験成果
年度

主な改
造

S60 S61 S62 S63 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20

当初装置(S60~)

配位変更 大電流化改造 排気ダイバータ設置 フェライト鋼設置(S63~)

(H3~)

(H9~)

(H17~)

理論研究が解き明かすプラズマの振る舞い

65 秒

5秒

10 秒

高圧力
継続時間
エネルギー
増倍率
イオン温度

15 秒

プラズマ
維持時間
28.6 秒

24 秒( 世界第 1 位 )臨界プラズマ条件達成

1.25( 世界第 1 位 )5.2 億度( 世界第 1 位 )核融合プラズマ中に観測される複雑現象を計算機上に再現し、そのメカニズムを解明する研究に取り組んで
い ま す。右 図 の 縞 模 様 は、プラズマの中に発生する様々な流れを理論計算に基づき再現したもので、プラズマの温度分布の決定機構を解明した例です。

φ Ti / Ti , a xi s

JT-60 の真空容器内：点検中 ( 左 )、実験中 ( 右 )国内および日欧の核融合共同研究拠点日欧が一体となって運営

JT-60SA 計画は、ITER 計画の「幅広いアプローチ」として日欧共同で実施する「サテライト・トカマク計画」と、我が国で検討を進めてきた「トカマク国内重点化装置計画」との合同計画です。日欧政府レベルの決定機関である運営委員会において承認された事業計画に基づき、日欧の実施機関は機器製作を分担して進めています。
また、国内コミュニティの意見を集約し、運営委員会
欧州政府これを日欧の協議に反映しています。
日本政府
事業委員会

サテライト・トカマク計画

国内コミュニティ
量研機構
大学、研究機関、
産 業 界 に 加 え、各界の有識者等との情報交換と討議

日本側実施機関( 量研機構 )事業チーム

欧州側実施機関(Fusion for Energy)

大学等の意見を設計に集約する委員会

研究計画の検討

September 2018

（JT-60SA リサーチプラン）

JT-60SA Research Plan
= Research Objectives and Strategy =Version 4.0

JT-60SA や ITER の実験を担う若手研究者を中心に、400 名を越える日欧の研究者で、ITER と原型炉に向けた JT-60SA の研究計画（JT-60SA リサーチプラン）の策定を進めています。

2018, September

JT-60SA Research Unit

日欧共著者 435 名 ( 日本 174 名、大学含む 18 研究機関 )、欧州 261名（14 カ 国、33 研 究 機 関）で2018 年 9 月に完成した第 4.0版。

国内コミュニティ

那珂核融合研究所
日欧の技術会合

国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構

5 ページの EU の施設 / 機器の写真：F4E 提供
表紙の写真：太陽（NASA）、M83 銀河 ( 岡野邦彦氏 提供 )本部
〒263-8555
千葉県千葉市稲毛区穴川４丁目９番１号
Tel 043-382-8001
https://www.qst.go.jp

那珂核融合研究所〒311-0193
茨城県那珂市向山 801 番地 1
Tel 029-270-7213
https://www.qst.go.jp/site/naka/
2021 年 1 月作成