＜核融合とは＞

核融合（かくゆうごう）は、軽い原子核が結びついて、より重い原子核を形成する過程です。この過程では、巨大なエネルギーが放出されます。太陽や他の恒星のエネルギー源は、この核融合反応です。具体的には、太陽では主に水素原子が融合してヘリウムが生成され、その際に莫大なエネルギーが放出されます。

核融合のエネルギーは、環境に優しく、安全で、効率的なエネルギー源として期待されています。現在、多くの研究が進められており、人工的に核融合反応を起こし、それをエネルギーとして利用する技術（例えばトカマク型反応炉）を開発中です。

核融合は理論的にはクリーンで持続可能なエネルギー源ですが、極めて高温高圧の条件を維持することが難しく、その技術的な実現にはまだ課題が多く残されています。

＜実現の見込みと現状＞

核融合エネルギーの商業的な実現にはまだ時間がかかるとされていますが、近年の技術進展により希望が高まっています。現在の目標は、2050年頃までに商業用の核融合発電を実現することです。

代表的な国際プロジェクトであるITER（イーター：国際熱核融合実験炉）は、フランスで建設中で、2025年頃からプラズマを生成する実験を開始し、その後、より高度な実験を行い、エネルギーの実用化に向けたステップを踏む予定です。ITERは核融合が実際に持続可能なエネルギーを生み出す可能性を示す重要な段階とされています。

さらに、各国で核融合技術の研究が進んでおり、小型で効率的な炉を開発しようとするスタートアップ企業なども出てきています。例えば、アメリカの企業Helion EnergyやCommonwealth Fusion Systemsなどが独自の技術で核融合発電の早期実現を目指しています。

しかし、技術的には高温（数億度）でのプラズマの安定制御や、持続的な反応維持が大きな課題です。また、プラズマを閉じ込めるための強力な磁場や、それに伴う材料の劣化などの問題も解決が必要です。商業的な実現までには、まだ技術的・経済的な挑戦が残っていますが、進展は着実に進んでいます。

＜核融合に必要な要素＞

核融合を実現するためには、いくつかの重要な要素があります。これらを満たすことで、核融合反応を維持し、エネルギーを取り出すことが可能になります。

1. 高温高圧環境: 核融合反応を起こすためには、非常に高温（数億度）での環境が必要です。この温度により、原子核が高速で運動し、クーロン力（同じ電荷の原子核が反発し合う力）を克服して衝突・融合することができます。自然界では、太陽の中心部のように高温と高圧の環境が核融合を引き起こしています。
2. 燃料: 核融合の燃料としては、重水素（デューテリウム）と三重水素（トリチウム）がよく使われます。これらは水などから比較的容易に入手できるため、長期的なエネルギー供給の面で利点があります。また、ヘリウムが副生成物として生成されるため、有害な放射性廃棄物が比較的少ないことも利点です。
3. プラズマの閉じ込め: 核融合を起こすためには、反応が続くようにプラズマを閉じ込める必要があります。プラズマとは、非常に高温で原子が電離した状態の物質です。このプラズマを閉じ込めるために、磁場閉じ込め方式（トカマク型やステラレータ型）や、慣性閉じ込め方式（レーザーを使って燃料ペレットを圧縮する方法）などが使われています。
4. 十分な閉じ込め時間: 核融合反応が起き、エネルギーを取り出すためには、プラズマが一定の密度と温度で十分な時間維持されることが必要です。これを三重積と呼び、温度・密度・閉じ込め時間の積が一定以上でなければ、核融合反応によるエネルギー生産がプラスになること（すなわち、投入したエネルギーよりも多くのエネルギーを取り出すこと）はできません。
5. 材料技術: 高温のプラズマを扱うため、炉の材料は極度の高温・放射線に耐えられるものでなければなりません。トカマクなどでは、プラズマが触れる内壁の材料に対して、耐久性と耐放射線性が求められます。この分野でも新たな合金やセラミックスなどの材料が研究されています。
6. 燃料の供給と廃棄物処理: 三重水素は自然界にほとんど存在しないため、反応中に三重水素を生成・回収する技術が必要です。また、核融合反応で生成される中性子による材料の放射化も課題であり、その管理が必要です。

これらの要素が揃って初めて、核融合は持続可能で実用的なエネルギー源として活用されることが期待されていますが、それぞれの要素には技術的な課題が存在し、これを克服するために多くの研究と開発が続けられています。

＜ハードルの高い要素＞

核融合において特にハードルが高い要素は、プラズマの閉じ込めと材料技術の2つです。

1. プラズマの閉じ込め:
   • 核融合には数億度という非常に高い温度が必要ですが、この高温のプラズマを安定して閉じ込めるのが非常に難しいです。プラズマは高温になるほど不安定になりやすく、外部の磁場で閉じ込める際に乱流が発生し、制御が困難になります。トカマク型のような磁場閉じ込め方式は、強力な超電導磁石を用いてプラズマを閉じ込めていますが、その磁場制御には非常に精密な技術が必要です。
   • プラズマの閉じ込め時間や密度もエネルギー生成の重要な要素です。「三重積」が一定以上でなければならないため、十分な閉じ込め性能を達成することが核融合発電の商業化の最大の技術的ハードルとなっています。
2. 材料技術:
   • 核融合炉の内部では高温プラズマに加えて大量の中性子が発生します。これに耐えられる材料が必要で、炉の内壁は極端な温度や中性子の照射による劣化に耐えなければなりません。このため、長期間安定して使用できる耐放射線性と耐久性を持つ新しい材料の開発が必要です。
   • また、中性子が壁に衝突すると材料が放射化し、放射性物質になる可能性があるため、この管理も大きな課題です。

これらの技術的なハードルの克服には、精密な制御技術の進展、材料科学の進化、そして多くの実験と改良が必要です。近年のITERプロジェクトやその他の研究によって進展は見られますが、これらの要素が最も難しい部分として残っています。

＜核融合の方式＞

核融合にはいくつかの異なる方式があり、それぞれ独自のアプローチで核融合反応を実現しようとしています。以下は、主要な核融合の方式についての説明です。

1. 磁場閉じ込め方式

磁場閉じ込め方式では、強力な磁場を使ってプラズマを閉じ込め、核融合反応を維持します。この方式にはいくつかのバリエーションがあります。

• トカマク型（Tokamak）
  • 最も広く研究されている方式で、ITERもこの方式を採用しています。トカマクはドーナツ型（トーラス型）の容器にプラズマを閉じ込め、強力な磁場で安定させる方法です。トカマクは安定した閉じ込めが可能である反面、装置が大規模かつ複雑であるため、建設や運用が難しいという課題があります。
• ステラレータ型（Stellarator）
  • ステラレータはトカマクと同じくトーラス型ですが、外部の磁場だけでプラズマを閉じ込めるため、トカマクよりも安定した運転が期待されています。ただし、磁場コイルの設計が非常に複雑で、高度な製造技術が必要です。ドイツのWendelstein 7-Xが代表的なステラレータ型装置です。
• 球状トカマク（Spherical Tokamak）
  • 球状トカマクは、トカマクをさらに球形に近づけた形状で、よりコンパクトに高いプラズマ圧力を得ることができます。英国のMASTや日本のSTARTなどがこの方式を研究しています。

2. 慣性閉じ込め方式

慣性閉じ込め方式では、燃料を圧縮して短時間で核融合を起こす方法です。

• レーザー慣性閉じ込め（Laser Inertial Confinement）
  • 高出力のレーザーを燃料ペレットに照射し、燃料を一気に圧縮・加熱して核融合を起こす方法です。アメリカのローレンス・リバモア国立研究所のNIF（National Ignition Facility）がこの技術を使っています。非常に短時間に高温高圧を作り出すことで核融合を発生させます。
• ピンチ効果（Z-pinch）
  • 大電流を流して、磁場により燃料を圧縮する方法です。Zピンチは高密度のプラズマを短時間で作り出し、核融合を起こすことを目指しています。

3. 磁気ターゲット融合（Magnetized Target Fusion, MTF）

磁気ターゲット融合は、磁場閉じ込めと慣性閉じ込めの両方を組み合わせた技術です。プラズマをある程度の磁場で閉じ込めた後、外部から急激に圧縮することで核融合を引き起こします。カナダのGeneral Fusionがこの方式で研究を進めています。

4. フィールドリバースドコンフィグレーション（Field-Reversed Configuration, FRC）

FRCはプラズマを環状にし、内側で磁場が打ち消し合う形で、プラズマを閉じ込める方式です。TAE Technologiesがこの方式を採用しており、高温のプラズマを効率的に保持しながら核融合を目指しています。

5. 慣性静電閉じ込め（Inertial Electrostatic Confinement, IEC）

IEC方式では、静電場を用いて燃料粒子を中心に向けて加速し、高速で衝突させて核融合を起こします。装置が比較的シンプルであり、小型の装置で実験が可能です。例として、Polywellという装置がこの原理を使っています。

それぞれの特徴と課題

• 磁場閉じ込め方式（トカマク、ステラレータなど）: 安定したプラズマ閉じ込めが可能ですが、装置が非常に大規模で高コスト。また、長時間安定してプラズマを保持する技術的な課題があります。
• 慣性閉じ込め方式（レーザー慣性閉じ込めなど）: 非常に高出力のレーザーが必要であり、大規模な装置が求められます。瞬間的に高温高圧を実現できますが、繰り返し反応を維持する技術が難しいです。
• 磁気ターゲット融合とFRC: 磁場と圧縮を組み合わせることで効率化を図りますが、システムが複雑であり、技術的な実用化には課題が残ります。
• 慣性静電閉じ込め: 小規模で実験が可能ですが、大規模なエネルギー出力には不向きであり、技術的に突破すべき壁が多いです。

これらの方式の中で、トカマク型が最も多く研究されており、実用化に近づいているとされていますが、それぞれの方式が独自の利点を持っており、どれが最終的に実用的なエネルギー源として成功するかはまだわかりません。現在、世界中で様々なアプローチで研究が進められています。

＜提供企業について（世界）＞

核融合技術の開発には、いくつかの企業や研究機関が取り組んでいます。主にスタートアップやエネルギー関連企業が中心となり、さまざまな技術やアプローチを採用しています。以下はその代表的な企業です。

1. Commonwealth Fusion Systems (CFS)（アメリカ）
   • MITからのスピンオフ企業で、超電導磁石技術を使ったトカマク型の核融合炉の開発に取り組んでいます。CFSは強力な磁場を利用してプラズマをより効率的に閉じ込める技術の開発を進めており、2020年代半ばには実用的な核融合デモ機を目指しています。
2. Helion Energy（アメリカ）
   • Helionはトカマク型ではなく、慣性静電閉じ込め方式を使った独自の核融合技術を開発しています。より簡易な設計で、コスト効率の良い核融合を目指しています。
3. Tokamak Energy（イギリス）
   • Tokamak Energyは小型で効率的なトカマク型の核融合炉を開発しています。彼らは球状トカマク（球形に近い形状のトカマク）というユニークな設計により、よりコンパクトで効率的な閉じ込めを実現しようとしています。
4. TAE Technologies（アメリカ）
   • TAE Technologiesはプラズマビームを使った核融合技術を開発しています。彼らは「フィールドリバースドコンフィグレーション (FRC)」という方式を使っており、安定したプラズマ閉じ込めを目指しています。
5. General Fusion（カナダ）
   • General Fusionは、ピストンで燃料ペレットを圧縮し、プラズマを作り出す技術（磁気ターゲット融合）を開発しています。この方法は、核融合のエネルギーを実現するためのコスト効率の良い手段として注目されています。
6. ITERプロジェクト（国際協力）
   • ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor）は、世界中の複数の国が参加する巨大な国際協力プロジェクトで、フランスで建設中のトカマク型核融合炉です。企業ではありませんが、主要な技術提供者として各国のエネルギー関連企業が参加しており、研究成果を共有しています。

これらの企業は、それぞれ異なるアプローチで核融合技術の商業化を目指しており、技術的な競争と協力を通じて核融合の早期実現に取り組んでいます。

＜提供企業について（日経大企業）＞

日本でも核融合技術の開発に取り組んでいる企業や研究機関があります。以下はその代表的なものです。

1. 三菱重工業
   • 三菱重工業は、ITERプロジェクトや日本国内の核融合開発プロジェクトに参加しており、トカマク型核融合炉の主要部品であるプラズマを閉じ込めるための装置や、超電導コイルの製造などに関わっています。また、核融合エネルギーの商業化に向けた技術研究を進めています。
2. 東芝
   • 東芝も核融合の関連技術に携わっており、ITERに向けた設備や機器の製造に参加しています。特に超電導技術や高温機器の製造を行い、核融合エネルギー実現のための支援を行っています。
3. 日本製鋼所 (JSW)
   • 日本製鋼所はITERにおける重要な部品である真空容器の製造を担当しています。真空容器は、プラズマを保持する核融合炉の中で最も重要な部分の一つです。同社は高度な溶接技術や材料技術を提供し、核融合炉の実現を支えています。
4. 富士電機
   • 富士電機はITERプロジェクトの一環として、プラズマを加熱するための加熱装置の開発に取り組んでいます。核融合のプラズマ加熱は非常に重要な要素であり、高効率の加熱技術の提供を通じて核融合研究に貢献しています。
5. 京セラ
   • 京セラは、高度なセラミック材料の提供を通じて、核融合炉に必要な耐熱性や耐久性に優れた部品の開発に関わっています。核融合炉の内部では、極端な温度や放射線に耐えるための材料が必要とされており、同社の技術がこれに貢献しています。

また、企業だけでなく、日本では**量子科学技術研究開発機構（QST）**が中心となり、国の核融合研究も進められています。QSTは、日本国内の大型核融合実験装置「JT-60SA」を運営しており、ITER計画と連携しながら核融合技術の研究を進めています。

日本の企業は、国際的なプロジェクトでの協力を通じて、高度な技術を提供し、核融合エネルギーの実現に貢献しています。

＜提供企業について（日経スタートアップ）＞

1. 京都フュージョニアリング（Kyoto Fusioneering）
   • 京都フュージョニアリングは、核融合技術の商業化を目指すスタートアップで、核融合炉に必要な周辺技術や装置の開発に注力しています。具体的には、プラズマ加熱装置やブランケットなど、核融合エネルギーの実用化に必要なインフラや部品の開発を進めています。また、国内外の核融合プロジェクト（例えばITER）に向けて技術提供を行っています。
2. TAE Technologies Japan
   • TAE Technologiesはアメリカのスタートアップですが、日本でも事業を展開しています。日本法人を通じて、日本国内の研究機関や企業と協力し、核融合技術の研究開発を進めています。日本の技術力を活用しながら、核融合実用化の早期実現を目指しています。

これらのスタートアップは、核融合技術の開発や関連するインフラの整備に貢献し、日本の核融合エネルギーの実現に向けた取り組みを進めています。