核融合クイズ！【問題 全10問・答え付き】 | 2026年03月版

LHD（Large Helical Device：大型ヘリカル装置）は、岐阜県土岐市にある核融合科学研究所の主力実験装置です。ヘリカル型核融合装置としては世界最大級の規模を誇り、1998年から実験を開始しています。ヘリカル型はトカマク型と異なり、外部からのプラズマ電流を必要とせず、定常運転に適した特徴を持ちます。LHDは超電導コイルを使用してねじれた磁場を作り出し、プラズマを閉じ込めます。これまでに1億2000万度を超える高温プラズマの生成に成功し、ヘリカル型核融合炉の実現に向けた重要なデータを蓄積しています。日本独自のヘリカル型研究の中核施設として国際的にも注目されています。

アインシュタインの特殊相対性理論から導かれるE=mc²は、質量とエネルギーの等価性を表す最も有名な物理方程式の一つです。核融合反応では、反応前の原子核の質量の合計と反応後の生成物の質量の合計を比較すると、わずかな質量欠損（マスデフェクト）が生じます。この失われた質量がE=mc²に従って膨大なエネルギーに変換されます。例えば重水素と三重水素の核融合では、反応前後の質量差はわずか0.0189原子質量単位ですが、これが17.6MeVという大きなエネルギーに変換されます。この質量エネルギー変換が核融合エネルギーの本質であり、化学反応とは比較にならない巨大なエネルギーを生み出す理由です。

ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor：国際熱核融合実験炉）は、日本、EU、米国、ロシア、中国、韓国、インドの7極が共同で進める国際核融合実験プロジェクトです。フランス南部のカダラッシュに建設中で、トカマク型核融合炉として世界最大規模を誇ります。核融合エネルギーの科学的・技術的実現可能性を実証することを目的とし、投入エネルギーの10倍以上の核融合出力を目標としています。2025年の初プラズマ点火を目指して建設が進められています。

ローソン条件は、核融合反応を持続的に起こすために必要な3つの基本条件を示したものです。具体的には、①高温度（プラズマ温度約1億度以上）、②高密度（十分な粒子密度）、③長時間の閉じ込め（エネルギー閉じ込め時間）の3つです。これらの条件の積が一定値以上になることで、投入エネルギーを上回るエネルギーを取り出すことができます。強磁場はトカマク型やヘリカル型などの磁場閉じ込め方式で使用される技術的手段の一つですが、ローソン条件そのものではありません。慣性閉じ込め方式では磁場を使用しません。

重水素（D）と三重水素（T）の核融合反応は、現在最も実用化に近いとされる核融合反応です。この反応では、重水素原子核（陽子1個+中性子1個）と三重水素原子核（陽子1個+中性子2個）が融合し、ヘリウム4原子核（アルファ粒子：陽子2個+中性子2個）と中性子1個が生成されます。反応式は D + T → 4He + n + 17.6MeV となります。生成される中性子は高エネルギー（14.1MeV）を持ち、このエネルギーを熱として回収することで発電に利用します。この反応は比較的低い温度（約1億度）で起こるため、技術的実現性が高いとされています。

トカマク型核融合装置が現在最も長時間のプラズマ維持記録を持っています。中でも日本のJT-60SAや中国のEASTなどのトカマク装置が長時間放電の記録を更新し続けています。トカマク型は強力なトロイダル磁場とポロイダル磁場を組み合わせてプラズマを閉じ込める方式で、比較的安定したプラズマ閉じ込めが可能です。ヘリカル型は定常運転に適していますが、現状では温度や密度の面でトカマク型に劣ります。慣性閉じ込め型は極めて短時間（ナノ秒オーダー）の反応であり、長時間維持という概念とは異なります。ITERもトカマク型として設計されています。

三重水素（トリチウム）は自然界にほとんど存在しないため、核融合発電では人工的に生産する必要があります。この生産にはリチウムが使用されます。具体的には、リチウム6に中性子を照射することでトリチウムとヘリウム4が生成される反応（6Li + n → 3H + 4He）や、リチウム7から中性子とトリチウム、ヘリウム4が生成される反応（7Li + n → 3H + 4He + n）を利用します。核融合炉では、D-T反応で発生する高エネルギー中性子をリチウムを含むブランケット材に当ててトリチウムを生産し、燃料として再利用する計画です。リチウムは海水中にも豊富に存在するため、持続可能な燃料循環が期待されています。

プラズマは物質の第4の状態と呼ばれ、気体を構成する原子や分子が電離して、自由な電子と正イオン（原子核）に分かれた状態です。通常、数万度以上の超高温状態で形成されます。プラズマ中では電子とイオンが自由に運動するため、電気的性質を示し、磁場の影響を強く受けます。核融合反応を起こすためには、燃料となる水素同位体をプラズマ状態にして1億度以上まで加熱する必要があります。宇宙では恒星の内部や太陽風、地球では雷やオーロラ、蛍光灯の中でもプラズマが観察されます。核融合炉ではこのプラズマを磁場や慣性力で閉じ込めて核融合反応を制御します。

核融合エネルギーは多くの利点を持つ次世代エネルギー源として期待されていますが、現在はまだ実用化されていません。ITERプロジェクトをはじめとした世界各国の研究により、2030年代以降の実用化を目指している段階です。一方、核融合の利点として、①燃焼時に二酸化炭素を排出せずクリーンであること、②核分裂に比べて長寿命の高レベル放射性廃棄物の発生が格段に少ないこと、③燃料となる重水素は海水から、リチウムも海水や地殻から豊富に得られること、④連鎖反応ではないため暴走の危険性が低いことなどが挙げられます。技術的課題の解決により、将来的には理想的なエネルギー源となる可能性があります。

太陽の中心部では、主に水素原子核（陽子）同士が核融合を起こしています。この反応は「陽子-陽子連鎖反応」と呼ばれ、4つの水素原子核が段階的に融合して1つのヘリウム原子核を生成します。この過程で質量の一部がエネルギーに変換され、太陽の膨大なエネルギーの源となっています。太陽の表面温度は約6000度ですが、中心部は約1500万度という超高温状態にあり、この高温高圧環境により核融合反応が持続的に起こっています。