核融合発電 (フュージョン) の基礎と産業化に向けた革新的技術動向

近年、脱炭素社会の実現に向けた国際的な取り組みにおいて、核融合 (フュージョン) への期待が盛り上がっている。その研究開発に対する民間投資の増加や国の支援策が推進される中、2030年代に核融合発電が本当に実証されるのかどうか、今、問われている。 　最近の世論調査によると、核融合発電の実現が20年以内と予想している人が過半数以上いると言われている。また、最近の人気テレビ番組「VIVANT」を観ていると、「核融合」が番組シナリオの中でキーワードとなって何度も出てくる。過去、向かい風を受けていた核融合も認知度が急上昇し、核からくる危険というイメージも随分と軽減され、最近では世間に馴染みのあるものになって来ている。今年7月には、投資競争の世界において世界初の核融合上場企業 (General Fusion社) の誕生が歴史的なマイルストーンを迎えたと話題となった。 　日本の国家戦略として「17分野への重点投資対象」にフュージョンエネルギーが含められており、高市総理は今年の経済財政諮問会議・日本成長戦略会議において、フュージョン発電システムの早期実用化を加速するために、スタートアップの研究開発を支援し、同時に核融合技術の実装化を推し進める方針を示した。2040年度までの間、官民投資額3.1兆円が想定されている。新たなるエネルギー源として、日本は世界に先駆けて核融合発電システムの主要な製品・技術の輸出によってこの分野の海外市場を獲得することを目指している。 　主流のトカマク方式である欧州JET装置における重水素と三重水素の実験によって、たった0.2mgの燃料の5秒間の核融合反応による出力エネルギー69MJの世界記録を達成している。また、レーザー方式では2025年、投入したエネルギー以上の8.6MJの核融合出力を達成した。今後、従来のトカマク方式による核融合エネルギーの商用化は国家が主導するITER・BAプロジェクトの成功に依存しており、今後のロードマップとして、原型炉は2045年頃までに建設され、発電実証がなされる計画である。しかし、幾つかの不確実性の高い技術課題を克服しなければならず、今世紀半ばのカーボンニュートラルには商業炉建設は間に合わないことが予想される。 　北米では、これまでの核融合ブームを牽引してきた革新的核融合方式のスタートアップ企業に大きな期待が寄せられ、それらの多くは2030年半ばには経済的な商用炉を実現することをミッションに掲げている。もし実現すれば、核融合分野の新たなゲームチェンジャーとなるだろう。これらの企業はプラズマ生成からエネルギーの取り出しまでの簡素な炉構造システムの革新的なアイデアを提案している。過去、予算削減による多くの研究プロジェクトの中断を余儀なくされてきたが、現在は、巨額の投資資金をもとに多くの優れた人材を集め、これまでに成し得なかった大規模な研究設備、大型装置を建設して研究開発が進められている。 　本講演では、核融合の基礎、原型炉に向けた技術課題とそれに対するアプローチの最新動向を概説し、世界で40社以上にも増えつつある民間企業の開発技術、特に、筆者が長年行ってきた革新的核融合方式での研究経験を活かして、コンパクトな核融合炉とその実現の可能性、爆発的なイノベーション技術とは何かについて分かり易く解説する。

1. 核融合 (フュージョンジョン) 発電の基礎
   1. 脱炭素化時代のフュージョンエネルギー開発と国際協力
   2. 核融合発電のしくみ
   3. なぜ、核融合発電の実現に時間がかかるのか?
   4. 原子力 (分裂炉) 発電とどう違うのか?
   5. 核融合開発はどこまで進んでいるのか?
   6. 核融合反応を起こす高温の燃焼プラズマとは何か?
   7. プラズマを磁場で閉じ込め、高温・高密度化の方法と定常/パルス運転制御
   8. 核融合エネルギーの取り出しの方法 (ブランケット技術)
   9. 燃料供給・回収方法とダイバータ技術
   10. 放射線による炉材料の損耗劣化と装置交換・保守技術
2. 核融合スタートアップ企業への過熱する投資と支援
   1. 今、注目されている核融合発電方式
   2. 核融合スタートアップへの巨額の民間投資と波及効果
   3. 核融合スタートアップの支援組織と活動状況
   4. 日本における民間の核融合開発への支援
   5. 米国、中国における民間の核融合開発の動向
3. 経済的でコンパクトな核融合炉実現に向けた野心的なアプローチ
   1. イーター国際協力で進展するトカマク型核融合炉の技術課題とは何か?
   2. トカマク方式とは異なる中心に構造物のないコンパクトなプラズマ閉じ込め方式
   3. 磁化ターゲット核融合への新しいアプローチ (衝突圧縮技術)
   4. 高温超電導強磁場コイルの開発と現状
   5. 中性子フリーの魅力的な核融合反応の利用と新しいエネルギー回収法
4. 海外の核融合スタートアップ企業のイノベーション技術
   1. 常温超電導コイルを用いた強磁場化によるトカマク炉の小型化
   2. 低アスペクト比化によるトカマク炉の小型化 (球状トカマク)
   3. 中性粒子ビーム入射でコンパクトトーラスプラズマ (FRC) の加熱と定常化技術
   4. 磁化プラズモイドの高加速、衝突合体と急速磁気圧縮方式による高密度化・高温化
   5. 磁化プラズマガンと圧縮ガス駆動ピストンを用いたプラズマの衝突合体圧縮技術
   6. 究極の小型パルス商用炉を目指したプラズマガンによるシアフロー安定化Zピンチ
   7. 循環する液体金属用いた遮蔽、エネルギー回収と燃料増殖の炉工学技術
   8. 多彩なアプローチによるその他の核融合方式
5. フュージョン・イノベーション技術の産業化
   1. 高温超電導巻線の応用
      • 強磁場生成コイル
      • 超電導MRI
      • 高温超電導モータ等
   2. 高電圧大電流パルスパワー技術
   3. 磁化同軸プラズマガン技術
      • 先進的燃料補給装置
      • 超高パワー熱負荷材料損耗試験装置
      • 宇宙推進機
   4. 高繰り返し可能な高パワーレーザー
   5. 高パワーイオンビーム
   6. 海水からの核融合燃料リチウムの回収技術
   7. マイクロ波金属精製技術による中性子増殖材ベリリウムの製造
   8. 新材料関連
      • 低放射化
      • 液体金属
      • 絶縁材料
      • その他
   9. その他
6. まとめと今後の課題
7. 質疑応答