JT-60、JT-60U、JT-60SAは何が違う？ 装置の世代交代から読む核融合の歩み

JT-60、JT-60U、JT-60SA。似た名前が並ぶが、三つは同時に動く別々の発電所ではない。那珂の研究拠点で、装置を改造・更新しながら問いを引き継いできた歴史を表している。1985年の初プラズマから超伝導装置へ、何が変わり、何が残ったのか。過去の成果をたどると、現在の研究開発の見方も変わる。

JT-60の設計が始まったのは1975年。1985年4月3日に装置が完成し、同月8日に初めてプラズマを生成した。当時の原子力委員会月報は、機器単体、機器同士、全設備という順番で試験を進めた経緯を記している。1985年の完成・初プラズマ記録

トカマクは、環状の空間に磁場を組み合わせ、高温のプラズマを閉じ込める方式だ。プラズマは、原子から電子が離れ、電気を帯びた粒子が動く状態をいう。装置を完成させても、すぐ高性能の実験ができるわけではない。真空、電源、制御などを順に確かめ、初プラズマを出発点として運転条件を広げていく。

最初の成功を「発電開始」と読むと、その後の歩みを見失う。ここで始まったのは、核融合炉に必要な高温プラズマを実験で調べる仕事だった。

1989年、JT-60は大電流化のため運転を止め、1991年にJT-60Uとして研究を進める段階へ移った。単なる名称変更ではなく、装置の改造によって、より高い性能や新しい運転条件を探る取り組みだった。QSTによる研究史

1996年のイオン温度5.2億度、1998年のエネルギー増倍率1.25は、その歴史に登場する代表的な成果だ。ただし、温度はプラズマ中のイオンについての値で、容器全体の温度ではない。また、別の条件で得た記録を、全て同時に達成した一回の実験としてまとめてはいけない。JAEAの平成20年度業務実績報告

特に1.25は「D-T等価」の値である。JT-60の重水素実験で得た温度や密度を使い、燃料の一部を三重水素に置き換えた場合を計算で評価したものだ。実際にD-T燃料で出した核融合出力や、設備全体の消費電力を差し引いた発電量を意味しない。QSTのQ値の説明

JT-60は2008年8月29日に実験を完遂した。次のJT-60SAへ移るには、本体を取り除き、新しい装置を据え付ける空間をつくる必要があった。研究の知識を受け継ぐ一方、ハードウェアには大きく手を入れたのである。

JAEAの2014年の報告によると、解体は2009年に始まり、2012年10月に完了した。重水素実験に伴う中性子で放射化した機器を扱い、総重量約5,400トンの構造物を解体した。真空容器などを分割する作業では、冷却水を使わないダイヤモンドワイヤーソーによる切断が役立った。JT-60の解体記録

この工程は、完成した装置の写真だけでは見えにくい産業の仕事だ。切断、吊り上げ、保管、安全管理を組み合わせる経験も、次世代の研究設備をつくる土台になる。

日欧協力によるJT-60SAでは、超伝導磁石を用いる装置へ更新した。F4Eの2020年の組立完了報告は、従来の敷地内設備を活用する一方、主要な機器の多くを新たに設計・製作したと説明する。F4Eの組立完了報告

超伝導は、材料を十分に冷やすなどの条件を満たすと電気抵抗がなくなる性質で、磁石を長時間運転するための重要な技術となる。プラズマそのものが低温になるわけではない。

2020年に組立てを終え、2023年10月23日に初プラズマを生成した。F4Eの初プラズマ発表

QSTは目的を、ITERの支援、原型炉へ向けた補完研究、人材育成の三つに整理する。高い圧力のプラズマを100秒程度維持する運転方法は研究目標であり、その記載だけで達成済みと判断しない。JT-60SAの目的と仕様

JT-60Uの過去の最高温度と、JT-60SAの初プラズマ時の値だけを並べても、世代の優劣は決まらない。装置構成、加熱条件、目指す持続時間が違うからだ。現在の計画はJT-60SAの解説記事も参照してほしい。

この歴史からの編集部の提案は、装置名に加えて「今どの段階か」を見ることだ。建設時には製作・据付、運転時には計測・保守・改良、更新時には解体や既存設備との接続が重要になる。同じ研究拠点でも、求められる技術は変わっていく。

参入を考える企業は、自社の製品が新設機器向けか、既存機器の改良向けか、更新工事向けかを整理したい。その上で、対象の仕様、試験方法、放射線環境の有無、作業範囲を発注側の資料で確かめる。過去の調達実績は、現在の発注や受注の保証にはならない。

JT-60から続いているのは、一台の装置をそのまま使い続けることではない。実験で得た知見と、装置をつくり、使い、更新する技術を次へ渡すことだ。その積み重ねを知ると、核融合の進展を一つの記録だけで判断せずに読めるようになる。