J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1 (2017)１
８‐２０

小特集

企業による核融合研究の最近の動向
Current Trends of Nuclear Fusion Research by Companies

１．はじめに
1. Introduction
浅井朋彦
ASAI Tomohiko
日本大学理工学部（原稿受付：２
０
１
６年１
０月２
７日）

近年，米国を中心に民間企業による核融合開発への参入

設の遅れもあり，その性能向上のペースは停滞しているとが相次いで発表されている．ロシア・サンクトペテルブル

見えなくもない．ファーストプラズマが２０２５年になると発グにおいて開催された第２５回 IAEA 核融合エネルギー会議

表された ITER に対し，多くの民間企業による核融合開発の会期中に行われたロッキード・マーティン（LM）社のプロジェクトでは，その目標時期を２０２０年代前半に設定し小型核融合炉開発に関する報道は，ご記憶の方も多いのでているものが多く，火力発電や分裂炉による原子力発電にはないかと思う［１］．近年活発化している民間企業による代わる新たなエネルギーの早期実現への，社会からの要望

核融合開発は，Nature 誌をはじめ，国内外の一般誌や学術の現れであるとも言える．事実，これらの企業には，米・誌においても取り上げられるなど，世界的にも注目を集め

Amazon.com 社や米・マイクロソフト社，ゴールドマンている［２］．これらの企業における核融合開発は，炉概念

サックス社の創業者など，民間からの多額の出資を受けてから，資金源や共同研究などの研究組織，さらには研究・いるものも少なくない．

開発に対する哲学などにおいて，実に多様であり，また，

近年，核融合開発への参入を発表し，実際に実験を開始

近年の核融合研究とは大きく異なるものも多い．

しているおもな企業を表１にリストした．本小特集では，トカマクを中心として進んできた磁場閉じ込め核融合研

これらの企業の中でも比較的規模が大きく，一方でコンセ

究は，半導体開発における「ムーアの法則」と同様に，指プトや成り立ちがそれぞれ異なるアメリカ，イギリス，カ

数関数的にその性能を向上させてきた．しかし ITER の建ナダそして日本の４つの企業について取り上げた．

表１
社名
Energy Matter Conversion Corp.
Fusion Power Corp.
General Fusion Inc.
Helion Energy
Lawrenceville Plasma Physics Inc.
Lockheed Martin Corp.
MSNW LLC.

民間企業による核融合研究

拠点 開発開始年
炉方式
米国
１
９
８
５
三軸カスプ型
米国
２００９重イオン加速器
カナダ
２
０
０２
衝撃波 MTF
米国
２
０
０
９
FRC 衝突合体（パルス）
米国
２
０
０
５
Plasma Focus
米国
２
０
１
３
Mirror-Cusp 複合
米国
１
９
９
４
FRC（Liner Compression）

Tokamak Energy Ltd.

英国

２
０
０
９

球状トカマクTri Alpha Energy Inc.
浜松ホトニクス"

米国
日本

１
９
９
８
２
０
１
５

FRC 衝突合体（定常）レーザー

資金源／連携先
米海軍−
カナダ政府，民間NASA，DoE，DoD，民間／ワシントン大民間，クラウドファンディグ
−NASA，DoE など
英政府，民間など／カラム研究所，
インペリアル・カレッジ・ロンドンなど
民間／UCI，UCLA，PPPL，日本大学など
自社資金／大阪大学，光産創大，トヨタなど

College of Science and Technology, Nihon University, TOKYO 101-8308, Japanauthor’s email: asai.tomohiko@nihon-u.ac.jp

１８!2017 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

1. Introduction

T. Asai

民間による核融合開発が加速される一方で，これらの核であり，またプラズマ消失時の磁束の変化や粒子の拡散に融合開発については，一般誌やインターネット上にゴシッ

よる誘導電流を用いたエネルギー変換法も提案されている

プ記事も少なからず飛び交っている．企業側の「ステルス［８］．FRC を用いたこれらの方式では，多くの核融合開発主義」も原因の一つであるが，例えば Nature 誌［２］，Sci-において対象とされる D-T 核融合ではなく，水素とホウ素

ence 誌［３，４］などにおいて注目を集めた記事の多くは，研による p-11B や重水素とヘリウムの同位体による D-3He 核究者によって執筆されたものではなく，エネルギー生産を融合反応などをめざしている点も特徴の一つである．これ目的とした核融合炉と中性子源開発の区別がついていない

らの方式は中性子排出が小さく，また，核融合出力を荷電などの基本的な誤解を始めとする，専門知識の不足による粒子により得られるため，熱交換器や蒸気タービンを用い記事の誤りも散見され，ゴシップめいた噂話の一因となっない直接エネルギー変換法［９］が利用できるといった利点ているようにも思われる．このような状況の中，核融合分もある．

野の専門誌である本学会誌において，当該企業に所属する

第４章では，球状トカマク（ST）による小型核融合炉開研究者によりその研究概要を解説することでこの分野への発をめざすトカマクエナジー（TE）社（イギリス）の核融

理解を深め，今後の核融合開発の発展につなげることが本合開発について紹介する．TE社の核融合開発は，
１９９７年に小特集の主たる目的である．

核融合出力 16 MW を達成した大型のトカマク装置である

まず，本章に続く第２章では，本特集を企画する契機とJET［１０］を有するカラム研究所を母体とし，基本的にはなった北米における核融合研究の置かれている状況や，

トカマク方式による磁場閉じ込め核融合研究の延長上にあ「核融合ベンチャー」が成立する歴史的，社会的背景についる．２０１５年には高温超伝導コイルを用いた小型の ST 装置て，元日本原子力研究開発機構（ST25）［１１］により，放電を２９時間維持することに成功し

関西光科学研究所長で，ている．

現在カリフォルニア大学アーヴァイン校教授兼トライアル

第５章では，日本では馴染 み の 薄 い 磁 化 標 的 核 融 合

ファエナジー（TAE）社 CSO の田島俊樹氏に，特に日本と（Magnetized Target Fusion: MTF）による核融合炉開発をの比較の観点から執筆をお願いした．
続く第３章では，米・カリフォルニア州アーヴァイン近進めるジェネラルフュージョン（GF）社（カナダ）のプロ

郊を拠点とする TAE 社において開発が進められる磁場反ジェクトについて解説する．MTF は，ロスアラモス国立研

転配位（Field-Reversed Configuration: FRC）の衝突合体に究所などにおいても研究が進められている方式でありよる核融合炉について紹介する．FRC は，トーラス型磁場［１２］，磁場閉じ込めと慣性核融合の中間である 1026 m−3

閉じ込め方式において，極限的に高いベータ値（〜１００％）程度の磁化したプラズマを爆縮することで核融合反応を得を実現する方式であり，それ自体は核融合研究の歴史におる手法である．慣性核融合と同様にパルス的に核融合条件

いて，比較的早い時期から研究されてきた［５］．TAE 社のを満たすことを狙うものであり，GF 社では液体リチウム

C-2/C-2U 装置では，この FRC を，500 km/s を超える相対を添加した溶融鉛中に磁化プラズマを入射し中心で合体さ速度で衝突・合体させ，さらに 10 MW の NBI システムにせると同時に，多数のピストンで溶融鉛中に衝撃波を発生

よって高エネルギーイオン成分を形成することで得られる

させ，磁化プラズマごと圧縮するという独自の方式を採っ"Advanced Beam-Driven FRC"により，5 ms を超える配位ている［１３］．前述の PHD やこの MTF 方式は，実現すれば持続時間を実現している［６］．C‐
２U 装置における最近の実

トカマクなどによる定常炉と共存する負荷追従型発電とし

験では，プラズマの閉じ込めについても，これまでの FRCての役割も期待される．

のスケーリングよりも１桁以上高いという革新的成果を得

表１に示した民間における核融合炉開発において，唯ている．この装置はわずか１４ヶ月の運転で当初の目標を予一，レーザーによる慣性核融合をめざす浜松ホトニクス社

定どおり達成して解体され，現在は新たな装置の建設が行について第６章で取り上げる．同社は，これまでも大阪大われている．新装置の建設期間はわずか１年半であり，民学レーザーエネルギー学研究センターで行われている慣性間における核融合開発のペースの速さが伺える．

核融合開発をはじめ，計測などの分野においても核融合開

この他，本小特集では取り上げていないが，FRC を応用発に貢献してきたが，２０１０年に自社資金による独自の核融した核融合炉方式として，Helion Energy（HE）社が，FRC合開発の開始を発表した．実用化の目標時期は公表されての移送速度を利用してプラズマを圧縮加熱するパルス高密

いないが，半導体励起固体レーザーを用いた高繰り返し

度（Pulsed High Density: PHD）核融合炉方式の開発を進めレーザー核融合ドライバーの開発などにおいて着実に成果ている［７］．HE社は，研究資金を民間に限定することによを上げている［１４］．

り政府の政策による影響を排除した TAE 社とは異なり，本小特集記事で取り上げた以外にも，民間による核融合

エネルギー省や NASA などによる支援を受け開発を進め開発は米国を中心に活発化しており，そのコンセプトは，ている．Inductive Plasma Accelerator（IPA）と名付けら

過去に研究された方式のリバイバルとも言えるものから，れた同社の装置では，TAE と同様に，相対速度にして 400

SF の設定のような斬新なアイディアまで実に多様である．

−600 km/s の FRC の衝突合体により，運動エネルギーをまた，研究組織のみならず，投資家との関わりといった点

イオンの熱エネルギーに変換することで高温の FRC を得においても，これまでの学術研究には見られない新たな文る．TAEと大きく違うのが，FRCを衝突と同時に急速に径化を築いており興味深い．これらを踏まえ，本小特集の最方向圧縮し，パルス的に核融合反応を得ようとしている点

後に，京都大学大学院エネルギー科学研究科教授の岸本泰
１９Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

明氏に，民間における核融合研究の可能性や日本の核融合

チャー企業の成立は容易ではないと思われるが，本小特集

コミュニティとの関わりなどについて，客観的視点からま記事が，日本国内の核融合コミュニティに新たな研究文化とめていただいた．

を取り込み，核融合開発の広がりや加速の一助となること

これらのいわゆる「核融合ベンチャー」による研究・開を期待している．

発は，一括りに「眉唾」扱いされることも少なくない．このような状況において，冒頭に紹介した LM 社の核融合開

参考文献

発参入についての報道は，民間における核融合研究へ社会［１］"Skunk Works Reveals Compact Fusion Reactor Details",
Aviation Week & Space Technology, Oct 15 (2014).
［２］M.M. Waldrop, Nature 511, 398 (2014).
［３］D. Clery, Science 345, 370 (2014).
［４］D. Clery, Science 349, 912 (2015).
［５］浅井朋彦 他：プラズマ・核融合学会誌 84, 498 (2008).
［６］M.W. Binderbauer et al., AIP Conf. Proc. 1721, 030003(2016).
［７］John Slough et al., Nucl. Fusion 51, 053008 (2011).
［８］G. Votroubek, Private Communication.
［９］Y. Yasaka et al., Nucl. Fusion 48, 035015 (2008).
［１０］P. Puglia et al., Nucl. Fusion 56, 112020 (2016).
［１１］A. Sykes, IEEE Trans. Plasma Sci. 42, 482 (2014).
［１２］T. Intrator et al., Phys. Plasmas 11, 2580 (2004).
［１３］V. Suponitsky et al., Computers & Fluids 89, 1 (2014).
［１４］Y. Mori et al., Phys. Rev. Lett. 117, 055001 (2016).
［１５］http://www.physics.uci.edu/US-JAPAN-CT2016/の注目を集めたと同時に，研究者が原理やその実現可能性を検証する気運を高めたようにも思われる．LM 社の開発
内容については読者諸氏も大変興味のあるところだと思われるが，今回は同社の開発スケジュール等の都合で執筆が叶わなかった．しかし，２
０１６年８月にカリフォルニア州
アーヴァインにおいて開催された日米コンパクトトーラス
ワークショップでは，LM 社をはじめ，GF 社，TAE 社，また本特集では取り上げなかったが Energy Matter Conversion Corp（EMC2）社などの核融合開発を行う企業からも多数の研究者が参加し，開発の進捗についての報告やディ
スカッションが行われた［１５］．
また，民間における核融合開発への投資が加速する背景には，D-T 核融合実験の開始のスケジュールが２
０３５年１２月と発表された ITER プロジェクトの遅れの影響もあるものと思 わ れ る．国 内 で は，核 融 合 開 発 を 専門 と す る ベ ン

２０

J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1 (2017)２
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小特集 企業による核融合研究の最近の動向

２．北米における起業精神と核融合開発
2. Entrepreneurial Spirits and Fusion Research in North America
田島俊樹
TAJIMA Toshiki
カリフォルニア大学アーバイン校ノーマン・ロストーカ主席教授，TAE 科学担当役員（原稿受付：２
０
１
６年１
０月２
７日）

故 Rostoker 先生は，国家資金に依拠せず私的ファンドで，現行とは違う新たな核融合研究方法論を開闢した．それには（１）end in mind と考え，点火条件が難しくなっても中性子非発生燃料を軸に据え，核融合炉の技術的困難の大幅な減容を図る．これは，（２）'time is money'なので，炉技術開発時間を短縮することが，最も時間やコストの圧縮になるからである．それを実践するには，（３）'fail fast'と心し，最もリスクの高い課題から取り組
む．これらの考え方はビジョンが壮大で人類社会のためだと共感をいただけ，（４）social impact 投資をしようという方々も出てくるのではないか．また，研究の雪崩的展開を誘引するためにも，（５）low-lying fruits を早々に刈り取りながら，本丸の核融合炉へと迅速に進んでいく．これが起業精神に立脚した核融合開発の哲学の概要である．
Keywords:
end-in-mind, 'time is money', 'fail fast', social impact, low-lying fruits

２．
１ なぜ核融合研究には時間が掛かるのか？

れる．例えば，プラズマの一つの不安定性を見つける→そ「核融合の完成は何時でしょうか？」とよく聞かれる．

のより詳細な研究→非線形領域の研究→各論へ，等々．行

よく冗談ぽく言われるのは「その問いが発せられてから３０

けども行けども課題が限りなく出てくるので，一生涯の研年後」．１９４０年代，当時の最優秀な人材が核融合に集結し究分野となりうる．

ており，その時はもうすぐかと思われていたこともあり，

２．
２ 別個の方法論は存在するのか？

核融合研究は当時極秘裏に進められていた．そうはいかな
いことがわかり，秘密が解け公開の研究となる．核融合のもし既存の方法論では，核融合を比較的短期に実現する存在証明自体は，星や水爆で実証済みだが，その制御が問ことが容易でないとするなら，何か別のアプローチはない題であった．

のか？

難しい要因，領域進展に時間がかかる背景は何か？

そういう問題意識で注目されるのは，北米における企業精神に則った核融合研究の出没である．この研究と① 「プラズマ」は無形性を意味する血液プラズマから命はどういうものなのか？

名されたように，我々の相手のプラズマ性とは，無形性でえ方とは何か？

あり，不安定な物質である特徴である．

金で長大な開発はできるのか？

②

は何なのか？

プラズマという遠距離まで相互作用が到達する多体系

そのベースにある社会活動や考研究存続が予定契約されていない私的資
それを可能せしむる条件

こうした方法論に関した疑問があるであろでは，学問研究が分析的（演繹的）よりも，統合的（帰納う．ここではその一般論に触れることは避け，筆者の一体的）サイエンスとしての様相を濃く持つ．これは，研究す験と巡り合った哲学を通じてその一端を語ってみたい．

ればするほど原理の数が減り簡素化していく素粒子研究の

私は，２００２年−２０１１年と米国を離れ，日本，欧州と渡っような領域と対照的に，プラズマ科学は多様性・複雑性をた．戻ってみると，米国における国家研究投資による推進

生ずる学問である．

の様子がこの間に様変わりしていたと感じた．欧州やアジ③

アで私が主に仕事をしていた高強度場レーザー科学では，

現在のプラズマ核融合研究体制が，その学問の構造に良くマッチしているのか？

当初世界をリードしていた米国は，欧州に全く後塵を浴び④

アカデミック研究の一つの特徴は，（a）より易しい問る有様．アジアにさえ負けている．最近は，国家資金によ題から始める；（b）自己の比較的狭い専門領域を早くにる核融合でさえ，欧州・アジアに後塵を拝しかかっている

確立し，その分野を掘り下げその道の権威となる．

つまように見える．２．
１で述べた一般論に加えて，最近の米国にり「極める」「磨く」といった方法論；（c）この方法論，運おける連邦研究資金のあり方が，この問題に拍車を掛けて営でより影響力のある研究領域が特化して深く掘り下げらいるようだ．

Norman Rostoker Chair Professor, University of California at Irvine, Chief Science Officer, Tri Alpha Energy
author’s email: tajima@trialphaenergy.com

２１!2017 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

しかしもしかすると，今米国は私的資金での核融合開発

言っておれない．また，連邦政府資金での上述した研究体の端緒に新しい曙光を見つけたのかもしれない．それはな

制や成果のペースについての反省に立った別個の方法論をぜか？

編み出さねばならない．これらを私なりにごく手短に略記してみよう：

連邦政府の研究資金繰りが苦しくなってきているからという理由は，恐らく一端でしかないように思える．新しい①

研究・開発の方法論が編み出されてきたことが，より積極するのでなく，我々は fail fast（「早く失敗せよ」）と言うの的な理由ではないか？

である．これは，Google などシリコンバレーでの合い言葉

この点に付いて少し論を深めてみ

狭い分野の研究に特化して長く長く研究を続けようとでもある．つまり，研究は最も不確かな危険の高いテーマ

よう．
私は，１９７３年 Norman Rostoker 先生の学生としてこの地から始めよ．もし最もリスクの高い問題で当該研究が頓挫

アーバインで歩み始めた．今でも忘れはしない１９７３年９月

すれば，その先の投資の無駄が最小化されるから．アカデに空港に着いたところ，南加の眩しい陽光を背景に濃いサ

ミックな publish or perish（「出版せねばくび」）ではなく，ングラスを掛けハワイアン T シャツを纏ってサンダルを文字通り time is money（「時は金なり」）である．この精神突っかけた男の人が私を出迎えてくださった．日本ではでの運営のため，事業が死なないように死にものぐるいでギャングみたいな格好のとか表現されかねない風貌であ働き知恵を出す．最も高いリスクの第一関門がクリアされる．それはとにかく，日本からのぽっと出の無名の学生をれば，リスクが次に高いテーマへと移って行く．Rostoker

大先生が空港で出迎えてくださるなんて前代未聞のことで先生の研究歴はとても長く，４〜５０の PhD 学生を出しておある．私はこの方の人格にいたく感服した．空港からの車られるので，その全容をここで紹介はできない（文献［１］をの中からは冗談がやたらと出てくる，そうした情の深いご参照）．ただ，ここで述べる４つの要素などを満足でき

ユーモラスで形式張らない先生である．後年であるが，る概念として，彼の一生の結晶である加速器と磁気閉じ込

Dawson，Rosenbluth の両巨匠からも教授を受ける幸運にめの概念の融合とそのために最も自然な配位として，プラも巡り合った．Rostoker からは，会ったすぐその年に「もズマの内部に磁場の無いところも存在するような「磁気反うプラズマの理論は構築され終わったよ．これからは，そ

転配位」（FRC）の選択にたどり着いたのである（この配位れを使った応用（社会インパクトとここでは言って良いかについては，浅井，郷田両氏の論文を参照）．FRC プラズもしれない）だよ．」と申し渡された．東大で一丸先生から

マは磁場が弱いので「甲羅がない幼児」のように最初はふプラズマの理論をやるのなら Rostoker が一番と背を押しわふわして潰れやすく，甲羅のある昆虫のような強い磁場ていただいてやってきてこの言葉だったので，暫くショッを持つ配位と異なり，その生成時最も脆弱である．このクで私は動けない位くらいだったものだ．教授は傲慢さはFRC では，加速器が繰り出すビームが恰も自転車の輪が回微塵もなく悪戯っぽくなつっこく話しているのである．こ転をすればするほど安定化するように，初期運転のマス
ターから始まり，不安定性の制御，輸送の改善などへとうした薫陶を彼から受け今日の私はある．

徐々によりリスクの低い達成課題へと続けていくのであ欧州から米国に２
０１１年に戻り，TAE の研究担当重役をお引き受けすることにした．その前からも Rostoker やる．

TAE の哲学には１
９７３年以来ずっと連続的に私は浸され洗②

礼されてきた．

的学問なので，「入り口から入って奥を極める」というの

核融合プラズマ科学はどちらかと言えば統合的・帰納ではなく，end in mind（「出口から遡れ」）と考える．この２．
３ Rostoker の哲学

方が学問体系の構造と方法論のそりが良さそうだ．入口かRostoker が長年の労苦の末編み出し TAE が集積して来ら入り奥を極めようとすると至る所で道が分岐し複雑化した哲学の一端をここで紐解いてみよう．彼は，数学力がとていくので，まず出口を見極めそのゴールに到達する戦略

んでもなく突出した物理学者で，それでいて出自は実験地を考えるというアプローチである．例えば，核融合炉を考球物理屋である（詳しくは２０１４年に亡くなった彼を記念しえる．TAE（など）極一部を除き，ほとんどの研究所ではた本［１］をご参考に．その数学力を発揮し固体物理の古典

融合温度の最も低い D-T 燃料に限られている．Rostoker

的基本手法「汎関数バンド理論」（共著者３名の頭文字を

先生は end in mind で，D-T 反応が多量の高エネルギーの中

取って KKR 理論）を彼はプラズマへ転向する前に書き上性子発生を伴い，燃料点火の物理条件は容易でも，核融合げていた．K なる Kohn 先生はこうした仕事でノーベル賞

炉の技術の困難が重積することを見抜き，物理的に敷居のを授与された）Rostoker は，私が彼と知り合ってからは高い高温の燃料p-11B（反応物は電荷のあるアルファ粒子のずっと孤高で直言の一匹狼のイバラの道を強靭な精神力とみ）を選んだ．物理の敷居を敢えて高くしても，その後にユーモアで持ち堪え歩んできた．自分の哲学と学風を周り来る技術面の困難が著しく軽減するという戦略は①の failのそれと違っていても恐れず通したからである．長い間国

fast の哲学とも噛み合う．

家資金は，彼の名声をしても渺々たるもの．１
９９８年には，③

ついに国の資金を諦め私的資金に切り替え，TAE 会社をる事業でなければならない．そのためには重箱の隅を突く立ち上げた．

ような研究はさっと通り過ごし，本質解決に突進する体質

私的資金研究では，究極的に投資に見合う利潤を挙げ私的資金であるから上記した「一つの専門に特化して掘を身につけねばならない．こういうと，研究は秘密秘密でり下げそれで有名になってから」などという悠長なことは

生き馬の目を抜くような研究態度と思われるかもしれな
２２

Special Topic Article

2. Entrepreneurial Spirits and Fusion Research in North America

い．最近，日本のテレビを見ていると「金融工学者の挫折

T. Tajima

れなかったのではないか．

と挑戦」と言ったようなテーマでの番組（皆様も見られた

各企業は自らのレゾンデートルと創意で立業しているのかも し れ な い）が あ り興 味 深 く 拝 見 し た．リ ー マ ン・でその哲学が皆同じとは思っていない．色々な創意あるトショックの反省から主人公のジョン・ソー博士は，マネー

ライが試されfail fastで篩に掛けられ，その中からある活動

ゲームで金儲けをしようとするマネー資本主義から脱皮しが浮かび上がってくるのかもしれない．ただ我々は，そうsocial impact（社会貢献事業）に金融工学で資金を回し社した活動の精神の芯として，企業哲学は我々に取って個別会の活性化を図ることで利潤を挙げるという戦略を紹介しの企業技術よりも重要だと思っている．最後に，繰り返していた．マネー資本主義と対局的な social impact は，慈善になるが，我々は，上記の研究活動とそれを支える企業活事業とは違い利潤を追求しながら，いっぽうでは社会的貢動を通じて，現在の人類が抱える環境問題，エネルギー問献を目的とする点については慈善事業と共通する点を持つ

題，気候変動，「南北」問題，などの社会的課題へのささや

ので，その二極の間に位置する戦略と考えられる．我々は，かではあるが真剣な貢献とコミュニケーションの惹起へ向投資者に当研究が単なる金儲けの道ではなく，人類存亡をけて，路傍の石になる覚悟である．皆様方からのご連絡，

問う気候変動への答えを早期に出す手段として提案し，気コメントやご協力を得ながら，こうした社会活動に尽力し

候変動研究者・投資家など社会への積極貢献を重視する活たい所存である．是非，積極的な意見交換，研究交流，社動なども展開する．これは，社会からの自発的支援こそが会交流などをお願いしたい．先達や同僚からいただいた啓我々の起業の支えの原動力の一つであると信じるからだ．

示，教授，共同作業に深く感謝するとともに，これらかもこうした点について読者の皆様とも対話をしていきたい．

受けるかもしれない激励，協同，社会的・研究上の連携に④も予め謝意を捧げたい．

fail fast と正反対に見えるようだが，我々は low lying

fruits（「易しく手に入る果実」）をもめざす．これには，

参考文献

我々が開発した技術が核融合炉より前に利用できるような医療技術などが例に当たる．この考え方は，③の社会貢［１］T. Tajima, and M. Binderbauer, eds. Physics of PlasmaDriven Accelerator and Accelerator-Driven Fusion: Proceedings of Norman Rostoker Memorial Symposium(AIP, NY, 2016). http://scitation.aip.org/content/aip/proceeding/aipcp/1721

献重視の考え方と軌を一にする．
「果実」が早く社会的に実現されることは，我々の技術力への信頼を増し，「果実」
取りが寄り道になるのでなく逆に核融合炉への道がより現実化しそれを支援・加速する力にも転化できるであろう．
この考え方は，従来の核融合研究にあまり適用されてこら

２３

J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1 (2017)２
４‐２７

小特集 企業による核融合研究の最近の動向

３．トライアルファエナジー社による核融合研究
3. Nuclear Fusion Research by Tri Alpha Energy
郷 田 博 司１）， BINDERBAUER Michl W.
GOTA Hiroshi１）and BINDERBAUER Michl W.
（原稿受付：２
０
１
６年１
０月２
７日）

トライアルファエナジー（TAE）では，２つの磁場反転配位（FRC）プラズマの衝突・合体と中性粒子ビー
ム入射（NBI）によって高温プラズマを得る手法で，平均ベータ値が１に近い磁場閉じ込め核融合方式をめざした実験・研究を行っている．最終的には先進燃料 p-11B を用いた中性子排出のない核融合炉の開発・運転を目標としている．最近 C-2/C-2U 実験で得られた，総出力〜10 MW の NBI システムによって形成・保持される FRC
プラズマの性能は，平衡配位持続時間が〜5+ミリ秒（寿命〜10+ミリ秒）に伸長し，粒子・エネルギー閉じ込め特性が飛躍的に向上するなど革新的成果がいくつも挙げられ，今後の更なる向上も期待できる．
Keywords:
field-reversed configuration, FRC, compact toroid, neutral beam injection, plasma sustainment, aneutronic fusion, advanced fuel３．
１ TAE の企業・研究背景

プラズマとして採用する魅力・利点などについては，これまで本学会誌での特集記事［４，５］や他学術誌のレビュー記

アメリカ・南カリフォルニアに拠点を置くトライアル
ファエナジー（Tri Alpha Energy，以下 TAE）は，商用核事［２，３］で紹介されたり，炉心概念設計"ARTEMIS"［６］と融合炉の開発・定常運転をめざす民間企業として１９９８年にして発表されたりもしている．FRC は自己トロイダル電流

設立され，現在は世界最大規模の私的資金の投入実績と実により形成されるポロイダル磁場のみで配位が成り立ち，験装置を有する企業として活動している［１］．この会社設

そのプラズマ圧と外部の磁気圧比で示されるベータ値は

立には，カリフォルニア大学アーヴァイン校（UCI）の故

１００％に近い平衡状態を持ち合わせていることから，コン

Norman Rostoker教授，フロリダ大学（UF）のHenk Monk-

パクトで高効率の核融合炉心プラズマとしての魅力に長け

horst 教授，そして本稿の共著者である Michl Binderbauerている．また，その閉じた磁力線構造は FRC（セパラトリ

博士等が携わり，今でも会社設立時の企業概念や産学提携

クス）外部の開いた磁力線とは独立に存在するため，容易の体制を維持している．TAE のめざす磁場閉じ込め核融に軸方向への FRC移送が可能となり，また装置両端のダイ

合 炉 は，磁 場 反 転 配 位（FRC: Field-Reversed Configura-

バータを用いて直接エネルギー変換も実現可能であると考

tion）
［２，
３］を炉心プラズマとし中性粒子ビーム入射（NBI）

えられるなど，多くの特長や核融合炉心プラズマとしてのによって電子加熱さらには電流駆動により配位を保持し，魅力がある．TAE ではこれら多くの魅力を本質的に兼ね

水 素（p）と ホ ウ 素（11B）の 核 融 合 反 応 に よ り 発 生 す る

備えた FRC プラズマを用いて，NBI により生成される大き8.7 MeV のエネルギーを抽出することである．また，そのな Larmor 半径・周回軌道を持つ高速イオンでプラズマを

p-11B 核融合反応により３つのアルファ粒子（4He）も発生す

保持さらには加熱し，そして最終的には先進燃料を用いてることに由来して Tri Alpha Energy と社名が付けられた．

核融合反応・燃焼まで達成しようというのが狙いである．

核融合炉開発・定常運転に向け他機関・装置にて主に使FRC は磁場閉じ込め概念の世界的主流であるトカマク

用が検討されているD-T燃料ではなく，TAEでは先進燃料型やヘリカル型と比べると研究規模は小さいものの，日米である p-11B（または D-3He も可）を採用するのは核融合主

両国では TAE も含めて今でも FRC の実験的・理論的研究

反応によって人体にも悪影響を及ぼす中性子が発生しないが盛んに行われており，核融合炉心プラズマへの応用をめ

安全で究極の核融合炉をめざすからである．これは技術的ざして日々進展しているのが現状である．近年では，TAEな面でも利点が多く，中性子発生の懸念が要らない（少なでの C-2/C-2U 装置による実験結果により，これまで FRCい）ために炉設計・開発・運転を容易にしてくれる．ただ，研究で懸念・議論されてきたプラズマ不安定性の抑制や粒核融合反応・燃焼させるための条件は D-T や D-D 反応のそ子・エネルギー閉じ込め特性の改善など飛躍的進歩を顕著

れよりも難しく，その条件をどう達成させ尚且つ定常運転に表し［７‐１１］，さらには NBI の出力を上げることによりを実現させるかは今後の課題である．

FRC プラズマの平衡配位持続時間は 5 ミリ秒（プラズマ寿

FRC という磁場閉じ込め概念や特性，それを核融合炉心

命は 10 ミリ秒）を超えるまで伸長された［１２］．我々はこのTri Alpha Energy, Inc., CA 92688, USA
corresponding author’s e-mail: hgota@trialphaenergy.com

２４!2017 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

3. Nuclear Fusion Research by Tri Alpha Energy

H. Gota and M.W. Binderbauer

よ う な FRC プ ラ ズ マ 特 性 の 向 上 し た 状 態 を High-

Magnets）は装置全域にわたり配置されており，FRC 閉じ込め

Performance FRC（HPF）と呼び［１０］，そして最大 10 MW

部での軸方向磁場（!'）は平均で 0.1 T 程度，そして FRCを超える高出力 NBI による高速イオンでその HPF プラズの閉じ込めに必要な磁場のミラー比は 3−3.5 程度である．

マ 状 態 を 保 持 で き る よ う に な っ た こ と か ら Advanced

また，両端のダイバータ領域には 2 T 程度の強磁場ミラー

Beam-Driven FRC とも呼んでいる［１２］．

プラグが設置されており，開いた磁力線プラズマの閉じ込
めやプラズマガンを運転する際に重要な役割を果たしている．

本章では，これら C-2/C-2U 装置による実験結果を得ら

３．
２．
２ 高性能 FRC
（HPF）生成への主要技術れるまでの過程や肝要な技術等をレビューする形で，主要C-2/C-2U 実験において HPF プラズマを生成するためのな研究成果とともに次節で紹介する．

主要技術４項目についてそれぞれ説明していきたい．

３．
２ C-2/C-2U 実験概要・研究成果① FRC Dynamic Formation:FRC プラズマ生成時に重要

TAE における FRC に特化した研究背景や意義についてな点として，NBI が有効に効くターゲットプラズマの生成

前節で簡単に記したが，（前身である A，B，C‐
１装置によが挙げられる．そのために我々が用いている手法は，２つる研究概要は省略し）C-2 実験が本格的に始まったのはの生成領域（Field-Reversed Theta Pinch 法を採用）で作っ２００８年からである．実験開始当初は FRCプラズマの生成法

た FRC プラズマを装置中央閉じ込め部に 250 km/s 程度の速や運転最適化に力を入れ，ある程度 FRCの配位持続時間が度でそれぞれ移送し，衝突・合体させることによりNBI に適し延びたところで，電磁流体力学（MHD）的不安定性の抑制

たターゲットプラズマの生成に成功した．その衝突・合体直やNBIによるプラズマ加熱・配位維持をめざした実験へと

後 の FRC プ ラ ズ マ パ ラ メ ー タ と し て，プ ラ ズ マ 半 径

移っていった．この C-2 実験で FRC プラズマ特性の向上が&&〜2−3 m，捕 捉 磁 束 "$〜5−7 mWb，!"〜0.35 m，長さ $確認され，高出力 NBI システムによりさらなる向上や配位

電子温度 #"〜100−150 eV，イオン温度 ##〜500−800 eV，維持が見込める目処が立ったため，最大出力 10 MW を超電子密度 %"〜2−3×1019 m−3 である．この衝突・合体直後

える NBI システムを新設し２
０１５年から C-2U 実験が始まっの FRC プラズマに不安定性制御用プラズマガンの運転やた．その最新，大型 FRC 実験装置 C-2U の概略図と FRC

NBI を実施しない場合，FRC の配位持続時間・寿命はトロを含む磁力線図を図１に示す．また，C-2/C-2U 実験においイダルモード %#!回転不安定性の発生・成長によって決て HPF プラズマを生成するために鍵となる主要技術は大まり，ほとんどの FRC は 1 ミリ秒という短い時間で崩壊しきく分けて４事項（① FRC Dynamic Formation，② Wallてしまう．

Conditioning，③Edge/Boundary Control，④NB Injection）②Wall Conditioning：FRCプラズマへのNBI効果・効率あり，それら技術の概要や主要結果について実験装置概要を上げるため，金属でできた閉じ込め容器（図１，Confine-とともに次に記す．

ment Chamber）内壁の適切な処理が必要となる．FRC へ３．
２．
１ C-2/C-2U 実験装置

入射されたビームがセパラトリクス外部の中性粒子・ガス

大型 FRC 実験装置 C-2U（図１）が C-2 装置から主に改良

により荷電交換損失が生じるため，その損失量の低減なおされた点として，① NBI 装置の高出力・入射角度・ビーム

かつ真空度の向上や不純物の低減のために真空容器内壁にエネルギーの最適化，②不安定性制御用プラズマガンなら

チタンコーティングを定期的に行っている．また金属容器

びにダイバータ内電極の最適化，③プラズマ磁場分布の最であるダイバータ内壁にも同様にコーティングを行うこと

適化などが挙げられる．

により，装置全体の更なる真空度の向上や不純物の低下に

C-2/C-2U 装置での共通事項を以下に記す．全長約 20 m

繋がった．これらコーティング技術により，FRC 外部の中の装置の中央に FRC 閉じ込め部（金属容器），その両側に性粒子密度が大幅に低減され，NBI 高効率化により FRC

FRC 生成部（石英管）とダイバータ（金属容器）がそれぞ

プラズマ性能を上げることに成功した．

れ対称に設置されている．FRC プラズマの配位持続時間に③Edge/Boundary Control：これまでのFRC実験的研究比べて十分に時間スケールが長い準定常コイル（図１，DCにおいて最も懸念されてきた MHD 的不安定性は，既述のn＝２モード回転不安定性である．この FRC 配位崩壊に繋がる不安定性抑制のため，C-2 装置においても初めは４重極アンテナを閉じ込め領域に設置してプラズマの安定化を図ってきた．ただ，この多重極磁場印加により FRC プラズ
マの安定化はある程度成されたのだが，逆に回転方向の磁場不一様性によってNBIの効果が大幅に低減されてしまった．そのため，新たに導入されたのが同軸プラズマガンを用いたプラズマ安定化へ向けた取り組みであり，ダイバー
タ内の装置軸に設置（図１，Plasma Gun）することにより開いた磁力線を通して FRCプラズマの安定化を図った．これはプラズマガンにより発生する内向きの径方向電場

図１（!'）の掛け合わせ（""!）により生成（!"%）と軸方向磁場

上：C-2U 実験装置図，下：C-2U 装置断面の FRC プラズマと密度分布・磁力線図．

される FRC 外部のシアフローの向きが，FRC プラズマの
２５

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

回転方向（イオンの反磁性方向）と逆になるため#!"モー

NBI によるプラズマ制御を行わない場合に比べると，HPF

ド回転不安定性の発生を抑制できる．また，プラズマガン

状態では飛躍的に揺動が抑えられている．揺らぎの大きさ

表面への開いた磁力線の短絡・凍り付きにより，FRC が径は粒子・エネルギーの輸送機構と密接な関係にあるため，方向へシフトする巨視的 #!!モード不安定性の低減にもこの揺動観測の結果からも FRC プラズマの閉じ込め特性

繋がった．これら２つの巨視的不安定性をプラズマガンにの向上が裏付けられる．

よって安定化 で きた こ と か ら，C-2/C-2U 装 置 に お いて

ここで図３にプラズマ性能向上の例として，C-2 実験でFRC プラズマへのビーム入射効果をより一層高めること得られた２放電条件（No Gun/NB，HPF１
４プラズマ），さに成功し，ビームイオンのプラズマ安定化効果（有限 Lar-

らには C-2U 実験から観測された NBI 出力の異なる２条件

mor 半径効果）との相乗効果により更なる FRC の安定化・（"#&%'〜5 MW，10 MW）での規格化プラズマ半径と電子長寿命化に繋がった．

温度（C-2/C-2U で１条件ずつ比較）の時間変化を示す．前

④ NB Injection：上述した技術①〜③が全て，FRC プラ

項にて解説した HPF プラズマ生成のための主要技術やズマへの効果的なNBIを実施・実現するための技術だとご

図２・図３からもわかる通り，C-2/C-2U 実験においてプラ理解いただけたであろうか．既に記述した通り，ビームイ

ズマガンと NBI が FRC のプラズマ性能へ与える影響・効オンにより FRC プラズマを保持することが本 C-2/C-2U

果はとても顕著に現れている．図３の FRCプラズマ半径・実験での目的であり，その実現に向けて TAE では実験

配位持続時間を見て比べても，C-2 から C-2U へ装置改良後的・理論的に研究を進めてきた．C-2装置では，ビームエネに "#&%'〜5 MW と NBI 出 力 を 抑 え た シ ョ ッ ト で も（"#&%'）〜4 MW
ルギー（!#&%'）20 keV・最大ビーム総出力

C-2 HPF14 のプラズマ性能を上回っている．これは先に記程度の NB を FRC プラズマ電流と同方向かつ接線方向へした NBI 装置の改良や運転最適化による効果であり，さら（装置軸に対して）垂直（９０°）に入射した．この C-2 実験やには C-2U にて NBI 出力を最大（"#&%'〜10 MW）に上げたシミュレーションの結果から C-2U 実験で用いる NBI 装置

ショットではプラズマ半径のフラットトップ・平衡配位持の 最 適 条 件 を 検 討 そ し て 導 き 出 し，C-2U で は !#&%'

続時間が 5 ミリ秒を超え，且つプラズマの寿命は 10 ミリ秒〜15 keV と "#&%'〜10+ MW を持つ NBI 装置を新たに開発を超えるまで伸長された．また，電子温度の時間変化からし図１に示すような入射角度（装置軸に対し６５°−７５°で可も FRC プラズマ性能の向上が確認でき，C-2U では平均変）を持たせて設置した．このとき，FRC 閉じ込め部の外〜120 eV 程度の状態が比較的長い時間（5 ミリ秒程度まで）

部磁場分布の最適化や金属容器の磁場浸み込み時間の制御も併せて行ったことにより，FRC プラズマの形状やビーム
イオンの密度分布の制御を容易にすることが可能となった．
３．
２．
３ プラズマ閉じ込め特性の向上と配位維持
C-2/C-2U 実験において FRC プラズマの閉じ込め特性の向上は，前項でまとめた主要技術の運転最適化や相乗効果
により成し遂げられた．なかでも，プラズマガンと NBIによって FRC プラズマの安定化さらには配位維持への効
果は顕著に現れ，外部磁場分布（図１，Confinement/Formation/Mirror-plug sections）の制御と併せることにより開いた磁力線領域（Scrape-off layer (SOL)/Jet region）のプ
ラズマ特性向上にも繋がった．図２に C-2 実験で得られた
FRC プラズマの粒子閉じ込め特性（!
$）を，これまでの他
FRC 実験装置から得られたスケーリング則［１３］と比較し

図２

C-2 実験で得られた FRC の粒子閉じ込め時間 !
N とその他
FRC 装置によって得られたスケーリング則［１３］との比較．C-2 データ（●）
は，各条件での１
０ショット以上の平均値．

図３

C-2/C-2U実験により得られたプラズマパラメータの時間変化：（上）規格化されたプラズマ半径，（下）装置中央で計測されたトムソン散乱による電子温度．

ながら示す．この C-2 実験結果は様々な実験条件のもとで得られたものだが，プラズマガンや NB を用いた不安定性抑制を行っていない実験初期の場合（図中，No Gun/NB），
比較的スケーリング則に近い結果となっている．しかし，その後のプラズマガンと NB を用いた実験結果はこれまでのスケーリング則から大幅に外れ，FRC プラズマの閉じ込め特性が著しく向上しているのが見てとれる．C-2 実験において最もプラズマ性能の良かった HPF１４プラズマでは，粒子閉じ込め時間が２ミリ秒を超えるショットも観測された．
このような閉じ込め性能の良い HPF プラズマをドップ
ラー後方散乱（DBS）反射率計によって揺動観測を行うと，FRC（セパラトリクス）外の開いた磁力線領域では揺らぎが観られるが，反対に FRC内部では比較的静かで安定した状 態 で あ る こ と が わ か っ た［１４］．プ ラ ズ マ ガ ン や
２６Special Topic Article

3. Nuclear Fusion Research by Tri Alpha Energy

H. Gota and M.W. Binderbauer

維持できていることがわかる．電子温度径方向分布を見る〜30ミリ秒まで延ばす計画でいる．また，さらなる FRCと，FRC（セパラトリクス）内部から外の開いた磁力線領プラズマの性能向上（高閉じ込め・長寿命・高温化）をめ

域・SOL までの広い範囲にわたって高い温度が保たれてざし，① NBI 装置のさらなる高出力化やエネルギー最適いることもわかった．これは高エネルギーのビームイオン

化，②内部ダイバータ設置による開いた磁力線領域のプラが（開いた磁力線領域も含めて）FRC 内部を大きな半径でズマ性能向上，③外部磁場コイルの電流ランプアップ，④

軌道周回しているためだと考えられ，閉じ込め特性の向上

FRC プラズマのフィードバック制御用コイルの設置なした FRC や SOL 領域のプラズマへの加熱効果が上がってど，数多くの改良点・新規点を兼ね備えた次期装置の設計いることも高温の径方向分布を保つ一因となっている．

となっている．この C-2W 実験は２０１７年度中に開始される

C-2/C-2U 実験における FRC プラズマの閉じ込め特性を予定であり，その実験結果・成果報告が大いに期待され検討する際，プラズマ全体における熱エネルギー変化量をる．このような早い周期で実験・装置改良を繰り返し行え

０次元モデル（０‐D Power Balance Analysis）を用いて議論るのは TAE そして企業研究の強みであり，これからも核することができる［１５，
１６］．このとき電子とイオンを別々融合研究の発展・進展に貢献していきたい．

に取り扱い，それぞれのチャンネルへの入力量（Input/
Heating）と出力量（Output/Loss）のバランスを保つよう

参考文献に計算し，電子とイオンの熱エネルギー（!&$）閉じ込め特［１］Details in TAE website at http://www.trialphaenergy.
com/［２］M. Tuszewski, Nucl. Fusion 28, 2033 (1988).
［３］L.C. Steinhauer, Phys. Plasmas 18, 070501 (2011).
［４］神前康次 他：プラズマ・核融合学会誌 71, 469 (1995).
［５］浅井朋彦 他：プラズマ・核融合学会誌 84, 498 (2008).
［６］H. Momota et al., Fusion Technol. 21, 2307 (1992).
［７］M.W. Binderbauer et al., Phys. Rev. Lett. 105, 045003(2010).
［８］M. Tuszewski et al., Phys. Rev. Lett. 108, 255008 (2012).
［９］H.Y. Guo et al., Nature Communications 6, 6897 (2015).
［１０］M.W. Binderbauer et al., Phys. Plasmas 22, 056110 (2015).
［１１］H. Gota et al., Fusion Sci. Technol. 68, 44 (2015).
［１２］M.W. Binderbauer et al., AIP Conference Proceedings
1721, 030003 (2016).
［１３］A.L. Hoffman and J.T. Slough, Nucl. Fusion 33, 27 (1993).
［１４］L. Schmitz et al., Nature Communications 7, 13860 (2016).
［１５］D.J. Rej and M. Tuszewski, Phys. Fluids 27, 1514 (1984).
［１６］E. Trask et al., Bull. Am. Phys. Soc., UP8.00018 (2014).

性を !
"!
#と !
"!
%として検討・見積もる．ここで図４に，C-2
実験・解析から得られた電子エネルギーの閉じ込め時間!
#の関係性を示すと，電子温度の上昇とと"!
#と電子温度 "もに閉じ込め特性が向上しているのが見てとれる［１０］．また最近の C-2U 実験・解析の結果からもその関係性が保たれていることが確認できた．これは我々 TAE での FRC
実験・研究を進める上で非常に重要な結果であり，このス
ケーリング則を基に今後の実験装置 の 開 発 や 将 来的な
FRC 型核融合炉のデザイン設計に役立てることができると考えている．

３．
３ 今後の課題・展望
TAE による NBI を用いた C-2/C-2U 実験で，これまでの
他 FRC 実験研究では成し得なかった FRC プラズマ性能を達成出来たことの意義は非常に大きい．FRC プラズマの閉じ込め特性の向上や配位持続時間・寿命の伸長など，飛躍
的にプラズマ性能を向上させることに成功した結果，これまでの FRC 研究で効果的に実験的検証・議論ができていなかった物理機構（例えば，FRC 平衡状態，粒子・エネル
ギー輸送等）の解明に取り組むことが可能となった．また，
FRC プラズマのさらなる性能向上をめざし，追加熱・粒子
供給・電流駆動等についても実験的検証が始まっている．
本実験研究で得られた，FRC プラズマの閉じ込め特性（電子エネルギー閉じ込め時間）が電子温度の約 1.8 乗と比例関係にあるという結果（図４）は，核融合研究において議図４

論されるローソン条件（密度・閉じ込め時間・温度の三重積）の観点から見てもとても魅力的である．この新しいC-2 実験（HPF12/HPF14）により得られた電子エネルギー
閉じ込め時間と電子温度の相関（スケーリング則）．

"#スケーリング則に沿って，今後はどのようにプラズマ性能をより向上させられるかが大きな鍵となる．
C-2/C-2U 実験では準定常磁場コイルを除き，プラズマガ
ンやNBI装置も含めて主となるシステムは全てパルス放電となっている．そのため，C-2U 実験で得られた FRC プラ
ズマ性能（高閉じ込め，平衡配位持続時間〜5+ミリ秒，寿命〜10+ミリ秒）は，装置の蓄積エネルギーによって制限されてしまっているのが現状である．したがって，TAE
における次の実験装置 C-2W（図５）では，各主要システムの蓄積エネルギーを増やすことによってパルス放電時間を

図５２７TAE における次期実験装置，C-2W 概略図．

J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1 (2017)２
８‐３１

小特集 企業による核融合研究の最近の動向

４．トカマクエナジー社における核融合研究
4. Nuclear Fusion Research at Tokamak Energy Ltd.
WINDRIDGE Melanie J., GRYAZNEVICH Mikhail and KINGHAM David（原稿受付：２
０
１
６年９月１
５日）

核融合研究は，社会的に必ず大きなインパクトもたらすクリーンで安全なエネルギー源であり，過去数十年研究が進行してきた．国際熱核融合実験炉 ITER のような巨大国際研究プロジェクトを政府資金が支える一方で，多くの企業が核融合エネルギーを追究し，開発と商業化を加速しようとしている．トカマクエナジー（TE）社はそうした企業の１つである．TE社のアプローチは核融合研究の主流に近い立場で，トカマク炉設計に経済的な発展形である球状トカマクを高温超伝導マグネットとともに研究対象としている．理論予測では ITER や DEMOからトカマク炉の規模をコンパクト化できるといわれている．核融合エネルギー増倍率の炉サイズへの依存性は弱く，モデル研究によれば，中性子遮蔽を最適化して（1 m でなく）35 cm としても，センターコイルを熱および放射による損傷から守れることがわかってきた．プリンストン大学プラズマ物理研究所と協力してパイロットプ
ラントの設計を行ってきた．本章では TE 社の概要と計画，そして進展について述べ，工学的チャレンジとして一連の核融合炉開発の課題に取り組み，個別解を考えていきたいと考えている．
Keywords:
fusion, energy, tokamak, spherical, high temperature superconductor

４．
１ はじめにしているが，この大きな問題への取り組み方には類似点も核融合エネルギーの必要性は，プラズマ物理学界ではよ多い．新規事業をするには問題を細分化して小さなチャレ

く理解されている．核融合研究者は，温室効果がなく，長ンジの積み重ねに変え，進展を促進するとともに通常期隔離が必要な放射性廃棄物もないクリーンで環境に優しフェーズでの投資を呼び込んでいる．これらは，新しい技いエネルギーを将来に向けて開発しようとしている．商業術と革新的な工学を呼び込むことにつながっている．

核融合炉が実現すれば，現在のエネルギーを取り巻く状況

さて，TE 社は核融合エネルギー実現の主流となっていは大きく変わり，社会へのインパクトは絶大である．

るアプローチの加速をめざす企業である．その活動，進展，核融合研究は数十年にわたって行われてきたが，それは計画について少し細かく見てみよう．TE 社は核融合プロ

極めて挑戦的なテーマと言える．第１に核融合反応が起きグラムに成長した数十年の研究に立脚し，既に確立されたる極限的なプラズマ状態の実現が必要で，第２に商業発電

トカマクという概念を用い，新しい技術によってそれを更所に求められる数十年の運転のため，極限条件にも耐え，新し続けている．

かつ経済的な核融合炉をデザインすることが求められるか４．
２ トカマクエネジー社の戦略らである．燃料を加熱して閉じ込めるために核融合出力が入力を越えるブレイク・イーブン，地上で核融合反応が実基本となるアプローチは，開花しつつある２つの技術，

現できる段階に入ったのは確かである［１］．この条件達成

すなわち「球状」トカマクと高温超伝導（HTS）を開拓しのため，核融合コミュニティが結束すれば，商業核融合発て，よりコンパクトな核融合炉を作る可能性を開くことで電プラントを設計する工学的チャレンジへとつながっていある．
球状トカマクはドーナツをギュッと圧縮したコンパクト

くはずである．
現在，核融合分野に進出する私企業は増加している．こな形状をしている（ドーナツというより芯を抜いたリンゴ

れは無限のエネルギーという魅力的なゴールと地上で太に似ている）．図１を見ていただきたい．通常の形状のト

陽・星を実現する知的チャレンジに触発されたためであカマクより，コイルに近い磁場を有効利用できる．

る．トカマクエネジー（Tokamak Energy，以下 TE）社は，

TE 社の設立者であるアラン・サイクスとミカエル・グ

世界で核融合を立ち上げようとする多くの企業の１つであ

リアズネビッチの２人は，１９９０年代に英国で球状トカマク

り，同様の企業にはカナダのゼネラルフュージョン社，米の概念を開拓した．その当時，球状トカマクのアイデアは国のトライアルファエナジー社がある．これらの企業は理論的な面白さは認められていたものの，世界記録レベル各々異なったやり方で核融合の実現，即ちプラズマを加熱のプラズマベータ値を達成したにもかかわらず［２］，炉のし，閉じ込め，核融合反応を起こすベストのやり方をめざ

中心部分にスペースが足りないことから，核融合発電プラ

Tokamak Energy Ltd., Oxfordshire OX14 4SA, UK

２８!2017 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

4. Nuclear Fusion Research at Tokamak Energy Ltd.

M.J. Windridge et al.

く）高温超伝導マグネットを 20−30 K まで冷却して，高温超伝導体ならではといえる高い電流密度を最大限活用している．
これら２つの技術，球状トカマクと高温超伝導は早期に核融合を実現するための鍵となる．
TE社は，核融合エネルギー開発のチャレンジを，一連のいくつかの工学的チャレンジに分割している．即ち，１．全てのコイルが高温超伝導コイルでできたトカマク装置を建設（２０１５年にトカマク ST２５HTS を建設する．
図１

図３参照）．

球状トカマクの概形（上）と通常のトカマクの概形（下）．イメ ー ジ 作 成：The Associated Plasma Laboratory (LAP),
National Space Research Institute (INPE), São José dos
Campos, Brazil.

２．コンパクトなトカマクで核融合反応温度に到達．２０１７
年に１億度の達成を狙う；これは１億度へのチャレン
ジ．我々は R&D を通じて，こうした皆が熱望するテー

ントの競争相手とは見なされていなかった．その意味は，

マの物理と工学に向き合って，核融合エネルギーの興十分な厚さの遮蔽で中性子照射からコイル中心部を守りな

奮や科学的経歴の中で国民，実際には学生を魅了した

がら，核融合に必要な高磁場を発生するのは難しかった

いと考えている．

［３］．しかし，高温超伝導が状況を変えた．

３．核融合炉ブレイク・イーブンの達成；核融合反応を最超伝導は，特定の物質を概ね 4 K（−269.15℃）位まで十低限，持続するため，炉への入力エネルギーを出力エ分に冷やすと電気抵抗が零になる特性である．高温超伝導

ネルギーが十分上まわる．これは核融合にとってライ

体は 77 K（−196.15℃）［４］位で動作し，冷凍機に必要とさト兄弟の成功に相当し，２０２０年に達成したいと考えてれるエネルギーを大幅に減らすことができる．

いる．

超伝導体はトカマクのマグネットを製作する上での生命

４．初めての核融合発電を実現する．

線といえ，換言すれば，高温超伝導 HTS がトカマク炉への５．信頼性が高く，経済的な核融合発電プラントの建設に展望を大きく向上した．冷却エネルギーを節減すると同時進む；必要とされる数十年の運転寿命を持つ核融合炉に，高温超伝導はトカマクのスペースの節減，つまり炉サを中心にこれほど工学的に厳しい環境を作り出す工学

イズのコンパクト化に大きく貢献している．

的な実現性を考えれば，それ自体が大きなチャレンジ

トカマクのマグネットは銅または超伝導物質の巻線コイと言える．

ルでできている．図２は高温超伝導物質のテープの写真

こうした開発の道筋として，TE社は，２つのトカマクをで，等量の電流を流すことができる銅ケーブルと一緒に建設し，運転してきた．２０１５年７月には，まず高温超伝導写っている．同強度の磁場を発生するのに高温超伝導物質

体のトカマクへの適合性を実証した．我々のチームは高温でできたマグネットは銅マグネットの占める体積を大幅に超伝導マグネットを持つ小型トカマクを世界記録となる長低減し，熱を出さずに連続使用も可能である．超伝導物質

時間運転し，２４時間以上の連続運転の後，運転停止した．

6−2を越えることもできるが，次のステップはコンパクトトカマクで核融合反応温度に我々が最終的に高温超伝導マグネットで実現が求められる自身の電流密度は 10 Amm

到達することである．そのためには，磁場の大幅増大が必

工学的電流密度は 100 Amm−2 程度である．

要とされ，やや大型の装置が必要となった．ST４０装置を現よく使われる低温超伝導 LTS と比較すると，高温超伝導在建設中で，２０１７年はじめに運転開始となる予定である．

体テープは高い温度で大幅に高い磁場を出すことができる．TE 社は，（通常超伝導物質に必要とされる４K ではな

図２

高温超伝導 YBCO テープの写真．同一電流を流すことできる銅ケーブルと並べて写す．

図３

２９29 時間実証運転達成時の ST25HTS．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

図５（b）のグラフは，水冷層が薄すぎると熱負荷が増え，

４．
３ 実績と技術の詳細
TE 社のコンサルタントやスタッフの最近の業績は我々

高速中性子の減速が難しくなることを示している．もし水のアプローチの正しさを示しており，国際熱核融合実験炉

冷層が厚すぎると，ガンマー線遮蔽が不十分になる．コア

ITER や DEMO の規模からトカマク炉をコンパクトにするに近い部分の水冷層がプラズマに近い部分よりも厚けれことは可能であるとの自信も得られた．

ば，性能は向上する．コアに使いタングステンカーバイト

アラン・コスレーらの炉設計研究［５］によれば，適切なを低速中性子吸収するタングステンホウ化物に置き換えてグリーンワルド密度限界以下でトロヨンのベータ限界（例

も性能は向上する．中性子遮蔽を最適化すると，シールド

えば 0.8−0.9）以下の適切な範囲で定常運転すれば，核融合

厚みは 1 m というより，35 cm で十分と言える．

エネルギー増倍率と三重積は，主として核融合出力の絶対コスレーの核融合発電所の設計［５］によれば，トカマク

値とエネルギー閉じ込めに依存する．三重積は，図４に示炉として可能な最適なサイズは大半径 1.35 m 程度であすように核融合炉のサイズにのみ弱く依存する．さらに，る．この炉は約 36 kW の核融合反応熱を超伝導コイルに与ITER の設計に使われたスケーリング則はアップデートがえることになる．除熱するには 2 MW 程度の冷却機が必要必要である．特にベータ値によらないスケーリング則は最で，175 MWの核融合出力の望ましくない使い道と言える．

近の実験を説明できることが大切である．

パイロットプラントの設計は米国プリンストン大学プラズ

コスレーによる後続論文では［６］，トカマクが上手くプ

マ物理研究所と協力して行っており，一部はメナードの論

ラズマを閉じ込めるパラメータ領域を決める「運転限界」

文として最近発表されている［８］．

（"，!，!
を確立して，核融合三重積，"!!
! はそれぞれイ!

４．
４ ST40 実験

オン密度，イオン温度，エネルギー閉じ込め時間）についてさらなる検証を進めている．解析的な検証によれば，三ST40 実験装置（図６参照）は，大半径 40 cm で 3 T とい重積を大きくしようと炉の規模を大きくしても，運転限界

う，規模の割りには極めて高い磁場を持つトカマクであに抵触してメリットが得られないことがわかってきた．しり，大半径が７−８倍大きい JET 装置に比肩する．ST40

たがって，今日まで世界的に炉の規模を大きくしようとし装置はコンパクトなサイズで高磁場を実現できることを実てきたものの，トカマクの核融合増倍率は炉の規模に対し証するために設計され，8−10 keV（約１億度で核融合反応てほとんど依存しない．

温度に到達）を達成することを狙っている．2 MA のプラ

トカマク炉の規模をコンパクト化するもう一つの問題

ズマ電流が期待される球状トカマクの合体によるスタート

は，遮蔽物質を配置するスペースがないことである．核融アップと加熱技術を検証し，2 MW の中性粒子ビーム加熱

合発電プラントでは，多量の高エネルギー中性子が発生も用いる．研究によって高磁場球状トカマクへの閉じ込め

し，中心コイル部を熱負荷や放射損傷から守るために効率がどんなものか真相が明らかになり，将来の炉設計の最適的な中性子遮蔽が必要であるが，これは容易ではない．外化が可能になるはずである．

側に照射される 14 MeV の核融合生成中性子は次々に高エST40 装置は比較的短いパルス（数秒）で運転する予定

ネルギーガンマ線を発生するので，重い元素を使ってそれで，センターコイルに遮蔽が必要になるような高レベルのを弱める必要がある．高速中性子はこれらの重い元素に中性子は生じない．コイルは銅製で，液体窒素で冷却してよって跳ね返され，さらに軽い元素で減速し，エネルギー

その抵抗を下げる予定である．このコイルによって最大を低下する必要がある．

3 T の磁場に到達でき，センターコイルが過熱しすぎる前

コリン・ウィンザーらの研究［７］によれば，冷却水のなに数秒間の運転期間が利用できる．

いタングステンカーバイト層を包含する遮蔽は図５（a）

ST40 装置のコンパクトさによって興味深い機械的，工に 書 か れ て い る よ う に，よ い 遮 蔽 性 能 を 示 し て い る．

学的なチャレンジが可能になる．大電流やそれによる磁場は大きな電磁力を生み，機械構造体によって安全に保持す（a）

図４

核融合エネルギー増倍率 Qfus は炉の大きさ R に弱い依存性
しかないものの，炉の出力は大きく依存する［５］．ここで用いたアスペクト比（A）
は 3.2 である．他のアスペクト比でも，数値の違いこそあれ，定性的には同じ結果となるであ
ろう．

（b）

図５ （a）
トカマクパイロットプラントのセンターコイルの断面：中心からタイロッド（緑），次に高温超伝導合金（紫），除熱のための空間（白），遮蔽物質層（青）水冷層（黄）．
（b）熱負荷の冷却層の厚み依存性．

３０

Special Topic Article

4. Nuclear Fusion Research at Tokamak Energy Ltd.

M.J. Windridge et al.

であり，実用化は迅速なほどよい．トカマクは性能が保証されたコンセプトであり，過去のデータは球状トカマクが効率の面で最適な選択肢であることを示唆している．超伝
導は核融合炉の定常運転に不可欠であり，高温超伝導がその性能でも，求められる冷却性能でも最も優れている．ト
カマクエナジー社の研究により，コンパクトな核融合炉が実現可能であることがわかってきた．新装置 ST40 の運転により，我々のこの分野に関する知識は増え，重要な工学的成果やノーハウが得られる．
今は，これまでの知識に基づいて核融合エネルギー開発
図６

ST40 トカマク装置の工学設計図．

を進め，新たな発展をとげてステップアップする時期である．問題は沢山の工学的チャレンジに小分けして取り組む

る必要がある．この構造体を最小規模にするには，増大すことができ，これにより開発機運を維持し，漸進的な進歩

る電磁圧力を保持するには強靱な物質が必要とされる．炉を実現して資金援助を集めることができる．核融合コミュ

をコンパクトにすることは，エネルギー密度を高めること

ニティは，工業生産を容易にし，商業化のプロセスをスを意味するので，いきすぎた温度や熱圧力を回避するた

ムーズにするモジュール的な解を得るよう努めるべきであ

め，冷却には特に注意を払う必要がある．

る．

（翻訳：東京大学小野靖研究室）

ST40 装置を建設，運転しながら，トカマクエネジー社
は，綿密な高温超伝導マグネットの開発プログラムを進め

参考文献ている．小さなスケールのマグネットテスト装置を使っ［１］M. Keilhacker, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 357, 415 (1999).
［２］M. Gryaznevich et al., Phys. Rev. Lett. 80, 3972 (1998).
［３］Alan Sykes et al., IEEE Trans. Plasma Sci. 42, 3 (2014).
［４］David A. Cardwell, Handbook of Superconducting Materials,
CRC Press (2003), ISBN 9780750308984.
［５］A.E. Costley et al., Nucl. Fusion 55, 033001 (2015).
［６］A.E. Costley, Nucl. Fusion 56, 066003 (2016).
［７］C.G. Windsor et al., Nucl. Fusion 55, 023014 (2015).
［８］J.E. Menard, T. Brown et al., Nucl. Fusion 56, 106023(2016).

て，ケーブルやジョイント，クエンチ防止のための高温超伝導技術開発を行っている．ST40 装置から学んだことは将来の高温超伝導を用いたトカマク装置に応用され，エネ
ルギーブレイク・イーブンを越えて，トカマクの商業炉時代へ進む助けとなるものと思われる．

４．
５ 結論
急速に変化する世界にあって，核融合エネルギーは重要

３１

J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1 (2017)３
２‐３７

小特集 企業による核融合研究の最近の動向

５．ジェネラルフュージョン社における衝撃波磁化標的核融合開発
5. General Fusion Development Program for
Acoustic Magnetized Target Fusion
LABERGE Michel（原稿受付：２
０
１
６年９月１
５日）

General Fusion（GF）社は，衝撃波磁化標的核融合（MTF）により核融合炉開発を進めているカナダ企業である．圧縮空気ピストンで音響圧力波を発生させて，液体金属中に生成したスフェロマックを圧縮し，核融合条
件の達成をめざしている．本章では，GF 社によって開発された装置・技術や現在の取り組み状況を中心に解説する．
Keywords:
magnetized target fusion, conductive liner, compact torus injection, plasma compression

５．
１ はじめにジェネラルフュージョン（General Fusion，以下 GF）社

５．
２ General Fusion 社の衝撃波磁化標的核融合（MTF）

は，磁化標的核融合（MTF: Magnetized Target Fusion）に

GF 社のコンセプト［４，５］は，LINUS のアイディアを元により温暖化ガスや放射性廃棄物のない発電方法の開発を行したものであるが，ミリ秒以上の時間で液体金属ライナー

うカナダの民間企業である．２００２年に設立され，これまでの圧力を上昇させ CT プラズマを圧縮するのではなく，音にベンチャーキャピタルやカナダ政府，民間企業などか

響圧力波により 200 μ 秒以下で圧縮する．これを実現する

ら，１億ドルの投資を得ている．

可能性のある装置構成の一例を図１に示す．これは，リチ

MTF は，磁場閉じ込め核融合と慣性核融合の中間に位

ウムと鉛の共融液体合金（Pb-16Li）で満たされた球状の容置する．コンパクトトロイド（CT）プラズマによる標的を器，球状容器の一方または両方の極に設置されたプラズマ

繰り返し生成し，導体ライナーの慣性により核融合条件ま

入射装置，そして，容器表面に径方向に配置された圧縮空で圧縮するパルス方式である．MTF によりローソン条件

気ピストンによって構成される．球殻内の液体金属は，中［１］を満たすためには，慣性核融合よりは低い 1026 ions/

心軸上に，球状容器の両極まで伸びる空洞を伴う渦を形成

cm のピーク密度と MCF より短いおよそ 100 μ 秒の閉じ込するために回転している．ピストンは球状容器に衝撃を与め時間が必要とされる．この閉じ込め時間は，標的プラズ

え，中心に向かって収束する音響圧力波を形成する．重水

マ中の不安定性の成長時間よりも短く，また圧縮装置に要素と三重水素により形成された CT プラズマは，球状に収求される電力も低減される．

束する圧力波が渦の境界面に達する直前に，渦の中心に向3

MTF の研究は，
１９７０年代に米国・Naval Research Labo-

かって入射される．液体金属は，その導電性により，プラratory が LINUS program においてその先駆的研究を開始

ズマ中の磁場が漏れ出すのを防ぐ磁束保持容器としてはたしたことに端を発する［２，３］．液体金属ライナーは，従来のらく．圧力波が空洞を圧潰すると，プラズマ標的は圧縮加核融合研究において，排熱やトリチウム増殖，構造部材の熱され，核融合条件に達する．D-T 核融合反応は，3.5 MeV

中性子束（からの保護）のために提案された．LINUS プロのアルファ粒子（２０％）と 14.1 MeV の中性子（８０％）としジェクトでは，CTプラズマ標的を生成し，これを液体金属てエネルギーを解放する．このエネルギーは，液体金属ラ中に形成された円筒状の真空の空洞に入射することが計画

イナーに熱として吸収される．

された．この空洞は，液体金属を回転させることで中央に圧縮空気ピストンは，圧縮された空気または蒸気により生じる渦により形成される．プラズマ標的は，高速で駆動加速される．各ピストンは，高速駆動ブレーキ付きのサーするヘリウム隔離弁により空間を圧潰することで圧縮されボコントロールシステムを有し，ピストン毎の駆動タイミ

る．この液体ライナーは，本質的に圧縮過程を繰り返し可ングを制御している．このようなサーボはLINUSが検討さ能にするが，１９７０年代の技術では，熱的な寿命（thermal

れた１
９７０年代には存在しなかった．この圧空ピストンを

lifetime）の間にライナーをプラズマの圧縮に十分な速度

MTF ドライバーの動力源として用いることには２つの利まで加速することができなかった．

点がある．第一に，100 MJ に達する圧搾空気の蓄積エネル
ギーは，１ジュールあたり２０円以下という低コストを容易

General Fusion Inc., Burnaby, BC V3N 4T5, Canada

３２!2017 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

5. General Fusion Development Program for Acoustic Magnetized Target Fusion

M. Labergeの熱化時間は 1 μ 秒で，滞留時間よりは十分に短く，アルファ加熱に代わり圧縮加熱により点火が実現する．核融合
燃焼は，圧力波が反射して減圧され燃料が薄まるまで継続
する．
D-T 核融合反応によって生じた中性子はプラズマを透過し，液体金属ライナーで減速される．中性子はそのエネル
ギーをライナーに伝達し，リチウムと反応してトリチウムを生成する．トリチウム増殖率は MCNP シミュレーション［６］によると 1.5 であり，連続運転に必要な燃料を供給できる．このトリチウム増殖は，発熱反応である 6Li→T+He
により追加熱を生じる．
液体金属を再生可能な第一壁として使用することは，炉設計において多くの利点がある．非常に大きな熱負荷を吸収でき，また，中性子やガンマ線曝露から炉の構造物を遮蔽するブランケットとして機能する．鉛は鋼鉄と音響イン
ピーダンスがよく一致し，大きな質量は CT の圧縮に必要な慣性を与える．Li は中性子を抑制，吸収しトリチウムを増殖するのに必要である．液体金属ライナーは発電のために熱をタービンへ伝達するためにも用いられる．熱交換シ
ステムを通過後，冷却された液体金属は容器に戻され，球の軸上に円筒渦を形成するため接線方向に入射される．
流体力学的不安定性は，CT の対称的な圧縮を妨げかねない．これらの不安定性には，初期渦の境界面に生じる波
図１

によって発生する Richtmyer-Meshkov（R-M）と Rayleigh-

MTF システムの概念図．

Taylor（R-T）不安定性が含まれる［７］．この境界面は，プラズマ圧力が最大圧縮に近い状態で壁を減速しない限り，に実現する．これに対して，プラズマ生成に使用される高R-T に対して安定である．7.5 μ 秒の減速期間の間，R-T

電圧キャパシタでは，１ジュールあたりのコストが２００円

不安定性は１５倍に増幅する［８］．したがって，初期の壁表を超える．第２に，炉の熱交換システムにおける動作ガス

面の変調は１％以内である必要がある．

（蒸気，二酸化炭素，及びヘリウム）は，直接ピストン群の商業応用においては，このプロセスが１Hz で繰り返さ駆動に使用でき，電力を介したエネルギー変換による損失れる必要がある．このサイズの核融合炉を１Hz で繰り返を削減できる．

し運転することで 100 MW の出力を得ることができる．

ピストンの衝撃は，液体金属中を伝播する 50−100 MJ

５．
３ 研究開発プログラムの音響パルスを生成する．秒速 100 m で作動する鋼鉄製のピストンは，インパクト時に 2 GPa の圧力を発生する．ピ

この概念設計は，未開発の技術に強く依拠している．しストンから液体金属へのパルス伝達効果は，音響インピー

たがって GF 社は，この MTF アプローチの実現可能性を証

ダンス比に依存する．鋼鉄と溶融鉛は同程度のインピーダ明するため，集中的な研究プログラムを遂行している．商ンスを持つため，９０％以上のエネルギーが鉛に伝達される．

業化が検討される前に，GF 社の概念炉の主要なシステム

個々のピストンで生成された圧力波は，球の中心へ伝播開発が行われなければならない．これには，音響ドライする１つの圧力波に集束する．球状に集束することで，圧バーシステム，プラズマ入射装置，そしてプラズマ圧縮シ

力強度は半径に反比例して増大する（"!!
）．直径 3 m!
#

ステムが含まれる．この開発の主要な目標は以下の通りでの球において，パルスは 700 μ 秒間で集束し，10 GPa 以上

ある：に達する．CT プラズマを取り巻く磁束保持渦は 100 μ 秒で１．基盤となるシステムの開発を推進するため，構成シス

圧潰し，CT を径方向に約 1/10 に圧縮する．これは，ピー

テムをリアクターサイズで建設，試験；

クにおいて 10 TW の加熱に相当し，プラズマに 10 MJ のエ

２．MTF 圧縮過程での磁化プラズマの振る舞いを検証す

ネルギーを注入する．圧縮が断熱的だとすると，プラズマるための実験的な CT 圧縮；の密度は 1026 ions/m3，温度は 10 keV に上昇し，磁場強度

３．さらなるシステムの最適化のため，実験に適合したシは数百 T に達する．

ミュレーションモデルやツールの開発

プラズマが最大に圧縮さ れ て い る 滞 留 時 間 は お よそ

プラズマ入射装置は，プラズマ標的を生成し，熱エネル

10 μ 秒である．この間，プラズマの熱エネルギー閉じ込めギー閉じ込め時間である 100 μ 秒以上の間，密度１０２３ /m３，

時間は約 10 μ 秒であり，アルファ加熱はおよそ 2.8 TW，ほ温度 100 eV のプラズマを閉じ込める必要がある．音響ドラ

ぼ制動放射による熱損失は 1.58 TW となる．アルファ粒子

イバーは，インパクト時刻を±10 μ 秒以内に制御しなが３３

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

ら，ピストンを 50−100 m/s に加速でき，さらに繰り返さ

ともに，渦の物理過程とピストンの同期を試験するためにれる衝撃ストレスに耐えなければならない．最も重要なの製作された．

26

は，プラズマが金属壁とともに 10 m−3の密度，10 keV

鉛ポンプ・貯蔵システムは１５トン溶融鉛を貯蔵でき，の温度まで，対称性を破る不安定性を生じずに圧縮できる

100 kg/s の質量流量を保持できる 25 kW の MHD ポンプをことを実証することである．

有する．液体鉛は球殻の内部へ排出さ れ，直 径 お よ そこれらの開発事項は，コンピュータシミュレーションに

78 mm の円筒状の渦を球の中心に形成する．

より支援される．MTF は一般的なプラズマ物理学の理論

７つのピストンが２つのリング状にアレンジされ，合計により記述されるが，現行の計算モデルは MCF や ICF

１４のピストンが球殻を囲んでいる．ハンマーピストンの同を想定している．MTF は複合的であり，両者のシミュレー

期された鉄床への衝撃は，液体鉛を進行する音響波を形成

ションの特徴を必要とする．したがって，物理的な正確さ

し，渦を圧潰する．渦の内壁は様々な運転条件において，を再現するツールを製作するため，ソフトウェアの開発も対称的に圧潰していることが観測された．

進められている．

５．
５ プラズマ入射装置系
５．
４ 音響ドライバーシステム

GF 社におけるプラズマ入射装置開発プログラムでは，

概念炉における圧力波は，球状容器に径方向に配置され実験用の小型装置とリアクタ用の大型装置の開発が平行にた圧搾ピストン群により形成される．各ピストンは，円筒進められている．いずれの入射装置も，同軸ヘリシティ入

内腔を加速され端部に取り付けられた浮遊鉄床に衝撃を加射（CHI）［１０］により液体金属渦へ入射される CT を生成す

えるハンマーピストンにより構成される（図２）．鉄床はる．MTF におけるプラズマ標的は，圧縮時に磁場コイルの球状容器壁内で，ハンマーと液体金属に挟まれており，そようなプラズマ中心を貫く支持構造を持てないため，自己の内壁は液体金属に接している．

組 織 化 磁 場 閉 じ 込 め プ ラ ズ マ で あ る 必 要 が あ り［１１］，ハンマーピストンと鉄床は円筒状で硬化した工具鋼で作

spheromakかFRCが使用可能である．コンパクトトーラス

られている．鉄床のインパクトの際に，わずかに液体金属の厳密な定義からは外れるが，CT の軸上に液状の導電体側へ変位し元の位置に戻る．ハンマーピストンの加速のた軸を持つことができる球状トカマクも対象となりうる．

め，ハンマーと鉄床の間の空隙は真空排気され，圧縮空気５．
５．
１ 大型入射装置

がピストンハンマーの背後から入射される．光学エンコー

GF 社において開発されている大型の入射装置
［９，
１２，
１３］

ダがハンマーピストンの位置を測定するために用いられは，RACE［１４］や CTIX
［１５］，MARAUDER［１６］のようなる．この位置情報は，サーボ制御システムへ送られ，ピエ２段式の装置である．それらは，コンパクトトーラスを同ゾ駆動摩擦ブレーキがインパクトタイミングを10 μ秒以内

軸ヘリシティ入射によって生成し，テーパーのついた円錐の精度で制御する．

部を通過して加速されることで密度と磁場強度が増大する

このドライバーの，熱エネルギーからピストンの運動エ（図４）．各 入 射 装 置 は，全 長 5−8 m，高 ア ス ペ ク ト 比

ネルギーへの変換効率はおよそ３３％である．良質な鋼鉄は

（!"
"!!
!
!）スフェロマックが最小の #!9 m−1 で生成され3 GPa に達する圧力下でも使用でき，したがって，１つのる拡張部で直径 2 m である．加速部は，射出口で約 0.4 m

ピストンが50−100 MJのエネルギーを供給できる．これらまで絞られる．

のデバイスの信頼性を実証するため，GF 社では多くのフCT を生成するため，一組の直流ソレノイドが電極間にルスケールのピストンを製作しテストした．試験は温度が径方向磁場（stuffing flux）を形成する．重水素またはヘリいかに上昇するか，液体金属との接触，鉄床表面でのキャ

ウムのパフが，５０個の円環状に配置された高速駆動ガスバ

ビテーションがピストンの耐久性に与える影響を測定する

ルブによって生成領域に噴射される．0.5 MJ のキャパシタ

ために続けられた．
５．
４．
１ 小型球殻（Mini-Sphere）
Mini-Sphere は，直径１m の溶融鉛で満たされた球殻であり（図３），液体金属渦圧縮システムの縮小試作機である［９］．これは，球殻の様々な部材の構造を検証し，複数のピストンが稼働した際の装置の機械的健全性を評価すると

図２

単一ピストンの写真．

図３３４小型球殻（Mini-Sphere）．

Special Topic Article

5. General Fusion Development Program for Acoustic Magnetized Target Fusion

M. Laberge

５．
５．
２ 小型入射装置
小型の入射装置である MRT（Magnetized Ring Test）とSPECTOR（SPhErical Compact TORoid）は，圧縮過程におけるプラズマ安定性を，移設可能な設備内で明らかにする目的で開発された［１７］．HIT［１８］，NSTX［１９］，SSPX［２０］，そして HIST
［２１］と同様に，これらの装置では，CTは磁束保持容器内で直接生成される．重水素ガスは底部に取り付けられた８つの圧電パフバルブによって装置内に入射される．20 kV にまで帯電した 3000 μF のキャパシタバ
ンクの放電ともにプラズマが生成され，磁束保持容器内に
図４

ト ロ イ ダ ル 磁 場 が 入 射 さ れ る．初 期 封 入 磁 束 は

大型プラズマ入射装置の写真．

10−30 mWb である．CHI が一旦終了すると，プラズマ内の磁場は素早く再結合し CT を形成する．

バンク（23 modules at 22 kV）が，ガスを電離するために電固体アルミニウム容器が CT の真空容器と磁束保持容器

極間で放電される．プラズマ中を流れる電流がトロイダルとして用いられる．MRT では，磁束保持容器は 0.15 m径の磁場を形成し，磁気圧の勾配がプラズマを軸方向に加速す

円筒で，CT の大半径は 0.105 m である．一方 SPECTOR

るローレンツ力（"'!#$!!）を生じる．プラズマが前方には，0.19 m 径の球形で CT 大半径は 0.12 m である（図５参進むと生成磁場と作用し，プラズマが拘束されなくなるま照）．両者の大半径は同程度であるが，プラズマ体積はで，磁力線をひずませ引き伸ばす．ダイナモを無視すると，SPECTOR の方が３倍大きくなる．いずれも，プラズマが生成された CT は，電流によるトロイダル 磁 場 を持ち，断熱圧縮されれば，核融合反応を起こすには十分な大きさ

stuffing flux との相互作用によりポロイダル磁場を生じる．

であるが，正味のエネルギー利得を得るには不十分である．

生成後のプラズマパラメータは，容器壁のゲッタリングな

小型の入射装置内の CT 密度は 5×1020−1021 m−3 であしで，大半径が $!1 m，密度 &!1021 m−3，ポロイダル磁

る．MRT では，電子温度が 100−200 eV であり，熱的な寿場 !%$#!0.4 T，また

温度 %!!%"!60 eV である．

２段 目 の 1.13 MJ キ ャ パ シ タ バ ン ク（24 modules at
44 kV）は，CT を 円錐 ガ ン へ 加 速 す る た め に 用 い ら れる．CT は秒速 100 km で移送され，径方向に約 1/5 まで圧縮され，密度，温度，磁場強度を増大する．これは，プラズマが完全電離し，線スペクトル放射が最小である状態を維 持 す る．加 速 後，CT は 密 度 &!1023 m−3，温 度%!!%"!200 eV，熱 閉 じ 込 め 時 間 100 μ 秒，磁 束 密 度!!5 T，大半径 0.2 m となる．
過去に CT を端部のテーパー領域まで加速する実験を行なったが，トロイダル押圧磁場は CT 構造内に拡散し，磁気面を壊して閉じ込め性能を劣化させた．現在設計中の第３世代の入射装置は，ガンのテーパー比にキャパシタバン
クからの電流が釣り合うようにデザインされている．
プラズマ入射装置は，ミルノフプローブ，駆動回路のロゴスキーコイル，1.4 J・532 nm レーザーによる単点トムソ
ン散乱，1.5 um ダイオードレーザーによるファイバー干渉計，イオンドップラー分光，真空紫外分光器，可視およびX 線ダイオード，中性子シンチレータ，リチウム‐ニオブ酸
ボロメータなどの多数の計測器が取り付けられている．さらにファイバーバンドル経由でプラズマ像を直接観測する
ため高速度カメラ（Phantom V711）も用いられている．
グランドループを避けるため，通信規格のプラスチック
ファイバーが，実験用の制御信号やトリガ信号と同様に，計測データ信号をスクリーン室へ伝送するのに使用されている．計測信号は GF 社でデザインされた光学入力デジタ
イザボードに入力される．１ショットあたり 100 MB のデータが生成される．
図５

３５SPECTOR プラズマ入射装置図．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

命は 50 μ 秒，磁 場 の 寿 命 は 500 μ 秒 で あ る．ま た 一 方，

執筆時の現在，１４回の圧縮実験がこれまでになされていSPECTOR の場合，電子温度は 300−400 eV，熱的寿命はる．全ての爆破実験で，磁束保持容器が内部シャフトに衝100 μ 秒，磁場の寿命は 1,200 μ 秒である．温度は小型プラ

突するまでの実験データを取得している．これらの実験結ズマ装置としては高く，リチウムゲッタリングを含む壁コ

果により，プラズマベータの上昇，移動壁との様々な相互ンディショニングが奏功していると考えている．

作用，圧縮中の外部磁場制御，などの効果を定量化できる．

MRT 装置は，ミルノフプローブ，ロゴスキーコイル，単商用炉の設計に爆発物を利用できないのは明らかである

点トムソン散乱，光ファイバーで構成された干渉計，イオが，圧縮過程における磁化プラズマの振る舞いを確認する

ンドップラー分光装置，VUV 分光計，可視および X 線光ダには比較的迅速で手頃な方法と言える．継続的に行われるイオード，中性子シンチレータ，リチウムニオブ酸ボロ

我々の実験は，設計や技術の改良をもたらすこの素早い展

メータなど，プラズマ入射装置として一般的な計測系を備開からの恩恵を受けている．

えている．さらに，我々はCCDカメラを開発した．これは，

５．
７ 数値シミュレーション

P46 蛍光体を塗布しさらに 15 eV 以上をカットするため

GF 社での研究は，多くのシミュレーションとシミュ

50 nmのアルミニウムを上塗りした窓へ，X線を1 mm径のレーションチームによって開発されたモデルの支援を受け

ピンホールから取り入れ，撮像できるものである．
SPECTOR 装 置 では 多 く の 新 た な 計 測 法 が 開 発 さ れて い る．CT 生 成，加 速，お よ び 圧 縮 の 電 磁 流 体 力 学

た．トムソン散乱系を６点アレイへと改良した．また，CT（MHD）シミュレーションは主として VAC（Versatile Ad-のトロイダル磁場によるファラデー回転を計測するため４vection Code：フリーの MHD コード）［２２］を用いて行って弦偏光計を使用している．

いる．VAC は保存型の衝撃波捕獲コードで２次元および３次元の一般座標系において単一流体 MHD 方程式系を解

５．
６ プラズマ圧縮システム

くことができる．我々が加えた主たる修正は，外部回路との連成解析，マルチブロック構造格子，磁場に平行な非等

急激な収縮場における CT の振る舞いは，MTF が核融合

方熱伝導，そして移動メッシュ，などである．

条件まで達成できるかを決める上で，問題となる．磁気エ

我 々 が 精 力 的 に 利 用 し て い る 他 の MHD コ ー ド は

ネルギーや熱エネルギーが保存しながらプラズマは断熱圧
縮するのか，また不安定性によってエネルギー損失が起こ

NIMROD（Non-Ideal Mhd with Rotation-Open Discussion）

るのか，わかっていない．プラズマの振る舞いを調べるた［２３］である．NIMROD は，ポロイダル二次元平面におけるめ，GF 社は液体金属の取り扱いを避けることができる爆スペクトル有限要素離散化法，トロイダル方向の有限フー

発駆動プラズマ圧縮システムを開発した．

リエ展開，さらに陰的時間離散化法，などを用いて拡張

こ れ ら PCS（Plasma Compression -Small）試 験 用 CT

MHD 方程式を解く．また，二流体効果，運動論効果，ホープラズマを生成するため小型プラズマ入射装置が利用されル項のような様々な拡張物理を盛り込んでいる．NIM-

る．無圧縮ショットと同じように，CTは固体アルミニウム

ROD は，線形化された方程式系や．我々は現在，生成・発磁束保持容器内で生成される．ただしこの実験において

展シミュレーションや線形安定解析に NIMROD を用いては，磁束保持容器には爆発物が巻き付けられ，1.5 km/s

いる．移動メッシュ機能については現在開発中である．

の速度で駆動することになる．爆発物は外壁に設置され，

MHD シミュレーションは，Corsica［２４］や DCON
［２５］な中心軸に向かって外壁を押し縮める．これによって熱的など複数の平衡・安定性ソルバーの支援を受けている．これ

寿命より早く，圧力衝撃波の伝達時間と同程度と見積もら

らは，２次元 Grad-Shafranov 方程式を解き，与えられた真れる 100 μ 秒間でプラズマが圧縮される．磁束保持容器の空容器構造，外部印加磁場，電流，および圧力分布と矛盾軌跡は，実験およびシミュレーションによって求められ，のない理想 MHD 平衡を得る．MHD シミュレーションの初

爆発ガスの混入ならびにそれに伴う急激な温度低下を阻止

期条件は Grad-Shafranov ソルバーを用いてしばしば作らするようにしている．中心シャフトの形状は，CTがシャフれる．MHD 結果の安定性は理想および抵抗性安定性ソルトと移動壁との間で，最大限に押しつぶされるように決め

バーで二重チェックされる．

られる．プラズマ計測系は実験終了時まで破壊されないよ

プラズマシミュレーションに加えて，音波や圧縮のモデ

うに注意深く設計されている．このようにして CT の安定ル化のため流体力学シミュレーションも行う．LS-DYNA はマ

性と圧縮加熱を調べている．

ルチフィジックス（複数の理論枠組み）や，爆発物と構造

PCS システムはプラズマ入射装置，そのキャパシタバン

物の相互作用が含まれる動的有限要素コードである．電磁ク，さらには計測系で構成される．これらの全ては，輸送気的影響や爆発的加速の影響の下，真空容器壁の軌跡をモと設置を容易にするため標準サイズの船積みコンテナ内にデル化するのに用いられる．最後に OpenFOAM!（Open-

まとめられている．PCS 試験は爆発圧縮試験のために人里

source Field Operation And Manipulation）は，流体力学ソ

離れた実験室外の区域で行われる．磁束保持容器とそれにルバーのライブラリーである．渦圧縮の流体力学と同様に取り付けられた計測系を除き，プラズマ入射装置などそれ

ピストンの構造力学をモデル化するために利用される．

以外の全ての部分は，強化容器の爆破遮蔽体の中で十分に

５．
８ 実証炉をめざして保護され，ほぼ全てが数多くの圧縮試験に再利用可能であGF 社は実証炉をめざして研究を進めている．実物大のる．
３６

Special Topic Article

5. General Fusion Development Program for Acoustic Magnetized Target Fusion

M. Laberge［７］V. Suponitsky et al., Comp. Fluids 89, 1 (2014).
［８］K. Fowler, LLNL Report UCRL-ID-135551 (1999).
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Nuclear Society Proceedings, 2012.
［１４］J.H. Hammer et al., Phys. Rev. Lett. 61, 2843 (1988).
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サブシステムが開発・製造されれば，実証炉は建設されるであろう．実証炉は単パルス装置であり，純重水素燃料を用いることで一日数回運転することができる．試験期間終了に向かって，点火を実証するために燃料は D-T へと切り替えられる．実証炉の主目的は，運転領域の最適化と単パルスでのエネルギーバランスの計測である．信頼性確立の後，次期炉ではプラントシステムのバランスや送電網への電力供給を含む研究が行われる．
（翻訳：浅井朋彦）

参考文献［１］J.D. Lawson, "Some Criteria for a Power Producing Thermonuclear Reactor", Proc. Physical Society Section B, 70,
No. 1 (1957).
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［５］M. Laberge, J. Fusion Energy 28, 179 (2008).
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３７

J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1 (2017)３
８‐４１

小特集 企業による核融合研究の最近の動向

６．高繰り返しレーザー核融合実証に向けた研究開発
6. R & D Toward Highly Repetitive Laser Fusion Demonstration
佐 藤 仲 弘，松 門 宏 治，渡 利 威 士，関 根 尊 史，竹 内 康 樹，川 嶋 利 幸
SATOH Nakahiro, MATSUKADO Koji, WATARI Takeshi, SEKINE Takashi,
TAKEUCHI Yasuki and KAWASHIMA Toshiyuki
浜松ホトニクス株式会社中央研究所産業開発研究センター大出力レーザー開発グループ（原稿受付：２
０
１
６年１
０月１
７日）

レーザー核融合研究を行うためのレーザー，ターゲット，計測などの要素技術を統合・実用化して当社独自の連続中性子発生法の研究や光産業創成大学院大学，トヨタ自動車株式会社らと共同でレーザー核融合に関する研究を行っている．本章では，半導体レーザー技術による高繰り返し超高強度レーザーによる連続中性子生成の実証研究を紹介し，学術研究分野のみならず，エネルギー分野や多くの産業分野への応用について展望する．
Keywords:
laser fusion, neutron generation, ultra-intense laser, diode pumped solid state laser, target fabrication, target injection

６．
１ はじめにの改善が，エネルギー損失を少なくして，レーザー核融合

核融合は，環境負荷が少ない永遠のエネルギー源として発電を実証へと導くことになる．

世界中で期待されているが，道半ばの研究段階である．核浜松ホトニクスは，１９９７年より半導体レーザー（laser di-

融合の方式は，大別して，磁場閉じ込め方式と慣性閉じ込

ode, LD）モジュールを用いた大出力レーザー装置を大阪

め方式があり，慣性閉じ込め方式であるレーザー核融合の大学等と共同して開発し［５，６］，２００７年から光産業創成大

実証研究を行っている代表的な研究機関は，米では NIF

学院大学，トヨタ自動車らと共同で小型高繰り返しレー（National Ignition Facility）とロチェ ス タ ー 大 学，仏ではザー核融合の実証研究を行ってきた［７‐９］．現在は，前述

LMJ（Laser Mega Joule），日本では大阪大学が挙げられる．

の研究機関に加えて，産業への技術展開を含めた共同研究

直接照射による慣性閉じ込め方式の研究を行っている大へと進展している［１０］．レーザー核融合発電の実用化に向阪大学では，１９９０年頃，大出力レーザー装置GX"を用いてけて，高繰り返しレーザー装置やインジェクション装置な照射したプラズマコアにおいて，温度１億度［１］，固体密どを開発して，連続して飛翔するターゲットから，D-D

度の６００倍［２］を達成し，世界のレーザー核融合研究を牽引

核融合中性子を生成することに成功した［１１，
１２］．

してきた．２００９年には超高強度レーザー装置（LFEX）１

本章では，高出力 LD による超高強度レーザー，燃料ペビームが完成，２０１４年に４ビームまで拡張されて，高速点

レット周りの高精度ターゲット，核融合プラズマが生成す

火方式の実証研究の新たな進展が期待される［３］．間接照る高エネルギー粒子の計測技術の開発について現状を述射による慣性閉じ込め方式の研究を行 っ て い る NIF でべ，これらを統合したレーザー核融合中性子の連続生成のは，２０１３年に核融合中性子のエネルギーがターゲット投入

実証について紹介し，今後の産業応用等について展望する．

エネルギーより大きいという観測結果が得られ（科学的ブ
レークイーブンと呼ばれている）［４］，発電に向けた原理実証が大きく進展した．
図１にレーザー核融合発電におけるエネルギーサイクルを示す．レーザー装置に電気が入力されると超高強度のレーザー光がターゲット（燃料ペレット）に入射し，多くの核融合中性子が生成される．そして，この中性子エネル
ギーが変換された電気出力の一部をレーザー核融合発電装置の運用ための電気として再利用する．この電気出力から電気入力を差し引いた余剰の電力を人々の活動のために使図１

うことができるがゆえに，レーザー技術やターゲット技術

レーザー核融合発電におけるエネルギーサイクル．

Central Research Laboratory, HAMAMATSU PHOTONICS K.K., Hamamatsu, Shizuoka 431-1202, Japancorresponding author’s e-mail: naka@crl.hpk.co.jp

３８!2017 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

6. R & D Toward Highly Repetitive Laser Fusion Demonstration

N. Satoh et al.

６．
２ レーザー核融合に必須の要素技術開発

ルス幅 8.9 ns，パルス繰り返し周波数10 Hzの性能を達成し

６．
２．
１ 大出力レーザー技術ており，CLBO 結晶（CsLiB6O10）を用いて２倍波に変換す

NIF，大阪大学などのレーザー核融合研究機関においてる こ と で，パ ル ス エ ネ ル ギ ー 12 J を 得 た
［１４］
．こ の

は，数１０kJ から２MJ のエネルギー規模のランプ光源の大KURE-I を励起光源として用い，チャープパルス増幅［１５‐型レーザー装置が構築され，一日数ショットの核融合実証

１８］の導入によりパルス幅を 60 fs 以下に圧縮することで研究が行われてきている［４，１３］．一方で，昨今の半導体

20 TW のピーク出力を達成し，さらには 100 TW へと増強

レーザー（以下，LD）の性能は著しく向上しており，高を計画している［１９］．レーザー核融合研究のためにはエネ

ビーム品質，長寿命といった課題も解決されつつある．ア

ルギー増強の必要はあるが，２００８年の導入から，安定に稼レイ化して配列することにより連続で 300 W を超える発振動している．

出力を達成しているが，核融合発電のためのレーザー装置

６．
２．
２ 核融合燃料・ターゲット技術として用いるには，更なるエネルギー増強が必須である．

多くのレーザー光が同時に集光する位置で高温かつ高密

電気・光変換効率に関しては７０％を超えてきたので，ラン度の爆縮コアを形成するために，高精度をめざした製作技

プ光源のレーザー装置に比べて熱負荷が 1/10 以下に軽減術とレーザー集光点にコントロールするインジェクション

され，繰り返し周波数が著しく向上している．我々はこの技術が密接に関わりながら，開発を進めていく必要があ

特長を生かして高繰り返しレーザーによる実証実験を行っる．ターゲット開発は各々の研究機関で行われているが，ている．

研究理論に基づいたターゲットの全ての構成部品を研究機繰り返し中性子発生実証のためのレーザー装置として，関で製作することは難しく，現状では General Atomics 社

LD 光源を用いたガラススラブレーザー KURE-I（図２）とにより供給されていることが多い［２０］．

チタンサファイア発振器を搭載した超高強度フェムト秒

レーザー核融合用ターゲットの燃料容器には，真球性がレーザー MATSU-I（図３）を，図４のように組み合わせ，高く均一の壁厚を有する球形カプセルが要求されている．

全固体の超高強度レーザーシステムを構成した．KURE-I

レーザーエネルギーや照射条件で球の直径と壁厚は研究機

は基本波長 1053 nm において，パルスエネルギー 21.3 J，パ

関ごとに独自の寸法で，素材は高分子やガラスなど多岐にわたり，高効率の爆縮を達成するために多層構造が要求されている．現状，コーティングにより多層構造が可能なGDP（Glow Discharge Polymer）カプセルが多く用いられているが，我々はエマルション法による高分子カプセルの製作技術［２１，２２］を改善し，高精度化では直径の標準偏差
は直径に対して，最近では 0.1％ 程度，量産性では１分当た
り４０〜５０個の製作が達成され，多層カプセルの要求に対しては，技術開発している段階である［２３，２４］．また，核融合

図２

科学研究所の須藤滋教授からトレーサー内蔵ペレットの製

LD 励起ガラススラブレーザー（KURE-1）．

作を依頼があり，レーザー核融合のターゲット製作技術が磁場核融合のペレットとしても利用されている［２５］．
繰り返し中性子発生実証のためのターゲットとして，
図５の SEM 写真に示す直径が約 280 nm の重水素化ポリス
チレン中実球を用いた．固体粒子の球直径は 100〜700 nmの範囲で製作可能で，図５から粒度分布の拡がりは極めて小さいことがわかる．この固体粒子群に 20 TW のレーザーを照射して，クーロン爆発により高エネルギーの重水素イオンが発生し，このイオンを重水素化合物が含まれた構造
図３

超高強度フェムト秒レーザー（MATSU-1）．

体で受けることで D-D のビーム核融合反応による中性子が生成される．重水素イオンの最大エネルギーはターゲット
粒子の直径に依存しているため，PIC シミュレーションを

図４ ２
０TW レーザー構成．

図５

３９

重水素化ポリスチレン固体粒子ターゲット．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

用いて，我々のレーザー強度において最高効率の中性子生

また，必要に応じてストリークカメラや X 線カメラの設置成が達成できる粒子直径を試算した．図６に示すように，も検討している．

粒子直径 300 nm でエネルギー 2 MeV 以上の重水素イオン

６．
３ レーザー核融合中性子の連続発生の実証が最も多く生成されるという結果が得られ，この直径で固体粒子を製作した．このターゲットはレーザーの入射タイ

２０００年頃には，多くの研究者が重水素あるいは重水素化

ミングに合わせ，ガス流と一緒にチャンバー内に噴射されメタンのガスクラスターに超高強度レーザーを照射して，る．

D-D 核 融 合 に よ る 中 性 子 生 成 の 研 究 が な さ れ て き た

６．
２．
３ 光・高エネルギー粒子計測技術［２７，２８］が，我々は前節のように種々の要素技術開発を行

レーザー核融合研究の進展のためには，動作検証や校正

い，図６の結果に基づいて，直径 280 nm の重水素化ポリス

実験を日常的に行うことで，疑念がなく正確な事実を測る

チレン固体粒子を噴射して，2×1018 W/cm2 の集光強度でことができる信頼性の高い計測により，理論（推測）と現レーザー照射し，連続で繰り返しの中性子生成実証を試み

象（事実）の整合性をとることが重要である．核融合プラた．この時の固体粒子の数密度は 109 cm−3 程度であっ

ズマ中には多くのイオンや電子が存在し，また，大量の中た．イ オ ン 計 測 に お い て，図８に 示 す よ う に 最 大 で性子や !線が生成されるので，これらの時空間的な分布や1.5 MeV 程度の重水素イオンが観測され，高強度レーザー

変動を測って現象をとらえるために，多くの研究機関では照射による固体粒子のクーロン爆発が起こっていることが研究目的に合わせて計測器類を核融合反応容器の周りに配確認されたので，次のステップとして，レーザー集光位置

置している．

を含む噴射ノズル近傍を，重水素化ポリスチレンでコー繰り返し中性子発生実証においては，生成される高エネ

ティングした筒状の構造物で覆った．この覆いに生成されルギーイオンや中性子を測定するために，図７のように計た高エネルギー重水素イオンが衝突することで，D-D 中性測システムなどを設置している．イオン計測用途には，１０子の生成効率が飛躍的に高まる．図９に１回のレーザー照個のシンチレーション検出器と磁石で構成する MT-KAD

射で得られた中性子検出器の時間波形を示す．!線信号はシステム（Multi-channel TOF system with Kinetic energy

照射直後に大きくなって減衰し，D-D 中性子のエネルギー

Analyzing Device）［２６］をレーザー照射位置から 1.8 m 離れ

2.45 MeV に相当する時刻に中性子信号は観測され，Time-た位置に設置した．この計測システムは，磁石による磁場

of-flight による信号弁別ができている．我々は，1 Hz で連のイオン軌道によるイオンの比電荷の同定，レーザー照射

続１００回のレーザー照射を行い，中性子発生数を実測した．

時刻とイオン検出時刻の Time-Of-Flight によるイオンエネ

図１０に示した結果によれば，平均で 4.5×104 個，最大 105 個

ルギースペクトルを同時に観測することができる．中性子の中性子を９８％の頻度で観測した［２９］．２％の頻度で中性計測用途には，!線信号と D-D 反応による 2.45 MeV の中性子が観測されなかったのは統計上の問題である．レーザー子信号を Time-Of-Flight により弁別するために，当社製の２インチ光電子増倍管とプラスチックシンチレータで構成された高い時間応答性能の中性子検出器を設置している．

図６

PIC シミュレーション結果．

図７

核融合反応容器と計測器．

図８

図９

４０

重水素イオンの計測結果．

X 線信号と中性子信号の弁別．

Special Topic Article

6. R & D Toward Highly Repetitive Laser Fusion Demonstration

N. Satoh et al.

のために大出力レーザー施設を利用させていただき，大阪
大学レーザーエネルギー学研究センターの方々に謝意を表
する．

参考文献
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Status and Prospect of High energy density Sci. by Giant
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［２７］T. Watari et al., J. Phys.: Conference Series 688, 012125(2016).

図１０ １
０
０回連続の中性子生成結果．

集光点付近には，固体粒子ターゲットが必ず存在する本方式を採用すれば，原理的には１００％の中性子生成が約束されており，中性子源として実用化には，レーザー集光強度の増強と固体粒子数密度の向上が課題である．また，ター
ゲットの化学組成を選択すれば，任意のエネルギーを持つイオン源への展開も見込まれる．

６．
４ まとめ
永遠のエネルギー源をめざしたレーザー核融合の研究を行う過程で開発した大出力レーザー，核融合燃料・ター
ゲット，光・高エネルギー粒子計測の要素技術を生かして，高強度レーザーによる中性子源実現のための一歩が示された．LD の進歩により，レーザー装置に関する多くの課題を一挙に解決し，粒子加速や超高温・高圧場の物理研究分野での利用だけでなく，さらなるエネルギー増強でレー
ザー核融合用途へと進展していくであろう．ターゲット技
術は高効率化をめざした理論を具現化するために不可欠の技術で，レーザーの照射条件と密接に連携して製作していく必要がある．
未踏の研究の先に，計測，加工等への産業利用が進み，核融合研究がエネルギー開発だけでなく，安心で豊かな暮らしに役立つことをめざしていきたい．

謝辞

本章をまとめるにあたり，筆者らグループの幡野佑真
氏，吉村涼氏，秋山直樹氏らの協力，西原功修氏，高木勝
氏の多くの助言に感謝する．レーザー核融合の共同研究に携わっている光産業創成大学院大学 北川米喜特任教授，
森芳孝准教授，トヨタ自動車株式会社 米田修氏，トヨタテ
クニカルディベロップメント 西村靖彦氏他，共同研究者の方々に深謝する．核融合科学研究所 須藤滋 元教授（現在は中部大学教授），田村直樹助教のトレーサー内蔵ペレットに関する多くの助言に謝意を表する．また，本研究

４１

J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1 (2017)４
２‐４５

小特集 企業による核融合研究の最近の動向

７．まとめと議論
7. Summary and Discussion
岸本泰明
KISHIMOTO Yasuaki
京都大学大学院エネルギー科学研究科（原稿受付：２
０
１
６年１
２月８日）

エネルギーはそれを取り出す手段に依存しないが，地上る．無形性であるプラズマを安定に保持するのは至難の業に生命を育んだ太陽のエネルギー源が核融合であったことである（２章参照）．２１世紀現在，異常輸送に対する理解はは感慨深い．これが本小特集のテーマである企業を含め，格段に進んだが，研究がスタートした当時それがあったわ

多くの研究者が核融合に引き付けられる魅力である一方，けではない．Richard Post 氏が「２０世紀の物理学（２２章）」

宇宙レベルで起きる現象なので困難なことは織り込み済みの中で「２０世紀のプラズマ物理の歴史は，（中略）地球にである．この「困難さ」は核融合が確固とした形のないプ

おいてプラズマ現象が持つ隠れた重要性や，宇宙におけるラズマを媒質に使うことによるが，この性質は核融合の内はっきりした重要性について，ほとんど認識のない状況の在的な安全性の起源でもあり，困難であればあるほど，そもとで始まった」［６］と述べているように，核融合は「プラれは安全により多くを投資しているとも言える．

ズマ物理学」という学術の構築と同時進行で進めないとい２０１
６年１０月に京都で開催された第２６回 IAEA 主催核融合

けなかった開発研究故であったと言えよう．

エネルギー会議での参加者は１２００名に達し，発展途上にあ

１９６０年代から今日までの５０年間，核融合研究は基礎を重る国も含めた多くの国々で核融合に対する期待は高い［１］．

視して，大学・国公立研究機関を中心に主に国の科学技術

核融合は，時間はかかったとしても，それが実現したとき

予算や原子力予算のもとで進められてきた．これに対しのインパクトを考えると当事者でいるべきとの考えによるて，近年， 別個の方法論 として，企業による核融合研究のかもしれない．核融合研究は１９５８年の第２回原子力平和が活発になっている．筆者は，これらの詳細な経緯や目的

利用会議（ジュネーブ）で公開となり，５０年を上回る時をに つ い て 理 解 し な い ま ま 今 日 に 至 っ て い た．そ の 中経て，磁場方式では国際熱核融合実験炉（ITER）［２］がフラで，２０１６年８月に米国アーバインで開催された日米コンパンスに建設中であり，慣性（レーザー）方式では米国国立

クトトーラス（CT）ワークショップ［７］に参加する機会を点火施設（NIF）［３］が点火燃焼をめざした研究を進めてい

得て，１章表１に示されている企業の研究活動について知る．しかし，その会議の基調講演で ITER 機構長のベルるとともに，アーバインに拠点を置く Tri Alpha Energy

ナール・ビゴ氏が「装置が完成して水素プラズマができる（TAE）［８］を見学させていただく機会を得た．予算の大半のは２０２５年，重水素・三重水素燃料による燃焼プラズマがを個人や民間の投資者でまかない，多くのスタッフが磁場実現できるのは２０３５年ぐらい」と述べるなど，道のりは容反転配位（FRC）の開発研究にまい進する姿があった．企

易ではないこ と を改 め て 認 識 す る こ と に な っ た．その業でなければ見慣れた光景であるが，厳密なマーケティン

ITER も本格的に電力を生成する装置ではない．社会に電グの下での開発→製品化→生産・販売の流れで成り立って力を供給する核融合炉の実現にはさらに歳月を要するとす

いると思っていた企業でなぜリターンが容易に見通せない

れば研究期間は１世紀近くなる．まさに世代を越えたプロ

核融合開発が成立するのか，それを支える投資者はどう考

ジェクトである．もちろん，研究を着実に進め，次世代にえているのか，それらを知りたいと思ったのがこの小特集

バトンを渡すのは使命であるが，一秒でも早く核融合エネに参加させていただいたきっかけでもある．それらはすでルギーを見る方法はないかと考えるのは筆者だけであろうに１・２章で丁寧に説明されているので，それらと重複すか．本小特集［４］２章で論じられた「別個の方法論は存在す

る点は多々あることはお許しいただき，各章の報告からみるか？」と考えるのは自然の流れと思える．

た筆者の理解や感想を述べさせていただくこととする．

核融合の実現を阻んでいる要因の一つに異常輸送がある

核融合の当面の目標は，方式を問わず，原子核同士が融［５］．プ ラ ズ マ の 閉 じ 込 め 時 間 が そ の 温 度 に 反 比 例

合反応を起こす数千万度から１億度（重水素 D・三重水素（"!
!）するというものである．温度を上げて核融合を!!

T を燃料にする場合）にプラズマを加熱するとともに，出起こすのが目的なのに，それに真向から対峙する関係であ力エネルギーが投入エネルギーを上回る（エネルギー増倍

Graduate School of Energy Science, KYOTO University, Uji, KYOTO 611-0011, Japanauthor’s e-mail: kishimoto@energy.kyoto-u.ac.jp

４２!2017 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

7. Summary and Discussion

Y. Kishimoto率 !!!）密度 "と閉じ込め時間 "を達成することである．

るであろうが，それだけなら敢えて核融合を選ぶ必要はな

これを満たすパラメータ領域として磁場方式（"!!秒，い．早く核融合を実現して安全・安心な未来を作ってほし"〜1014 個/cm3） と慣性方式 （"〜10−9 秒，"〜1025/cm3）

いと願う投資者もあれば，企業が持つ得意技術を時間はかがあり，これらは両極に位置する．それらの中間領域もあかっても未来を変える研究（夢）に役立ててほしいと願う

るが，そこでは両者の閉じ込め概念が混在するため複雑に投資者もいよう．そのときは高邁な夢ほど投資意欲が湧くなり，未知に等しい領域である．General Fusion 社（５章）

かも知れないし，利潤を越えた社会的貢献の要素を内包しをはじめ，幾つかの企業がこの領域をターゲットにしていていることも大切なポイントになろう（２章参照）．それる点は興味深い（１章表１参照）．

ら投資者の意向や考えによっても追求するイノベーション

大学・国公立研究機関は，これら代表的な二つのパラの内容や質も変わってくるので，それを見極めながら研究

メータ領域を中心に，トカマク方式や定常運転をめざしたを進めることが求められよう．このような視点に立って，ヘリカル方式，レーザー方式を中心に多様な磁場配位や爆本小特集で取り上げられた各企業のイノベーションの内容

縮方法を探求した基礎研究を行ってきた．研究が進展してや成果，めざすところなどを拝読させていただいた．

先の見通しが立ったり，それに伴って装置が大型化したり

２・３章は，Tri Alpha Energy（TAE）社の行っているするなどの場合は，関連コミュニティでの意見集約や関連

磁場反転配位（FRC）による核融合研究についての報告で

機関・省庁との調整を図りながら次の段階をめざす．場合ある．FRC は，エネルギーの閉じ込めに優れたトーラス配

によっては，それらをより効率的に扱うことのできる別研

位と熱の取り出しに優れたミラー配位を合体させた高ベー究機関にバトンを渡すこともある．例えば，京都大学では，

タ装置であること，しかし，プラズマ生成直後，回転や振ヘリオトロン E 装置などの研究に基づいて成果を挙げ，そ動をともなう不安定性が発生してそれを安定に維持するこの流れを汲んだ研究は核融合科学研究所の大型ヘリカル装とは容易でないこと程度の知識しか持ち合わせていなかっ置（LHD）で展開し，自身はヘリカル磁場配位最適化に向た．それを TAE 社は大きな装置（C‐２/C‐２U）を建設してけたヘリオトロン J の研究をスタートした［９，１０］．ITER

研究しているという．中性子を発生しない究極の核融合で計画のスタートは磁場閉じ込めの総合的な理解が進展した

ある p-B（プロトン‐ホウ素）反応実現の可能性があった

ことによるが，各々の機関は，それを成功に導くため積極

り，エネルギー取り出しや熱負荷が軽減される可能性が的に支援する研究を展開したり，異なった着想に基づいてあったりと果実は大きいが，その分ハードルも高い．なぜ新たな計画を立てたりすることになる［１１］．

今 FRC と思ったが，NBI の導入により上述の不安定性を克

これに対して，企業の核融合研究は，上述の大学・国公

服し，さらに 10 m 秒までプラズマを維持している（３章

立研究機関とは異なった目的や役割，時間スケールで独特

図４参照）．さらに，電子のエネルギー閉じ込め時間が電な研究活動を展開している．大学・国公立研究機関にとれ

子温度の上昇とともに伸長して異常輸送特性が消失していば研究のバトンを渡す相手が増えたとも言えるが，それはる点も興味深い（３章図２・図４参照）．

ブーメランのように自身の研究の在り方にも跳ねかえる．

２章で田島氏は，生成直後の FRC は「甲羅がない幼児」

それを考えることも本小特集の目的の一つであろう．一言のように脆弱であるが，それに中性粒子ビーム（NB）を入で企業と言っても，資金の出所によって研究の在り方や進射することで，幼児が成人へと成長するように，より安定め方も異なる．同じ企業でも，それが個人や民間の投資者した FRCへと発展していくとしている．異常輸送はプラズに限られているものもあれば，大半が政府予算であった

マ中に発生する乱流に起因するが，そのように発展した

り，大学・国公立研究機関からの委託であったりする場合

FRC ではそれが抑制される可能性がある．これらは「概念もある（１章表１参照）．いずれも，研究の在り方や進め方のイノベーション」と云うにふさわしく，FRC が他の閉じは投資者の考え方に影響されるが，逆に出資先を限ること

込め方式と異なった進化を遂げる可能性を予見させる．非で研究の自由度や流動性を高めるといったこともあるかも

局所性や大域性が現象を支配する運動論プラズマとなるの知れない．

で，理論家に対しても重要な話題を提供する．

筆者は企業論理を正確には理解していないが，大まかに４章は Tokamak Energy（TE）社の球状トーラス（ST）

二つのポイントがあるように思う．一つは，リスクは多少による核融合研究の報告である．ST は，「ドーナツをギュ

高くても核融合炉が早く実現できる可能性があったり，社と圧縮したもの」なので，トカマク研究者はなじみ深く，会的に受け入れ易かったりする閉じ込め方式やパラメータ

MAST（カラム研究所）や NSTX（PPPL）の２大装置を中領域に挑戦しようとするもの，もう一つは，それまで困難心に世界的に多くの機関で研究が進められている．ST は，とされていた課題に対して新技術を積極的に開発したり導トカマクの基本概念に従いつつ，しかし，温度の上昇とと入したりすることでブレークスルーを図ろうとするもの．

もに閉じ込めが向上するなど（FRC に類似）
，トカマクと前者は概念のイノベーション，後者は技術のイノベーショは異なった輸送や閉じ込め特性を示すことがわかっていンといったところであるが，この二つをテコに，大学・国る．TE 社は，これらの特性を「概念のイノベーション」と公立研究機関のそれらとは異なった考え方と迅速さで顧客して炉設計に積極的に導入するとともに，コンパクトであの投資意欲を引き出すのではないか．この観点から，２章

るが故に困難であった中心コイルの中性子遮蔽問題を近年で論じられた social impact（社会貢献事業）の考えはなるの 高 温 超 伝 導（HTS）に 関 す る「技 術 の イ ノ ベ ー シ ョ

ほどとうなずいた．企業なので投資に見合う利潤を追求すン」によって克服できるとして早期の小型の核融合炉の実
４３

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

現を目指している．例えば，主半径 !〜1.35 m 程度でも相が，これがレーザーを利用してコンパクトにできるように応のエネルギー増倍率を持った数 100 MW クラスのコンパ

なれば核融合の重要な貢献になる．

クトな核融合炉の設計が可能であるとしている．このサイエネルギー生産をめざしたレーザー核融合では，NIF

ズは他の ST 炉設計と比べても小さく，実現できれば核融の中心点火方式や大阪大学の高速点火方式など，多様なス

合の選択肢が増すことになる．しかし，これらの根拠となキームが考案されている．これらの研究で使用している

るスケーリング則が核融合炉にそのまま外挿できるかどう

レーザーは電気から光への変換効率が１％程度のフラッかは単純ではなく，トカマクを含めた多くの実験や理論・

シュランプ励起のガラスレーザーであるが，これがすぐ将

シミュレーションによる研究の深化が不可欠である．

来の核融合炉に展開できるわけではない．また，核融合炉

日本でも特色ある ST 研究を行っている大学が一定の役

では，レーザー照射を毎秒１０回程度繰り返す必要がある．

割分担のもと連携して進む方向を定める全日本 ST 組織がこれらに焦点を当て，高い変換効率とともに除熱まで含めあり，成果を挙げている［１２］．TE 社は，国費とともに寄付

た高パワーで高繰り返しの半導体レーザーの開発とターや民間投資の両者で成り立っていることからわかるよう

ゲットを連続で供給できるシステムの開発を進め，「技術に，大学・国公立研究機関と密接に連携しながら，しかしのイノベーション」の観点からレーザー核融合を牽引しよ

小回りの利くパイロット的な役割を積極的に果たしつつうとしている．大きな企業の長期的戦略の一つとして位置

ST 炉としての出口を見極めようとしているように見える．

付けられており，核融合に特化した前述３社の企業とは質を異にすると思われる．

５章は，General Fusion（GF）
社の衝撃波磁化標的核融合（MTF）と呼ばれる，液体金属中に生成したフェロマック

これら企業の核融合開発研究には幾つかの特徴がある．

（CT）を空気ピストンによる音響圧力波で圧縮することに一つは，段階的な目標を設定して，装置の建設から実験のよって核融合を実現する研究報告である．この方法は磁場終了までの期間が比較的短く，目標を達成すると早い段階

核融合と慣性核融合の中間領域（!
〜10 μ 秒，"〜1020 /cm3）

で次の計画に移行している点である．TAE 社では，C-2の高温プラズマの生成をめざしているが，CT の体積圧縮の実験開始が２００８年であり，NBI による配位維持と性能向3

率が 10 倍程度もあることを考えるとレーザー核融合のス上を確認し，「Advanced beam driven FRC」の概念を検証

キームに近い．しかし，CT のサイズは大きいため，投入エ

すると，２０１５年には NBI を 10 MW に増強して C-2U の実験

ネルギーは 10 MJ と NIF の５倍にも相当する．CT の圧縮に移っている．また，設定した課題に対して性能を確認す

過程でプラズマ温度を１億度以上まで上昇させる必要があ

るとわずか 1.5 年で実験を終了している．現在，30 m 秒のる．レーザー核融合は圧縮時に対称性を保ちながら密度と放電時間をめざした C-2W の建設を進めており，２
０１７年中温度を同時に上げる必要があるが，それが予測以上に容易には実験を開始するという．会社の創設が１９９８年であり，でないことが最近の NIF の実験からわかってきている．数C-2 に先だって，A，B，C‐
１装置などをもとに C-2 を建設しテスラの磁場の圧力に抗して CT 点火に向けて数 100 テスていることから，想像以上の迅速さである．また，TE 社はラまで安定に圧縮できるのか，閉じ込め方法が混在した未会社の創設が２００９年であり，２０１５年には高温超伝導を用い知の領域のチャレンジングな挑戦である．

た小型 ST で２９時間放電を実現している．現在，3 T の強磁MTFはCTの圧縮という磁場核融合と慣性核融合が合体場装置である ST40 を建設中であり，２０１７年には１億度のした「概念のイノベーション」と，圧縮用の空気ピストン，

達成，２０２０年にはブレイクイーブンを狙うという．ST40

ブランケット用の液体金属渦生成容器，プラズマインジェ

は 2 MW 級 NBI による数秒の常伝導パルス装置であり，高クターなどの「技術のイノベーション」の双方を必要とす

温超伝導路線と異なるように思えるが，常伝導装置で高磁るが，それ故，多様な分野の研究者を引き付けるプラット場に起因する工学特性を解明し，その間，並行して高温超ホームに発展する可能性がある．この MTF にはカナダ政

伝導磁石の開発を進め，両者の研究のもとにブレイクイー

府からの出資が含まれる．カナダは一時 ITER 誘致に興味ブンを狙う装置を早期に建設する戦略であろう．

は示したものの，核融合研究はそれほど盛んでない．この

１章表１の例を含め，いずれの企業も大学・国公立研究

中で政府が異なったアプローチの核融合を支援している点機関とは異なった役割と時間スケールで研究を進めていは興味深い．

る．純粋な科学研究の立場に立てば，プロジェクトとして６章は，浜松ホトニクスを中心とした企業や大学との連の目標達成（プラズマの持続時間や閉じ込め時間，三重積合体で進めているレーザー核融合とそれによる中性子源のなど）とともに，精緻な分布計測など，その装置で展開可開発に関する報告である．レーザーと関わらない産業はな

能な多様な基礎研究をできるだけ多く行い，論文として後いくらい広く社会に浸透しているレーザー技術の一つとし世に財産を残すことは重要である．しかし，投資者は必ずてレーザー核融合を位置付け，エネルギー生産という 究しも論文を書くことだけを求めているわけではなく，ある

極目標 と社会への波及という 経過目標 をセットにして間隔で（場合によっては毎年）成果を求めるであろう．ま開発を進めていると言えよう．波及の一つに核融合で生成た，目標が達成されなかった場合でも，目標の立て直しやされる中性子利用がある．中性子の利用分野は広く，最近

軌道修正，必要な時間などをきちっと説明してもらえば投ではBNCTと呼ばれるホウ素と中性子の大きな反応断面積

資者は究極目標実現の夢を捨てることなく投資を続けようを利用したがん治療なども期待されている．この BNCTと思うかもしれない．また，そこに一定の緊張感が生まれ，の治療は中性子を利用できる原子力施設に限られている

社会の期待や要請をより反映した研究のペースや健全性が４４Special Topic Article

7. Summary and Discussion

Y. Kishimoto

保たれるのかもしれない．これらは，２章の end in mind

方法論を展開してきた先人に敬意を表する次第である．今（出口から遡れ）や fail fast（早く失敗せよ）に通じるところ

回の小特集が契機となり，日本でも，そのような企業を立があるように思う．

ち上げる機運が出てくることを期待したい．

核融合の実現は冒頭で述べたように容易ではない．核融合の歴史は，小型装置から大型装置へ，低い加熱パワーか

参考文献

ら高い加熱パワーへ，プラズマ性能の向上をめざした歴史［１］http://www.fec2016.jp/［２］http://www.fusion.qst.go.jp/ITER/index.php［３］https://lasers.llnl.gov/about［４］浅 井 朋 彦 編：プ ラ ズ マ・核 融 合 学 会 誌 93, 18 (2017).
本小特集．
［５］岸本泰明：「異常輸 送」プ ラ ズ マ・核 融 合 学 会 誌 76,1280 (2000).
［６］L.B. Brown 他：「２０世紀の物理学（Twentieth Century
Physics）」「２
０世紀の物理学」編集委員会編（アメリカ物理学会とイギリス物理学会との共同出版）
（２
０
０
４年９
月，丸善）
．
［７］http://www.physics.uci.edu/US-JAPAN-CT2016/［８］http://trialphaenergy.com/［９］http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/［１０］http://www.nifs.ac.jp/index.html［１１］「核融合エネルギーの技術的実現性・計画の広がりと裾野としての基礎研究に関する報告書」原子力委員会 核融合会議開発戦略分科会（２
０
０
０年５月）
．
（ http : / / www. aec. go. jp / jicst / NC / senmon / old /kakuyugo/siryo/siryo136/siryo2.htm）［１２］Y. Takase et al., Overview of Spherical Tokamak Research in Japan, IAEA Fusion Energy Conference (Kyoto

であり，その間，様々な困難に直面してきた．それは，プ
ラズマが

非線形性

の強い媒質であり，プラズマ性能の向上に対してその性質は必ずしも連続的でなく，自然が味方してくれる場合もあれば，対峙する場合もあり，単純に予測できない場合が多々あることによる．新しい概念と技術による企業の核融合研究も今後同様な困難に直面することがあるかも知れない．しかし，隠されたパラメータを見つけ出してプラズマの対峙する性質を味方に変えるなど，
プラズマに関する理解が格段に進んだ今日，そのアドバン
テッジを最大限利用し，これまでと異なった進化のもと，核融合の実現が早まれば喜ばしい．
もとより，企業と大学・国公立研究機関の異なった研究のスタイルは優劣を付けられるものでなく，どちらも重要である．逆に，核融合研究が長期化する状況を考えると，大学・国公立研究機関と企業という考えの異なる二つの基
軸と文化を持つことによって核融合を支援いただける顧客や国民の層を増やし，両者が密接な情報交換と交流を行いつつ，一定の緊張感のもと切磋琢磨することで，幅を持った核融合研究開発が進展することが期待される．Rostoker2016).

先生をはじめ，核融合研究の時代の流れを見越して個別の

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Journal of Plasma and Fusion Research Vol.93, No.1 January 2017

!!
あさ

い

とも

小特集執筆者紹介

ひこさ浅 井 朋 彦

じま

とし

き

かわ

カリフォルニア大 学 ア ー バ イ ン 校，ノ ー マ
ン・ロストーカ・チェア教授．トライ・アル
ファ・エナジー社，科学担当重役．専門分野
は，プ ラ ズ マ 物 理，高 強 度 場 科 学，計 算 物
理．諏訪賞（２００６），仁科記念賞（２００６），Blaise Pascal Chair
（２
０
１
０）
，フェルミ賞（２０１５）等を受ける．ロシア科学院正メン
バー．
た

ひろ

なか

ひろ

浜松ホトニクス㈱中央研究所産業開発研究センター大出力レーザー開発グループ グループ
長代理．１
９
８
６年慶應義塾大学大学院 工学研究
科 修士課程修了．同年に浜松ホトニクス㈱入社．２００７年，産業開発研究所の開所に伴い，レーザー核融合研究に従事し始めた．弊社の技術開発が世界の核融合研究を推し進めるのが夢で，レーザー，ターゲット，計測器と分野にこだわらずに，研究用途で実用できるように願いをこめて開発している．プラズマ・核融合学会，日本原子力学会会員．

田 島 俊 樹ごうとう

佐 藤 仲 弘日本大学理工学部物理学科准教授．２００２年大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了，博士（工学）．サスカチュアン大学研究員，産業技術総合研究所研究員，日本大学理工学部
助手，講師を経て２
０
１
３年より現職．専門はコンパクトトーラスを中心とした高ベータプラズマとその応用に関する実験研
究．趣味はバイクと剣道．
た

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しま

とし

ゆき

川 嶋 利 幸浜松ホトニクス株式会社 中央研究所産業開発 研 究 セ ン タ ー 副 セ ン タ ー 長．博 士（工学）．電気通信大学レーザー新世代研究セン
ター客員教授，大阪大 学 工 学 研 究 科 客 員 教
授．夢はレーザー核融合発電の実現．そのためにはパワーレー
ザーの大出力化，高効率化，低コスト化が何よりも重要と考え，大出力レーザーの実用化と産業利用の開発に注力している．

し郷 田 博 司米国カリフォルニア州に位置する民間企業 Tri
Alpha Energy，Inc.にて２００
７年よりLead Scientist として実験的研究に従事．日本大学大学
院・博士後期課程修了（理学博士）後，米国ワシントン大学（UW）そしてカリフォルニア大学アーヴァイン
校（UCI）での研究を経て現職に至る．主な研究分野は，磁場反転配位（FRC）プラズマの生成・閉じ込め特性の最適化に向けた装置運転，プラズマ計測・診断，データ解析等の多岐にわたり実験に携わっている．最近，運動不足解消のためサッカーをまた始めたが，体がついていかずに衰えを感じる今日この
頃……．

きし

もと

やす

あき

岸 本 泰 明京都大学大学院エネルギー科学研究科教授．１９８
１年広島大学修士課程修了，１９８４年大阪
大学博士課程修了，日本原子力研究所・那珂研究所（現量子科学技術研究開発機構）を経て，２００
４年より現職．トカマクを中心としたプラズマの乱流輸
送やレーザーと物質との相互作用に関する理論・シミュレー
ション研究などに従事．

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