ITER

ITER
形成2007年10月24日 （2007年10月24日）
本部サン ポール レ デュランス, フランス
メンバーシップ
事務局長
ピエトロ・バラバスキ
Webサイトiter.org
ITER
ITERの小規模モデル
デバイスタイプトカマク
位置サン ポール レ デュランス, フランス
技術仕様
主半径6.2メートル（20フィート）
血漿量840  m 3
磁場11.8  T（コイル上のピークトロイダル磁場）5.3  T（軸上のトロイダル磁場） 6  T（コイル上のピークポロイダル磁場）
火力320MW  （電気入力）50MW  （熱吸収）
核融合発電0  MW（発電）500MW  （核融合熱）
放電期間最大1,000秒
歴史
建設日2013～2034年

ITER （元々は国際熱核融合実験炉（International Thermonuclear Experimental Reactor）の頭文字をとったもので、ラテン語で「道」や「通路」の意味もある）[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]は、核融合発電の実現可能性を実証するために設計された国際的な核融合研究工学プロジェクトである。この施設は、南フランスのカダラッシュ研究センターの近くに建設中である。 [ 4 ] [ 5 ] ITERは2013年から建設が進められている。2033年から2034年に最初のプラズマを達成すると予想されており、[ 6 ] [ 7 ]その時点で、世界最大の核融合炉となり、プラズマ容積はこれまで最大のトカマクであった日本のJT-60SAの約6倍となる。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

核融合研究の長期目標は発電であるが、ITER の公言された目的は、発電を伴わない大型核融合炉の科学的研究と技術実証である。[ 11 ] [ 8 ] ITER の目標は、短時間にプラズマに吸収される熱エネルギーの 10 倍の熱出力を生成できるだけの核融合を達成すること、極低温技術、加熱、制御および診断システム、遠隔保守など、核融合発電所の運転に必要な技術を実証および試験すること、燃焼プラズマを実現してそこから学ぶこと、トリチウム増殖を試験すること、そして核融合プラントの安全性を実証することである。[ 9 ] [ 5 ]

ITERは、中国、欧州連合（EU）、インド、日本、ロシア、韓国、米国の7つの加盟国によって資金提供と運営が行われています。英国のEU離脱直後、英国はEUの核融合エネルギー計画（F4E）を通じて2023年9月までITERへの参加を継続しました。 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]スイスはユーラトムとF4Eを通じて2021年まで参加していましたが、 [ 15 ] EUとのその後の交渉を経て2026年に再加盟する予定です。[ 16 ] [ 17 ] ITERはオーストラリア、カナダ、カザフスタン、タイとも協力協定を結んでいます。[ 18 ]

フランスのITER施設の建設は2013年に始まり、[ 19 ]、トカマクの組み立ては2020年に始まりました。[ 20 ]当初の予算は60億ユーロ近くでしたが、建設と運用の総費用は180億〜220億ユーロになると予測されています。[ 21 ] [ 22 ]他の推定では、総費用は450億〜650億ドルですが、これらの数字はITERによって異議を唱えられています。[ 23 ] [ 24 ]最終的な費用にかかわらず、ITERはすでに史上最も高価な科学実験、[ 25 ]人類史上最も複雑な工学プロジェクト、[ 26 ]国際宇宙ステーション（1000億ユーロまたは1500億ドルの予算）と大型ハドロン衝突型加速器（75億ユーロの予算）の開発以来、最も野心的な人類の協力の1つと言われています。[注 1 ] [ 27 ] [ 28

ITERの後継として計画されているEUROfusion主導のDEMOは、実験環境で電力を生成する最初の核融合炉の1つになると期待されています。[ 29 ]

背景

ITER は、重水素と三重水素をヘリウムに融合させることでエネルギーを生成します。

核融合は、恒星の中心部で起こる高熱によって原子核が融合し、熱と光の形で大量のエネルギーを生み出すプロセスを再現することを目的としています。地球上で核融合エネルギーを利用すれば、増大する需要を満たすのに十分なエネルギーを供給でき、しかも環境への影響が比較的少ない持続可能な方法で供給することが可能になります。核融合プロセスでは、重水素と三重水素の混合燃料1グラムから9万キロワット時のエネルギーが生成されます。これは石炭11トンに相当します。[ 30 ]

核融合は従来の原子力エネルギーとは異なるアプローチを採用しています。現在の原子力発電所は、原子核を分裂させてエネルギーを放出する核分裂反応を利用しています。核融合は、複数の原子核を高熱で融合させ、この過程でもエネルギーを放出します。[ 31 ]

核融合には多くの潜在的な魅力がある。燃料は比較的豊富であるか、核融合炉で生成することができる。重水素での予備試験の後、ITERでは、その組み合わせの高いエネルギーポテンシャル[ 32 ]と、この核融合反応が最も実行しやすいことから、重水素と三重水素の混合物を核融合に使用する。最初の同位体である重水素は、ほぼ無尽蔵の資源である海水から抽出することができる。 [ 33 ] 2番目の同位体である三重水素は、自然界には微量しか存在せず、推定される世界の供給量（主に重水CANDU核分裂炉で生成）は年間わずか20キログラムで、発電所には不十分である。[ 34 ] ITERは、将来の核融合炉で独自の三重水素を生成して自給自足できるようにする三重水素増殖ブランケット技術を試験する。 [ 35 ] [ 36 ]さらに、核融合炉は実質的に二酸化炭素や大気汚染物質を排出せず、メルトダウンの可能性もなく、放射性廃棄物も従来の原子炉（核分裂炉）で生成されるものに比べて寿命が非常に短いものが多い。[ 37 ]

2006年11月21日、7つのプロジェクトパートナーは、核融合炉の建設に資金を提供することで正式に合意しました。[ 31 ]このプログラムは30年間続くと見込まれており、そのうち10年間は​​建設期間、20年間は運転期間です。ITERの当初の費用は約50億ユーロと見込まれていました。[ 38 ]しかし、遅延、原材料価格の高騰、初期設計の変更により、公式の予算見積もりは180億ユーロから200億ユーロに増加しました。[ 39 ] [ 40 ]

原子炉の建設には10年かかると予想され、ITERは2020年に最初のプラズマをテストし、2023年までに完全な核融合を達成する計画でした。2024年に、ITERは2035年に重水素-重水素プラズマの運転を開始する新しいスケジュールを発表しました。[ 6 ]フランスのカダラッシュセンター近くでサイトの準備が始まり、フランスのエマニュエルマクロン大統領は2020年の式典でプロジェクトの組み立てフェーズを開始しました。[ 41 ]改訂されたスケジュールによると、最初の水素プラズマ放電を達成するための作業は2020年半ばに70％完了しており、順調に進んでいると考えられています。[ 42 ]

ITERの目標の一つは、Q値（「核融合利得」）を10にすることです。Q = 1は「損益分岐点」と呼ばれます。トカマクで達成された最高の結果は、JETトカマクにおける0.67です。[ 43 ]核融合全般で達成された最高の結果は、 2022年後半に国立点火施設（National Ignition Facility ）による慣性閉じ込め核融合（ICF）実験で達成されたQ = 1.5です。[ 44 ]

商用核融合発電所では、エンジニアリングゲイン係数が重要です。エンジニアリングゲイン係数は、プラントの電力出力と、プラントの全内部システム（トカマク外部加熱システム、電磁石、極低温プラント、診断・制御システムなど）の電力入力の比として定義されます。[ 45 ]商用核融合発電所は、エンジニアリング損益分岐点（ DEMO参照）を考慮して設計されます。一部の原子力技術者は、商用核融合発電所の実現可能性にはQ値が100である必要があると考えています。[ 46 ]

ITERは電力を生産しません。熱源からの電力生産はよく知られたプロセスであり（多くの発電所で使用されています）、ITERは大きな核融合出力で継続的に稼働することはありません。ITERに電力生産を追加すると、プロジェクトのコストが上昇し、トカマクにおける実験の価値は損なわれます。ITERに続いて計画されているDEMOクラスの原子炉は、正味の電力生産量を実証することを目的としています。[ 47 ]

ITER の主要目的の 1 つは、「燃焼プラズマ」の状態を達成することです。燃焼プラズマとは、プラズマ加熱に使われるエネルギーの 50% 以上が（外部ソースからではなく）核融合反応から得られるプラズマの状態です。競合する NIF の核融合プロジェクトが慣性閉じ込め方式を使用して 2021 年 8 月 8 日にこの節目を迎えるまで、燃焼プラズマを生成できる核融合炉はありませんでした。[ 48 ] [ 49 ] Q DT値が高くなると、プラズマ加熱電力のうち核融合反応によって生成される割合が次第に大きくなります。[ 50 ]これにより、Q DT値が高い場合に外部加熱システムから必要な電力が削減されます。トカマクが大きくなればなるほど、核融合反応で生成されたエネルギーが内部プラズマ加熱用に保存される量が多くなり（外部加熱の必要性が少なくなり）、Q 値も向上します。これが ITER がトカマク炉の規模拡大を計画している方法です。

ITER の熱核融合炉は、300 MW を超える電力を使用してプラズマに 50  MWの熱エネルギーを吸収させ、400 ～ 600 秒間の核融合により 500 MW の熱を生成します。[ 51 ]これは、加熱入力から熱出力で測定するとプラズマ加熱パワーQ DT が10 倍に増加する、つまり Q DT ≥ 10 になることを意味します。 [ 52 ] トカマクのコアで生成される核融合パワーとコアに入る適用加熱パワーの比率の記録値 Q coreは、 TRANSPコード を使用して計算されたJET Joint European Torus実験で 1.3 です。 [ 53 ] 2022 年現在、核融合を使用したエネルギー生産の記録は、2022 年 12 月にQ core 1.5 を達成したNational Ignition Facility原子炉が保持しています。 [ 44 ]プラズマを加熱するだけでなく、原子炉と施設で消費される総電力は、プラズマ動作中に 30 秒間で 110 MW から最大 620 MW に及びます。[ 54 ]研究用原子炉であるため、発生した熱エネルギーは電気に変換されず、単に放出されます。[ 5 ] [ 55 ] [ 56 ]

組織の歴史

1985年のジュネーブサミットでのロナルド・レーガンとミハイル・ゴルバチョフ

ITERの基礎となった核融合プロジェクトのための最初の国際協力は、1978年に国際トカマク炉（INTOR）計画から始まりました。 [ 57 ] [ 58 ] INTOR計画には、ソ連、欧州原子力共同体、米国、日本の4か国が参加していました。しかし、INTOR計画は、ミハイル・ゴルバチョフが1985年3月にソ連共産党書記長に就任するまで停滞していました。ゴルバチョフは、1985年10月にフランソワ・ミッテランフランス大統領との会談で、初めて共同核融合プロジェクトへの関心を復活させ、その後、このアイデアは、1985年11月にロナルド・レーガン大統領とのジュネーブ・サミットでさらに発展しました。[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]

ゴルバチョフ・レーガン首脳会談の準備は、首脳会談に向けた具体的な合意が準備段階にないことを示していた。しかし、ITER計画は、1980年代にエネルギー研究局長を務めたアメリカ人科学者アルヴィン・トリベルピースと、後にクルチャトフ原子核研究所所長となるロシア人科学者エフゲニー・ヴェリホフという二人の物理学者による静かな研究のおかげで、政界で勢いを増していた。二人の科学者は共に、実証用核融合炉の建設プロジェクトを支持していた。当時、日本、ヨーロッパ、ソ連、そしてアメリカ合衆国で磁気核融合研究が進められていたが、トリベルピースとヴェリホフは、核融合研究を次のステップに進めるには主要国の予算が不足しており、国際的な協力が有益であると考えていた。[ 62 ]

米国エネルギー省核融合エネルギー局の国際プログラム部長であるマイケル・ロバートは、「1985年9月、私は二国間核融合活動の一環として、米国の科学チームをモスクワに率いました。ある日の昼食時に、ヴェリホフは私に、ソ連と米国が協力して核融合炉の開発を進めるというアイデアを提案しました。私の返答は『素晴らしいアイデアだ』でしたが、私の立場では、そのアイデアを大統領に上申する権限はありませんでした」と説明しています。[ 63 ]

核融合に関する協力の推進は科学外交の重要な瞬間として挙げられるが、それにも関わらず、このプロジェクトをめぐって米国政府内で大きな官僚主義的争いが勃発した。協力に反対する議論の一つは、ソ連が米国の技術や専門知識を盗むために協力を利用するというものだった。二つ目は象徴的なもので、ソ連の物理学者アンドレイ・サハロフの待遇に対するアメリカの批判だった。サハロフは核技術の平和利用の初期の提唱者であり、イゴール・タムとともに核融合研究の中核となるトカマクのアイデアを開発した。[ 64 ]しかし、サハロフはソ連におけるより広範な市民的自由も支持し、その活動が評価されて1975年のノーベル平和賞とロシアへの国内亡命を受賞した。彼は複数回のハンガーストライキを行ってこれに反対した。[ 65 ]アメリカ国家安全保障会議はウィリアム・フリン・マーティンの指揮の下、核融合プロジェクトについて議論するための会議を招集し、米国はプロジェクトを進めるべきだというコンセンサスが得られた。

この結果、ジュネーブ・サミットで核融合協力が議論され、レーガン大統領とゴルバチョフ書記長による歴史的な共同声明が発表された。この共同声明では、「制御された熱核融合を平和目的で利用することを目指した研究の潜在的な重要性を強調し、この関連で、本質的に無尽蔵であるこのエネルギー源を全人類の利益のために獲得するための国際協力を可能な限り幅広く展開することを提唱した」と述べられている。[ 66 ] [ 67 ]核融合コミュニティにとって、この声明は画期的なものであり、レーガン大統領が同月後半に連邦議会合同会議で核融合の可能性に言及したことで、その効果はさらに強化された。[ 63 ]

その結果、国際的な核融合実験の協力が前進し始めた。1986年10月のレイキャビク・サミットにおいて、いわゆる「四者間イニシアティブ委員会」（ユーラトム加盟国、日本、ソ連、米国を通じた欧州）がプロジェクト開発を監督するために設立された。[ 68 ]翌年の1987年3月、四者間イニシアティブ委員会はウィーンの国際原子力機関（IAEA）本部で会合を開いた。この会合では、実験炉の概念設計研究が開始され、核融合技術の平和利用に関する法的根拠、組織構造と人員配置、そしてプロジェクトの最終的な設置場所といった運用上の問題に関する交渉が開始された。このウィーンでの会合で、このプロジェクトは国際熱核融合実験炉（International Thermonuclear Experimental Reactor）と命名されたが、すぐにその略称とラテン語で「道」を意味する言葉だけを使って呼ばれるようになった。[ 63 ]

概念設計および工学設計段階はIAEAの支援の下で実施された。[ 69 ]当初の技術目標は1992年に策定され、当初の工学設計活動（EDA）は1998年に完了した。[ 70 ]受け入れ可能な詳細設計は2001年7月に検証され、延長されたEDA期間を完了した。検証された設計はその後、2006年11月から2007年12月まで行われた設計審査を受けた。[ 71 ] [ 72 ]設計プロセスは、磁気閉じ込めのために円形断面にすべきか、D字型断面にすべきかなどの問題で議論が起こり、困難を極めた。これらの問題が一因となり、米国は1998年に一時的にプロジェクトから離脱し、2003年に再参加した。[ 68 ]

同じ時期にITERのパートナーグループも拡大し、中国と韓国は2003年にプロジェクトに参加し、インドは2005年に正式に参加した。[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]

ITERプロジェクトの誘致をめぐっては熾烈な競争があり、候補地はフランスと日本の2カ所に絞られた。ロシア、中国、欧州連合はフランスのカダラッシュを支持し、米国、韓国、日本は日本の六ヶ所村を支持した。[ 68 ] 2005年6月、ITERは南フランスのカダラッシュに建設されることが正式に発表された。[ 5 ]この決定に至るまでの交渉はEUと日本の妥協で終わり、日本はITERのフランス立地における研究スタッフの20%とITER管理組織の長を約束された。さらに、ITER建設予算の8%を日本で建設されるパートナー施設に充てることが合意された。[ 76 ]

2006年11月21日、パリのエリゼ宮でジャック・シラクフランス大統領主催の式典で、国際コンソーシアムが原子炉建設の正式契約に署名した。[ 77 ]建設のための敷地造成の初期作業は2007年3月にカダラッシュで開始され、この契約がすべてのパートナーによって批准されると、2007年10月24日にITER機構が正式に設立された。[ 78 ]

2016年、オーストラリアは同プロジェクトの最初の非加盟国パートナーとなった。ITERはオーストラリア原子力科学技術機構（ANSTO）と技術協力協定を締結し、ITER装置の特定部品の建設と引き換えに、同国がITERの研究成果を利用することを認めた。[ 79 ] [ 80 ] 2017年、カザフスタンはカザフスタン共和国国立原子力センターとITERの技術協力の基盤を築く協力協定を締結した。[ 81 ]最近では、カナダがプロジェクトの初期段階でITERと協力した後、2020年にトリチウムおよびトリチウム関連機器に焦点を当てた協力協定を締結した。[ 82 ]

このプロジェクトは2020年7月に組み立て段階を開始し、フランスのエマニュエル・マクロン大統領がITERプロジェクトの他のメンバーの立ち会いのもとで開始した。[ 83 ]

局長

ITERは、ITER協定に署名した7か国の代表者で構成されるITER評議会と呼ばれる統治機関によって監督されています。ITER評議会は、組織全体の方向性を決定し、予算などの事項を決定します。[ 84 ] ITER評議会はまた、プロジェクトの事務局長を任命します。これまでに5人の事務局長が就任しています。[ 85 ]

ベルナール・ビゴ氏は2015年にITERプロジェクトの管理とガバナンスの改革のために任命された。[ 87 ] 2019年1月、ITER評議会はビゴ氏を2期目の5年間再任することを全会一致で決議した。[ 88 ]ビゴ氏は2022年5月14日に亡くなり、新所長の選考プロセスの間、彼の代理である多田英介氏がITERのリーダーシップを引き継いだ。[ 89 ]

目的

ITERの公言された使命は、核融合発電が大規模かつ炭素を排出しないエネルギー源として実現可能であることを実証することです。[ 90 ] 具体的には、このプロジェクトは以下のことを目指しています。

  • 注入した熱出力の 10 倍の熱出力を持つ核融合プラズマを瞬間的に生成します ( Q DT値が 10)。
  • Q DT値が 5 を超える定常プラズマを生成します。 (Q DT = 1 は、核融合エネルギー利得係数で定義されている科学的損益分岐点です。)
  • 融合パルスを最大 8 分間維持します。
  • 超伝導磁石や遠隔操作（ロボットによるメンテナンス）など、核融合発電所に必要な技術とプロセスを開発します。
  • トリチウム増殖の概念を検証する。
  • 中性子シールド/熱変換技術を改良する（D+T核融合反応のエネルギーのほとんどは高速中性子の形で放出されます）。
  • 燃焼プラズマ状態の実験。[ 48 ] [ 50 ]

ITERプロジェクトの目的は、核融合装置の開発に限定されず、参加国間でこのような巨大プロジェクトを管理し、各国の核融合産業を自力で立ち上げるために必要な技術的、組織的、物流的能力、スキル、ツール、サプライチェーン、文化を構築することなど、はるかに広範囲にわたります。[ 91 ] [ 5 ]

タイムラインとステータス

2018年のITERサイトの航空写真
2018年のITER建設状況
2020年のITERサイトの航空写真

2022年4月時点で、ITERは最初のプラズマ生成に向けて85%近く完成していた。[ 92 ]最初のプラズマ生成は2025年後半に予定されていたが[ 93 ] [ 94 ]、2023年には遅延が認められ、この目標に影響を与えることがわかった。2024年7月、ITERは新たなスケジュールを発表し、2034年にプラズマの完全電流化、2035年に重水素-重水素プラズマによる運転開始、2039年に重水素-三重水素運転を開始することとした。[ 6 ]

このプロジェクトの始まりは、欧州委員会、日本、米国、ソ連が国際トカマク炉（INTOR）ワークショップに参加した1978年に遡ります。この取り組みは国際原子力機関（IAEA）の後援の下で開催され、その目的は、磁気核融合が実験動力炉（EPR）段階に進む準備状況を評価し、実施すべき追加研究開発を特定し、概念設計によってそのようなEPRの特性を定義することでした。1978年から1980年代半ばにかけて、参加各国の数百人の核融合科​​学者と技術者が、トカマク閉じ込めシステムの詳細な評価と核融合エネルギー利用の設計可能性に取り組みました。[ 95 ] [ 96 ]

1985年のジュネーブ首脳会談において、ミハイル・ゴルバチョフはロナルド・レーガンに対し、INTORワークショップの提案に基づき、両国が共同でトカマク型EPRの建設に取り組むことを提案した。ITERプロジェクトは1988年に開始された。[ 97 ]

2007年に着工し[ 98 ]、ITERトカマク複合施設の建設は2013年に開始された[ 99 ]。

機械の組み立ては2020年7月28日に開始されました。[ 100 ]施設の建設は2025年に完了し、原子炉の試運転が開始される予定で、初期のプラズマ実験は同年末に開始される予定です。[ 101 ] ITERが稼働すると、プラズマ容積が840立方メートルとなり、現在使用されている最大の磁気閉じ込めプラズマ物理実験となり、[ 102 ]欧州共同体トーラスの8倍に なります。

2024年7月3日、ITER事務局長ピエトロ・バラバスキ氏は、同プロジェクトにおける最初のプラズマ生成は少なくとも2033年までは行われないと発表した。磁石からのエネルギー生成は、2016年に計画されていた2033年ではなく、2036年以降となる。さらに、機能不全の部品の修理費用は50億ユーロと見積もられていると述べた。[ 103 ] [ 7 ]

プロジェクトのマイルストーン
日付イベント
1988ITERプロジェクトが正式に開始された。[ 104 ]概念設計活動は1988年から1990年まで行われた。[ 105 ]
19921992年[ 106 ]から1998年[ 107 ]までのエンジニアリング設計活動。
20062008年に建設を開始し、10年後に完成する予定で、100億ユーロ（128億米ドル）の費用見積が承認された。[ 31 ]
2007敷地建設が始まる[ 98 ]
2008サイト準備開始、ITER旅程開始。[ 108 ]
2009敷地準備完了。[ 108 ]
2010トカマク複合施設の掘削が始まる。[ 109 ]
2013トカマク複合施設の建設が始まる。[ 108 ]
2015トカマクの建設が開始されたが[ 110 ] [ 111 ]、スケジュールは少なくとも6年間延長された。[ 112 ]
2017集会ホールは設備の準備が整っています。
2018～2023年組み立てと統合: [ 113 ]
  • 2018年12月：コンクリート支保工完了。[ 114 ]
  • 2019年7月:クライオスタットの底部と下部シリンダーが部品から組み立てられました。[ 115 ]
  • 2020年4月：最初の真空容器セクターが完成。[ 116 ]
  • 2020年5月：クライオスタットの底部が設置され、トカマクの組み立てが開始されました。[ 117 ]
  • 2020年7月：機械組立が正式に開始された。[ 100 ]
  • 2020年10月：真空容器の溶接を開始。[ 118 ]
2024～2033年組み立てと統合（計画）：
2033～2034年
2035計画：重水素-重水素プラズマ運転の開始。[ 6 ]
2039計画：重水素-三重水素プラズマ運転の開始。[ 6 ]

原子炉の概要

重水素と三重水素が融合すると、2つの原子核が集まってヘリウム原子核（アルファ粒子）と高エネルギー中性子が形成される。[ 119 ]

2 H + 3 H → 4 He +1 0n +17.59  MeV

周期表上で鉄56とニッケル62よりも軽いほぼすべての安定同位体は、核子あたりの結合エネルギーが最も高く、他の同位体と融合してエネルギーを放出しますが、重水素と三重水素は、活性化エネルギー（したがって温度）が最も低く、重量あたりのエネルギーが最も高いため、エネルギー生成には最も魅力的です。[ 120 ]

すべての原始星および中期星は、核融合プロセスによって生成される膨大な量のエネルギーを放射します。[ 121 ]重水素-三重水素核融合は、質量あたり、ウラン235の核分裂の約3倍のエネルギーを放出し、石炭の燃焼などの化学反応よりも数百万倍多くのエネルギーを放出します。[ 122 ]このエネルギーを利用して電気を生成するのが核融合発電所の目標です。

核融合の活性化エネルギー（ほとんどの核融合システムでは、反応を開始するために必要な温度）は、各原子核内の陽子が同じ正の電荷を持っているため互いに強く反発するため、一般的に高くなります。反応速度を推定するための経験則は、原子核が互いに100フェムトメートル（10の−13乗メートル）以内に近づくことができなければならないということです。この距離まで近づくと、原子核が量子トンネル効果を起こして静電障壁と強い核力と静電力が等しくバランスする転換点を通過する可能性が高くなり、融合が可能になります。ITERでは、高温と磁気閉じ込めによってこの距離まで近づくことが可能になっています。ITERでは、クライオポンプなどの冷却装置を使用して磁石を絶対零度近くまで冷却します。[ 123 ]高温によって原子核は静電反発力を克服するのに十分なエネルギーを得ることができます（マクスウェル・ボルツマン分布を参照）。重水素と三重水素の場合、最適な反応速度は10の8乗ケルビン以上の温度で発生します。[ 124 ] ITERでは、プラズマは抵抗加熱（プラズマに電流を流す）によって1億5000万ケルビン（太陽中心部の温度の約10倍）まで加熱されます。[ 125 ]中性粒子ビーム入射（磁力線を横切っても正味の偏向がなく、大きな電磁波の乱れは発生しません）と高周波（RF）またはマイクロ波加熱によって、さらに加熱されます。[ 126 ]

このような高温では、粒子は大きな運動エネルギーを持ち、したがって速度も大きくなります。もし閉じ込められていないと、粒子は急速にエネルギーを奪いながら逃げ出し、プラズマを冷却して正味エネルギーが生成されなくなるまで冷却します。原子炉を成功させるには、プラズマの大部分が核融合するのに十分な時間、粒子を十分に小さな体積に閉じ込める必要があります。[ 127 ] ITERをはじめとする多くの磁気閉じ込め原子炉では、荷電粒子のガスであるプラズマは磁場を用いて閉じ込められます。磁場中を移動する荷電粒子は、移動方向に対して垂直な力を受け、求心加速が生じます。その結果、荷電粒子は磁束線の周りを円または螺旋状に運動するように閉じ込められます。[ 128 ] ITERはプラズマを閉じ込めるために、中央のソレノイド磁石、トカマクの縁を取り囲むポロイダル磁石、18個のD字型トロイダル磁場コイル、そして補正コイルの4種類の磁石を使用します。[ 129 ]

磁石やその他の機器を高温や高エネルギー光子・粒子から保護し、プラズマを閉じ込めるための真空に近い状態を維持するために、固体の閉じ込め容器も必要です。[ 130 ]閉じ込め容器は非常に高エネルギー粒子の集中攻撃にさらされ、電子、イオン、光子、アルファ粒子、中性子が絶えず容器に衝突し、構造を劣化させます。発電所を経済的に運営するためには、この環境に耐えられるよう材料を設計する必要があります。このような材料の試験は、ITERとIFMIF（国際核融合材料照射施設）の両方で実施さ​​れます。[ 131 ]

核融合が始まると、高エネルギー中性子がプラズマの反応領域から放射され、電荷中性のため磁力線を容易に横切ります（中性子束参照）。エネルギーの大部分を受け取るのは中性子であるため、ITERの主なエネルギー出力源は中性子となります。[ 132 ]理想的には、アルファ粒子はプラズマ内でエネルギーを消費し、プラズマをさらに加熱します。[ 133 ]

格納容器の内壁には、中性子を確実かつ効率的に減速・吸収し、鋼構造物と超伝導トロイダル磁場磁石を保護するように設計された440個のブランケットモジュールが設置される。[ 134 ] ITERプロジェクトの後期段階では、実験用ブランケットモジュールを使用して、ブランケットモジュール内に含まれるリチウム含有セラミックペブルから燃料用のトリチウムを 増殖させる反応を以下のとおりテストする。

1 0n +6 3李→3 1T +4 2彼
1 0n +7 3李→3 1T +4 2彼+1 0n

ここで、反応中性子はDT核融合反応によって供給される。[ 135 ]

高速中性子から吸収されたエネルギーは抽出され、一次冷却材に送られます。この熱エネルギーは、実際の発電所では発電タービンの動力として利用されますが、ITERではこの発電システムは科学的に重要ではないため、代わりに熱が抽出され、廃棄されます。[ 136 ]

技術設計

ITERトカマクと統合プラントシステムの図面
ITERトカマクと統合プラントシステムの図面

真空容器

計画中のITER核融合反応容器の一部の断面

真空容器は ITER 装置の中心部分であり、磁場によってプラズマが封じ込められる二重壁の鋼鉄容器です。

ITER真空容器は、これまで製造された核融合容器の2倍の大きさと16倍の重さになります。9つのトーラス型セクターはそれぞれ約450トンの重さになります。遮蔽構造とポート構造をすべて含めると、総重量は5,116トンになります。外径は19.4メートル（64フィート）、内径は6.5メートル（21フィート）です。組み立てが完了すると、全体の高さは11.3メートル（37フィート）になります。[ 130 ] [ 137 ]

真空容器の主な機能は、気密に密閉されたプラズマ容器を提供することです。その主要構成要素は、主容器、ポート構造、および支持システムです。主容器は二重壁構造で、厚さ60ミリメートル（2.4インチ）のシェルの間にポロイダルおよびトロイダルの補強リブが配置され、容器構造を強化しています。これらのリブは冷却水の流路も形成します。二重壁間の空間はステンレス鋼製の遮蔽構造で満たされます。容器の内面は、増殖ブランケット部品を含む増殖モジュールとのインターフェースとして機能します。これらのモジュールは、核融合反応によって生成される高エネルギー中性子からの遮蔽を提供し、一部はトリチウム増殖コンセプトにも使用されます。[ 137 ]

真空容器には、ポートと呼ばれる開口部が合計44個あります。上部ポート18個、赤道ポート17個、下部ポート9個です。これらは遠隔操作、診断システム、中性粒子ビームの入射、真空排気に使用されます。遠隔操作は、運転中の中性子照射によって原子炉内部が停止した後に放射能を帯びるため必要となります。[ 138 ]

核融合反応が始まる前に真空引きが行われ、空気の密度の約100万分の1という必要な低密度環境が作られます。[ 139 ]

ブリーダーブランケット

ITERでは重水素-三重水素燃料を使用する。重水素は自然界に豊富に存在するが、三重水素は放射性物質であり半減期がわずか12.3年と非常に少なく、地球上には約3.5kgしか存在しない。[ 140 ]この微量な三重水素供給のため、ITERでの試験において重要な構成部品となるのが増殖ブランケットである。真空容器のポート内に配置されたこの構成部品は、プラズマからの中性子との反応による三重水素生成を試験する役割を果たす。ブランケット内では三重水素を生成する反応がいくつかある。[ 141 ]リチウム6は減速中性子との(n,t)反応によって三重水素を生成し、リチウム7はより高エネルギー中性子との(n,nt)反応によって三重水素を生成する。[ 142 ] [ 143 ]

増殖ブランケットのコンセプトには、ヘリウム冷却リチウム鉛（HCLL）、ヘリウム冷却ペブルベッド（HCPB）、水冷却リチウム鉛（WCLL）方式があります。[ 144 ]テストブランケットモジュール（TBM）と呼ばれる6つの異なるトリチウム増殖ブランケットのモックアップがITERでテストされ、共通のボックス形状を共有します。[ 145 ] HCPBコンセプトで増殖ペブルとして使用される材料には、メタチタン酸リチウムとオルトケイ酸リチウムがあります。[ 146 ]増殖材料の要件には、良好なトリチウム生成と抽出、機械的安定性、および放射性放射化レベルの低さなどがあります。[ 147 ]

マグネットシステム

ITERは、磁場を用いて核融合燃料をプラズマ状に閉じ込める磁気閉じ込め核融合方式を採用している。ITERトカマクで使用される磁石システムは、これまでに建造された中で最大の超伝導磁石システムとなる。 [ 148 ]このシステムでは、プラズマを閉じ込めるために、中央ソレノイド磁石、ポロイダル磁石、トロイダル磁場コイル、補正コイルの4種類の磁石を使用する。[ 129 ]中央ソレノイドコイルは高さ18メートル、幅4.3メートル、重量1000トンとなる。[ 149 ]超伝導ニオブ・スズを使用し、 45kAの電流を流し、13テスラを超えるピーク磁場を発生させる。[ 150 ] [ 151 ]

18個のトロイダル磁場コイルにもニオブ・スズ合金が使用される。これらは、公称ピーク磁場強度11.8テスラ、蓄積磁気エネルギー41ギガジュールを有する、これまでに設計された中で最も強力な超伝導磁石である。[ 152 ] ITERの他の低磁場磁石（ポロイダル磁場コイルと補正コイル）の超伝導要素には、ニオブ・チタン合金が使用される。 [ 153 ]

追加の暖房

核融合を達成するには、プラズマ粒子を1億5000万℃にも達する高温まで加熱する必要があります。このような極限温度を達成するには、複数の加熱方法を用いる必要があります。[ 126 ]トカマク内部では、変化する磁場によって加熱効果が得られますが、外部からの加熱も必要です。ITERでは、以下の3種類の外部加熱が行われます。[ 154 ]

  • 2基の100万ボルト加熱中性粒子ビーム入射器（HNB）は、それぞれ約16.5MWのエネルギーを燃焼プラズマに供給し、3基目の入射器を追加することも可能である。ビームは電荷を帯びた重水素イオンを生成し、5つのグリッドを通して加速され、必要なエネルギー1MVに達する。ビームはプラズマパルスの持続時間全体、つまり合計最大3600秒間動作することができる。[ 155 ]プロトタイプは、イタリアのパドヴァに建設された中性粒子ビーム試験施設（NBTF）[ 156 ]で製造されている。また、トカマク内のヘリウム灰の量を検出するための診断に使用される小型の中性粒子ビームも存在する。[ 157 ]
  • イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）システムは、アンテナを使用してプラズマ内のイオンと同じ振動率を持つ電波を発生させ、20MWの電磁力をプラズマに注入します。[ 158 ]
  • 高強度の電磁放射ビームを使用してプラズマ内の電子を加熱する電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）システム。[ 159 ]

クライオスタット

ITERクライオスタットは、真空容器と超伝導磁石を取り囲む3,850トンの大型ステンレス鋼構造物であり、超低温真空環境を提供することを目的としています。[ 160 ]その厚さ（50〜250ミリメートル（2.0〜9.8インチ））により、8,500立方メートルの密閉容積に作用する大気圧によって誘発される応力に耐えることができます。[ 161 ] 2020年6月9日、ラーセン・アンド・トゥブロ社はクライオスタットモジュールの搬入と設置を完了しました。[ 162 ]クライオスタットは、免震基盤上に設置されたトカマク複合施設の主要コンポーネントです。[ 163 ] [ 164 ] [ 165 ]

ダイバータ

ダイバータはトカマク内部に設置され、原子炉の運転中にプラズマから廃棄物や不純物を除去する装置です。ITERでは、ダイバータは核融合プロセスで発生する熱と灰を除去するとともに、周囲の壁を保護し、プラズマ汚染を低減します。[ 166 ]

巨大な灰皿に例えられるITERダイバータは、主にタングステンでできています。プラズマに直接さらされる部品であるダイバータターゲットは、高融点、低スパッタリング収率、低トリチウム保持率という特性からタングステンで作られています。ダイバータの基礎構造には、熱伝導用の銅合金や構造支持用のステンレス鋼などの材料が使用されています。

ダイバータは54個のカセットで構成されています。各カセットの重量は約8トン、寸法は0.8メートル×2.3メートル×3.5メートルです。ダイバータの設計と建設は、核融合エネルギー機関（Fusion For Energy Agency）によって監督されています。[ 167 ]

ITERトカマクが稼働しているとき、プラズマ対向ユニットは1平方メートルあたり20メガワットもの熱スパイクに耐えますが、これは地球の大気圏に突入する宇宙船が経験する熱の4倍以上です。[ 168 ]

ダイバータの試験は、ロシアのITERダイバータ試験施設（IDTF）で行われています。この施設は、 ITER調達協定の一環として、サンクトペテルブルクのエフレモフ研究所に設置され、設計と製造をプロジェクト参加国に分散させています。[ 169 ]

冷却システム

ITERトカマクは、運転中に発生する熱を管理するために相互接続された冷却システムを使用します。熱の大部分は一次水冷却ループによって除去されます。一次水冷却ループ自体は、トカマク建屋の二次閉じ込め内の熱交換器を介して二次ループからの水によって冷却されます。[ 170 ]二次冷却ループは、冷却塔、プロヴァンス運河から水を供給する5km（3.1マイル）のパイプライン、そして冷却水を冷却し、デュランス川に放出する前に化学物質汚染とトリチウムの検査を行うための貯水槽で構成される、より大規模な複合施設によって冷却されます。このシステムは、平均でトカマク運転中は450MWの電力を供給できる。 [ 171 ]液体窒素システムにより、さらに1300kWの冷却能力で80K（-193.2℃、-315.7℉）まで冷却し 、液体ヘリウムシステムで75kWの出力で4.5K（-268.65℃、-451.57℉）まで冷却する。液体ヘリウムシステムの設計、製造、設置、試運転はフランスのエア・リキード社が担当する。 [ 172 ] [ 173 ]

位置

フランスにおけるカダラッシュの位置

ITERの建設予定地選定プロセスは長期に渡った。日本は六ヶ所村を提案した。[ 174 ]ヨーロッパではフランスのカダラッシュとスペインのヴァンデロスの2つの候補地が検討されたが、欧州競争力評議会は2003年11月にカダラッシュを正式な候補地に指名した。[ 175 ]さらに、カナダは2001年5月にクラリントンへの入札を発表したが、2003年に撤退した。[ 176 ] [ 177 ]

この時点で、選択はフランスと日本の間で行われました。2005年5月3日、EUと日本は7月までに紛争を解決するためのプロセスに合意しました。2005年6月28日にモスクワで開催された最終会合において、参加国はカダラッシュにITERを建設することで合意し、日本はプロジェクトの総責任者の任命や日本での施設建設のための資金援助を含む特別なパートナーシップを得ることになりました。[ 178 ]

このプロジェクトへの欧州の貢献を担当するEU機関であるFusion for Energyは、スペインのバルセロナに所在しています。Fusion for Energy（F4E）は、ITERと核融合エネルギー開発のための欧州連合共同事業体です。同機関のウェブサイトによると、

F4Eは、核融合が実現可能かつ持続可能なエネルギー源であることを実証することを目的とした世界最大の科学的パートナーシップであるITERへのヨーロッパの貢献を担っています。[...] F4Eはまた、核融合研究開発の取り組みも支援しています[...] [ 179 ]

中性ビーム入射装置のプロトタイプの開発と最適化を目的としたITER中性ビーム試験施設（NBT）がイタリアのパドヴァに建設中である。[ 180 ]これはカダラッシュの敷地外にある唯一のITER施設となる。

ITERの建物のほとんどは、反射性の高いステンレス鋼とグレーのラッカー塗装された金属を交互に組み合わせた外装で覆われています。これは、建物を周囲の環境に調和させ、断熱性を高めるという美観上の理由から行われました。[ 181 ]

参加者

ITERプロジェクトには7人のメンバーが参加している

現在、ITER協定には中国、欧州連合、インド、日本、ロシア、韓国、米国の7か国が署名している。[ 18 ]

英国のEU離脱（Brexit）の結果、英国は2020年1月31日に正式にユーラトムから脱退した。しかし、 EU・英国貿易協力協定の規定により、英国は2020年12月31日の移行期間終了後も、当初は核融合エネルギーの一環としてITERに加盟していた。[ 182 ] [ 183 ]​​ しかし、2023年に英国は核融合エネルギーへの参加を中止し、2024年にはEUから独立してITERへの加盟を求めないことを決定した。[ 13 ] [ 14 ]

1979年からユーラトムの準加盟国であるスイスも、2009年3月に第三国として核融合エネルギー機構への加盟を批准した。 [ 184 ]

2016年、ITERはオーストラリアとの「相互利益と関心の分野での技術協力」のための提携を発表したが、オーストラリアは正式加盟しなかった。[ 80 ]翌年、ITERはカザフスタンと協力協定を締結した。[ 81 ] [ 185 ]

タイは、2018年にITERとタイ原子力技術研究所の間で協力協定が締結されたことを受けて、このプロジェクトにおいて正式な役割を担っています。この協定により、タイの学生や科学者にコースや講義が提供され、タイとITERプロジェクトとの関係が促進されます。[ 186 ]

カナダは以前は正式加盟国であったが、連邦政府からの資金不足により脱退した。この結果、2003年にはITERサイトの誘致入札も取り下げられた。カナダは2020年にトリチウムとトリチウム関連機器に焦点を当てた協力協定を通じてプロジェクトに再加盟した。[ 82 ]

ITERの活動はITER評議会によって監督されており、同評議会は上級職員の任命、規則の改正、予算問題の決定、追加の国や組織のITERへの参加を許可する権限を持っている。[ 187 ] ITER評議会の現在の議長はウォン・ナムクン氏であり、[ 188 ] ITER機構長代理は多田英介氏である。

メンバー

非会員

国内代理店

ITERプロジェクトの各参加国（欧州連合、中国、インド、日本、韓国、ロシア、米国）は、それぞれの貢献と調達責任を果たすために国内機関を設立しました。これらの機関は独自の職員を雇用し、独自の予算を持ち、すべての産業契約と下請け契約を直接監督しています。[ 193 ]

ITER EU

ITER協定は、EUを代表してユーラトム（Euratom）によって署名されました。Fusion for Energy（F4E）は、2007年にEUの国内機関として設立され、スペインのバルセロナに本部を置き、フランスのカダラッシュ、ドイツのガルヒング、日本の六ヶ所村にも事務所を置いています。[ 194 ] F4Eは、真空容器、ダイバータ、磁石などの部品の設計と製造に貢献する責任を負っています。[ 195 ]

ITER中国

ITERへの中国の貢献は、中国国際核融合エネルギー計画（CNDA）を通じて管理されています。この機関は、補正コイル、磁石支持部、第一壁、シールドブランケットなどの部品の開発に取り組んでいます。[ 196 ]中国はまた、成都のHL-2Mトカマク[ 197 ]と合肥のHT-7U（EAST）[ 198 ]で実験を行い、ITER研究を支援しています。

ITERインド

ITER-Indiaは、インドのプラズマ研究所が運営する特別プロジェクトです。[ 199 ] ITER-Indiaの研究施設は、グジャラート州アーメダバードにあります。ITERプロジェクトへのインドの貢献には、クライオスタット、クライオライン、容器内遮蔽、冷却システム、冷却水システムなどがあります。[ 200 ]

ITER日本

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（QST）は、現在、ITERプロジェクトの日本国内指定機関です。同機構は千葉県に拠点を置いています。[ 201 ]日本はITER機構およびITER加盟国と協力して、ブランケット遠隔操作システム、中央ソレノイドコイル、プラズマ診断システム、中性粒子ビーム入射加熱システムなど、トカマクのコンポーネントの設計・製造を支援しています。[ 202 ]

ITER韓国

ITER韓国は2007年に韓国国立核融合研究所（National Fusion Research Institute）の傘下に設立され、韓国・大田​​市に拠点を置いています。ITER韓国が担当する調達品目は、真空容器、ブランケットシールドブロック、熱シールド、そしてトリチウム貯蔵・供給システムの4つのセクターです。[ 203 ]

ITERロシア

ロシア連邦は、ITER プロジェクトにおいて重要な役割を担っている。[ 204 ]ロシアの貢献は、ロスアトム（国営原子力公社）の支援の下、ハイテク機器および基本的な原子炉システムの製造と供給が中心となっている。[ 205 ]ロシア連邦は、 ITER プロジェクトに対して複数の義務を負っており、その中には、ITER 磁気システムのトロイダル磁場のコイルを巻くための 90 トンの超伝導Nb3Sn撚線に基づく 22 キロメートルの導体と、ポロイダル磁場のコイルを巻くための 40 トンの超伝導Nb Ti撚線に基づく 11 キロメートルの導体の供給が含まれる。これらの導体は 2022 年後半に送付される予定である。[ 206 ]ロシアは、第一壁の最もエネルギー集約的な（最大 5 MW/平方メートル）パネル 179 枚の製造を担当している。パネルは、鋼製ベースに接続されたCu- Cr- Zr青銅にろう付けされたベリリウム板で覆われています。パネルのサイズは最大幅2m、高さ1.4m、質量は約1000kgです。ロシア連邦の責務には、プラズマに面するITERコンポーネントの熱試験の実施も含まれます。[ 208 ]ロシアは、このプロジェクトへの参加により、ITER原子炉の完全な設計文書を入手しました。

ITER US

US ITERは米国エネルギー省の一部であり、テネシー州のオークリッジ国立研究所によって管理されている。[ 209 ] US ITERはITERプロジェクトのコンポーネントの設計と製造の両方を担当しており、米国はトカマク冷却システム、診断システム、電子およびイオンサイクロトロン加熱伝送線路、トロイダルおよび中央ソレノイド磁石システム、ペレット入射システムへの貢献を行っている。[ 210 ] 2022年、米国の核融合研究コミュニティは、プラズマ-物質相互作用、プラズマ診断、核融合核科学技術などの主要研究分野をカバーする米国ITER研究プログラムの計画を発表した。この計画では、ITERの運用を成功させるために、米国と他のITERパートナーとの緊密な協力を想定している。[ 211 ]

資金調達

2006年、ITER協定は10年間で59億ユーロの費用見積もりに基づいて締結されました。2008年、設計見直しの結果、見積もりは約190億ユーロに上方修正されました。[ 212 ] 2016年時点で、実験施設の建設と運用にかかる総費用は220億ユーロを超えると予想されており、[ 21 ] 2010年の見積もりから46億ユーロ増加し、[ 213 ] 2009年の見積もりから96億ユーロ増加しています。[ 214 ]

2005年6月にモスクワで開催された会議で、ITER協力の参加国は、建設段階の資金分担について合意した。ホスト国である欧州連合が45.4%、残りを非ホスト国（中国、インド、日本、韓国、ロシア連邦、米国）がそれぞれ9.1%ずつ負担する。[ 215 ] [ 216 ] [ 217 ]運転および非活性化段階では、ユーラトムが総費用の34%を負担する。[ 218 ]日本と米国が13%、中国、インド、韓国、ロシアが10%を負担する。[ 219 ]

拠出金の90%はITER独自の通貨であるITER計算単位（IUA）を使用して「現物」で支払われる。[ 28 ]非ホスト国としての日本の財政的貢献は総額の11分の1であるが、EUは日本に特別な地位を与えることに同意し、カダラッシュの研究スタッフの11分の2を提供し、建設契約の11分の2を獲得し、一方でEUのスタッフと建設部品の拠出金は11分の5から11分の4に削減される。

ITERへのアメリカの拠出金は議論の的となっている。米国エネルギー省（USDOE）は、現物拠出金を含めた2025年までの総建設費を650億ドルと見積もっているが、ITERはこの算出に異議を唱えている。[ 24 ]米国は2017年にITERへの資金提供を削減した後、2018年には当初予算の倍増となる1億2200万ドルの現物拠出を行った。[ 220 ] 2020年のITERへの総拠出金は2億4700万ドルと推定されており、これはUSDOEの核融合エネルギー科学プログラムの一部である。[ 221 ] 2021年1月に承認された米国の核融合エネルギーへの取り組みを導く戦略計画に基づき、USDOEは核融合エネルギー科学諮問委員会に対し、米国が10年間ITERに資金を提供し続けると想定するよう指示した。[ 222 ]

ITERに対する欧州の予算支持も、プロジェクトの進捗状況に応じて変化してきた。2010年12月には、欧州議会が加盟国による2012～2013年度のITER建設費の不足分を補うため、予算から14億ユーロを再配分する計画の承認を拒否したと報じられた。2010年度予算の打ち切りにより、この資金調達計画は修正を余儀なくされ、欧州委員会（EC）は2011年にITER予算決議案を提出せざるを得なくなった。[ 223 ]最終的に、2014～2020年度のITERに対する欧州の拠出金は29億ユーロに設定された。[ 224 ]直近では、2021年2月に欧州理事会が2021～2027年度のITER資金として56億1000万ユーロを承認した。[ 225 ]

製造業

ITERトカマクの建設は、「巨大な3次元パズル」の組み立てに例えられる。部品は世界中で製造され、フランスに輸送されて組み立てられるためである。[ 226 ]この組み立てシステムは、加盟国が資金ではなく部品を製造することで、主に「現物」による拠出を規定するITER協定に基づくものである。このシステムは、プロジェクトに資金を提供する国々に経済刺激策と核融合の専門知識を提供するために考案され、加盟国拠出の90%は材料または部品、10%は金銭による拠出という一般的な枠組みが設けられた。[ 227 ]

その結果、プロジェクト開始以来2800件以上の設計・製造契約が締結されている。[ 228 ]フランスの研究・教育・イノベーション大臣フレデリック・ヴィダルの2017年の推計によると、ITERの建設には500社が関与しており、ベルナール・ビゴは2007年以降、ヨーロッパだけで70億ユーロの契約が元請け業者に発注されたと述べている。[ 229 ] [ 230 ]

トカマク施設の全体的な組み立ては、Amec Foster Wheeler (英国)、Assystem (フランス)、Kepco (韓国) の合弁会社 Momentum に授与された 1 億 7,400 万ユーロの契約を通じて監視されています。[ 231 ]最大の入札の 1 つは、ENGIE (フランス) とExyte (ドイツ)を含む欧州のコンソーシアムに授与された HVAC システムと機械電気機器の 5 億 3,000 万ユーロの契約でした。[ 232 ] 2 億ユーロのトカマク組み立て契約も、Ansaldo Energia (イタリア)、ENGIE (フランス)、SIMIC (イタリア) などの企業を含む欧州のコンソーシアムDynamic に授与されました。[ 233 ]フランスの産業コングロマリットDaherは、世界中のさまざまなメーカーからの重量部品の出荷を含む、ITER の物流契約で 1 億ユーロ以上を獲得しました。[ 234 ] [ 235 ]

アメリカでは、米国ITERはプロジェクト開始以来、アメリカ企業に13億ドルの契約を交付しており、今後も8億ドルの契約が予定されている。[ 236 ]米国の主要契約には、ゼネラル・アトミックス社が重要な中央ソレノイド磁石の設計・製造に選定されていることが含まれる。[ 237 ]

2019年、中国核電工程公司が率いる中国コンソーシアムは、ITERでの機械組立契約を締結した。これは、欧州で中国企業が締結した原子力契約としては過去最大規模であった。[ 238 ]

ロシアはITERに磁石と真空注入システムを供給しており、その建設はサンクトペテルブルクのスレドネ・ネフスキー造船所で行われている。 [ 239 ]

インドでは、トカマクの基本部品の一つであるクライオスタットの建設契約が、ITERの水冷システムの契約も受けているラーセン・アンド・トゥブロ社に授与された。 [ 240 ]イノックスグループのInoxCVA社は、ITERプロジェクトにクライオラインを供給する。[ 241 ] [ 242 ]

日本の産業界を代表する東芝エネルギーシステムズと三菱重工業は、ITERのトロイダル磁場コイルの製造契約を締結している。[ 239 ]トカマクのもう一つの重要部分である真空容器の建設は、現代重工業が受注し、韓国で建設中である。[ 243 ]

2023年には遅延が認められ、2025年までにプラズマを生成するという目標に影響を与えることが確認されたが、2035年の完全核融合目標は維持できると期待されていた。[ 244 ] 2024年7月に新しいスケジュールが発表され、2030年代半ばに最初のプラズマを生成し、2039年までに重水素・三重水素の運用を開始することを目指している。[ 6 ]

批判

ITERプロジェクトは、環境への影響の可能性、気候変動への対応としての有用性、トカマクの設計、実験目的の表現方法などの問題で批判されてきた。

2005年にフランスがITER計画の立地地として発表された際、ヨーロッパの環境保護活動家らは計画に反対を表明した。例えば、フランスの政治家ノエル・マメールは、ITERの建設によって地球温暖化対策がなおざりになると主張し、「効果の有無すら不確かな30～50年の計画に100億ユーロを投入するとなると、温室効果ガス対策にとって良いニュースとは言えない」と述べた。[ 245 ]しかし、フランスの別の環境団体である原子力生態学者協会（AEPN）は、ITER計画を気候変動対策の重要な一環として歓迎した。[ 5 ]

より広範な核融合部門では、独立系核融合科学者のエリック・ラーナーなど、トカマク以外のシステムに取り組んでいる多くの研究者が、他の核融合プロジェクトはITERのコストのほんの一部であり、潜在的により実現可能で、より費用対効果の高い核融合発電への道となる可能性があると主張している。[ 246 ]ダニエル・ジャスビーなどの他の批評家は、ITERの研究者がトカマク核融合計画によってもたらされる技術的および経済的な潜在的な問題に直面する意思がないと非難している。[ 247 ]

トカマクの設計に関しては、2013年のトカマクパラメータデータベースの補間により、トカマクダイバータの電力負荷が従来の予想値の5倍になることが明らかになり、懸念が生じました。ITERダイバータの予測電力負荷が既に非常に高いことを考慮すると、これらの新たな知見は新たな設計試験の取り組みにつながりました。[ 248 ]

ITERおよび将来の重水素-トリチウム（DT）核融合プロジェクトに関して批判者が提起したもう一つの問題は、トリチウムの供給量である。現状では、ITERは既存のトリチウム供給をすべて実験に使用する予定であり、現在の最先端技術では、将来の核融合エネルギーのためのDT燃料サイクル実験に必要なトリチウムを生成するのに十分ではない。トリチウム問題を分析した2020年の研究の結論によると、「原型炉（DEMO）および将来の核融合炉のためのDT燃料サイクルの成功には、プラズマ物理学と核融合技術の主要分野における集中的な研究開発プログラムが必要である」とされている。[ 249 ]

批判への反応

ITER支持者たちは、ITERに対する批判の多​​くは誤解を招くものであり不正確だと考えている。特に、実験の「固有の危険性」に関する主張はそうだ。商用核融合発電所の設計目標は、発生する放射性廃棄物の量を核分裂炉の数百分の1に抑えること、長寿命放射性廃棄物を一切発生させないこと、そして、そのような原子炉では大規模な暴走連鎖反応が起こり得ないことである[ 250 ]。プラズマがITERの内壁に直接接触すると、プラズマが汚染され、即座に冷却されて核融合プロセスが停止する。さらに、核融合炉容器に収容される燃料の量（重水素/三重水素燃料0.5グラム[ 251 ]）は、核融合燃焼パルスを数分から最長1時間持続させるのに十分な量に過ぎないのに対し、核分裂炉は通常、数年分の燃料を収容している。[ 252 ] さらに、いくつかの脱トリチウム化システムが導入され、燃料サイクルの在庫レベルが約2kg（4.4ポンド）になると、ITERは最終的に大量のトリチウムをリサイクルする必要があり、その回転率は世界中のこれまでのどのトリチウム施設よりも桁違いに高くなります。[ 253 ]

事故（または妨害行為）が発生した場合、核融合炉は通常の核分裂原子力発電所よりもはるかに少ない放射性汚染物質を放出すると予想されています。さらに、ITERの核融合発電は核兵器技術との共通点がほとんどなく、兵器製造に必要な核分裂性物質を生成しません。推進派は、大規模な核融合発電は、需要に応じて信頼性の高い電力を生産でき、実質的に汚染物質（CO 2、SO 2、NO xなどのガス状副産物は生成されない）を排出しないと主張しています。[ 254 ]

日本の実証炉の研究者によると、核融合発電は2030年代、遅くとも2050年代には実現可能になる見込みです。日本は複数の稼働施設を有し、独自の研究プログラムを推進しており、複数の核融合の可能性を模索しています。[ 255 ]

米国だけでも、電力の年間売上高は2,100億米ドルに上ります。[ 256 ]アジアの電力部門は、1990年から1999年の間に930億米ドルの民間投資を集めました。[ 257 ]これらの数字は現在の価格のみを考慮しています。ITERの支持者は、現在の研究への投資は、はるかに大きな将来の利益を得るための試みとみなされるべきだと主張しており、2017～2018年に行われたITER投資のEU経済への影響に関する調査では、「中長期的には、ITERに対するEUのコミットメントからプラスの投資収益が得られる可能性が高い」と結論付けています。[ 258 ] また、年間10億米ドル未満の世界全体のITERへの投資は、2007年には合計169億米ドルに達した他の発電方法の同時研究と矛盾しません。[ 259 ]

ITERの支持者は、強力な中性子束に耐えるアイデアをテストする唯一の方法は、実験的に材料をその束にさらすことであると強調しており、これはITERとIFMIFの主要ミッションの一つであり[ 251 ]、両施設はその取り組みにとって極めて重要である。[ 260 ] ITERの目的は、将来の核融合発電所を取り巻く科学的および工学的問題を探求することである。強力な中性子束にさらされると予想される材料の特性について満足のいくデータを取得することはほぼ不可能であり、燃焼プラズマは外部加熱プラズマとは全く異なる特性を持つと予想される。[ 261 ]支持者は、これらの疑問に答えるには、特に莫大な潜在的利益を考慮すると、ITER実験が必要であると主張する。[ 262 ]

さらに、トカマクを介した研究の主流は、磁気閉じ込めプラズマ物理研究の最後から2番目のステップである自立反応を実施できるまでに発展している。トカマク研究プログラムでは、プラズマの構成を制御するための最近の進歩により、エネルギーと圧力の閉じ込めが大幅に改善され、このような原子炉の予測電力コストが2分の1に削減され、先進的な軽水炉の予測電力コストのわずか50%増し程度になった。 [ 263 ]さらに、先進的な低放射化構造材料の開発の進歩により、環境に優しい核融合炉の可能性が高まり、代替閉じ込め概念の研究によって将来的な閉じ込めの改善が期待されている。[ 264 ]最後に、支持者は、化石燃料の他の潜在的な代替物にも、それぞれ環境問題があると主張する。太陽光、風力、水力発電はいずれも表面電力密度が非常に低いが、ITERの後継機であるDEMOは2,000MWと、大型核分裂発電所をも上回るエネルギー密度を持つ。[ 265 ]

プロジェクトの安全性は、フランスおよびEUの原子力規制に従って規制されています。2011年にフランス原子力安全機関（ASN）が好意的な意見を出し、その後、原子力の透明性と安全性に関するフランス法に基づいて、許可申請は公聴会の対象となり、一般の人々がプロジェクトの安全性に関する情報要求を提出できるようになりました。公表されている安全性評価（ASN承認）によると、最悪の場合、原子炉から放射能が漏れても、放出される放射能は自然放射線の1/1000を超えず、地域住民の避難は必要ありません。施設全体では、すべてのバリアの効率を確認するための多数のストレステストが行​​われています。原子炉建屋全体は、約500本の耐震サスペンションコラムの上に建設されており、複合施設全体は海抜約300メートルに位置しています。全体として、近くのデュランス川の100年に1度の洪水や1万年に1度の地震など、極めてまれな事象が複合施設の安全設計で想定されており、それぞれの保障措置が設計に含まれています。[ 5 ]

2008年から2017年の間に、このプロジェクトはEU経済だけで3万4000人の雇用を創出しました。2018年から2030年の間には、さらに7万4000人の雇用と159億ユーロの粗価値を生み出すと推定されています。[ 5 ]

類似プロジェクト

ITERの前身はJET、[ 266 ] Tore Supra、[ 267 ] MAST、[ 268 ] SST-1、EAST、KSTARであった。その他、計画中または提案中の核融合炉にはNIF、[ 269 ] W7X、T-15MD、STEP、SPARC、SST-2、[ 270 ] CFETR、[ 271 ] [ 272 ] [ 273 ] [ 274 ] DEMO、[ 275 ] K-DEMO、その他の「DEMO段階」の国営または民間核融合発電所がある。[ 276 ] [ 277 ]

参照

注記

  1. ^その他の大規模プロジェクトとしては、F-35戦闘機プログラム（1.5兆ドル）、マンハッタン計画（306億ドル）、アポロ計画（1,560億ドル）、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（98億ドル）などがある。

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さらに読む

クラーセン、ミシェル（2020年）『ITER：巨大核融合炉：太陽を地球にもたらす』シュプリンガー

クレリー、ダニエル (2013). 『太陽の一片』 ジェラルド・ダックワース社

ITER. (2018).段階的アプローチにおけるITER研究計画（​​レベルIII – 暫定版） . ITER.

ウェンデル・ホートン・ジュニア、C.、サドルディン・ベンカダ (2015). ITER物理学. ワールド・サイエンティフィック.

ウィキメディア・コモンズには、 ITERに関連するメディアがあります。

北緯43度42分30秒、東経5度46分39秒 / 北緯43.70831度、東経5.77741度 / 43.70831; 5.77741

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