核融合実験炉の展望

核融合とは？

核融合については文科省の下記ページで簡単に解説されています。
かいつまんで説明すると……

重水素と三重水素(トリチウム)の原子核を核融合させるとヘリウムと中性子でき、同時に熱エネルギーが放出されます。核融合では少量の燃料から莫大なエネルギーを得ることができ、1グラムの重水素-三重水素燃料から石油8トン分に相当するエネルギーを得ることができます。核融合反応を起こすためには、原子核同士を非常に高速(秒速1000キロメートル以上)に衝突させる必要があります。その為に、燃料を1億℃以上に加熱して高温プラズマ状態を作り出します。核融合反応を持続するためには、

(1)プラズマの高温を維持すること

(2)燃料を高い密度で炉の中に閉じ込めること

の2つが重要となります。核融合炉の代表的な閉じ込め方式として、トカマク型、ヘリカル型、レーザ方式の3種がありますが、トカマク型が現時点で最も進んだ方式であり、JT-60SAおよびITERもこの方式です。

http://www.mext.go.jp/a_menu/shinkou/iter/019.htm

核融合実験炉 JT-60SA

JT-60SAは、茨城県那珂市のQST那珂核融合研究所に建設中の核融合実験炉です。

写真は2017年の一般公開時に撮影した建設中のJT-60SAです。右の円形の構造物の内側にプラズマを閉じ込める真空容器と電磁石があります。左下に見える青い部分はプラズマを加熱するための中性粒子加速器です。重水素同士の核融合反応を起こすために、中性粒子加速器でプラズマを超高温に加熱し、超高圧を維持するために強力な電磁石の磁場でプラズマを閉じ込めます。

先代である磁場封じ込め型核融合炉のJT-60(運用終了)では65秒のプラズマ維持を達成しましたが、後継機のJT-60SAでは100秒を目指しています。
この100秒という時定数がとても重要で、核融合炉におけるプラズマが平衡状態となる時間と言われています。平衡状態となる要素は2つあり、プラズマ自体の安定と、プラズマと真空容器内壁の反応(超高温なので内壁の炭素原子がプラズマに拡散してしまいます)の平衡にかかる時間が100秒なのだそうです。
即ち、100秒を超えるとプラズマは安定となり、200秒でも1000秒でも原理的には同じ条件で安定させることが可能となり、核融合の研究は躍進すると考えられています。

JT-60SAは2020年より実験開始の予定です。

ITER計画について