縦のコイルが、横を回る磁場をつくる？ TF・PF・中心ソレノイドの違い

トカマクの写真には、縦に立つ巨大なD形の部品、水平に広がる輪、中央に積み上げる円筒状の磁石が登場する。どれも電流で磁場をつくるコイルだが、同じ仕事をしているわけではない。

見分ける鍵は、コイルそのものの向きと、そこから生まれる磁場の向きを分けることだ。ITERを例に、TF、PF、中心ソレノイドの三つを読む。方式全体の特徴はトカマクの総説、立体的な配置はFIのトカマク3D解説で確かめられる。

TFはToroidal Field、トロイダル磁場の略だ。ドーナツの大きな輪に沿って周回する方向を、トロイダル方向という。ITERでは18基のD形コイルを真空容器の周囲に並べ、この方向の磁場をつくる。

ここで「縦のコイルだから、磁場も上下向き」と考えると混乱する。コイルを流れる電流と、コイルがつくる磁場は同じ向きではない。D形の輪を縦に並べた構成が、装置の周回方向に磁場をつくる。TFという名前は、コイルの見た目よりも、主につくる磁場の方向を表している。

ただし、TFの磁場だけでトカマクの閉じ込めが完成するわけではない。プラズマの中を流れる電流の磁場が重なり、磁力線はらせん状になる。IPPの解説は、この組合せが閉じ込めに必要な磁気面を形づくると説明する。

PFはPoloidal Field、ポロイダル磁場の略だ。ポロイダル方向は、ドーナツの大きな輪を一周する方向ではなく、輪を切った断面の周囲を回る方向を指す。

ITERのPFコイルは6基のリング状磁石で、TFコイル構造の外側に配置される。プラズマの形を整え、壁から離して安定に保つために働く。掲載写真は、2018年に公表されたPF5の巻線製造の様子だ。完成後の運転状態や、現在のプラズマを撮った写真ではない。

もう一つの注意点は、「ポロイダル磁場はすべてPFコイルがつくる」と単純化しないこと。プラズマ電流もポロイダル方向の磁場を生む。部品の名前と、装置内にできる磁場の全体を同一視しないと、構造図を読みやすくなる。

出典：ITERの磁石構成、PF5の製造記録

中心ソレノイド（CS）は、ドーナツの穴にあたる中心軸側に置かれる。ITERでは6個の独立したコイルモジュールを積み上げて構成する。TFやPFと同じ「磁石」でも、重要な働きは、プラズマに電流を誘起することにある。

仕組みは変圧器に似ている。中心側のコイルの電流を変えると磁束が変化し、環状のプラズマに電流を流すための電場が生じる。プラズマは、外部の電線をそのまま差し込んで電流を流す導体ではない。

このため、中心ソレノイドを一定の状態に保つだけで、誘導による電流駆動をいつまでも続けられるわけではない。将来の定常運転に向けて、高周波などを用いた別の電流駆動手法が研究されている。これは中心ソレノイドが不要だという話ではなく、装置を長く動かすには電流のつくり方も考える必要があるということだ。

掲載写真は2026年6月23日の中心ソレノイド第6モジュールの積上げ作業。組立の記録であり、プラズマ運転や発電の実績を示すものではない。

出典：ITERの組立記録、IPPのトカマク解説

輸送中のコイルは横向きで、保護材に覆われていることもある。運搬時の姿勢から、そのまま運転時の磁場の向きを推測することはできない。写真を見るときは、部品名、組立後の配置、通電時の役割を順に確かめたい。

三つの区分も、装置のすべてではない。ITERには磁場の誤差を補うコイルや、追加のプラズマ制御を担う容器内コイルもある。さらに電源、冷却、支持構造がつながって磁石システムになる。

まずTFで周回方向の磁場、PFで形と位置、CSで電流の誘起という主な役割を押さえる。そのうえで「どの部品を、何のために試したのか」を問うと、巨大な磁石の写真が、技術の進み具合を読む入口になる。