核融合が現実の工程へと進む理由
二つの軽い原子核を融合させ巨大なエネルギーを生み出す核融合は、太陽の原理を地上で再現しようとする試みです。核融合反応は燃料の重水素や三重水素（トリチウム）を数千万度に加熱し、強力な磁場やレーザーで閉じ込めることで実現します。燃料の元となる重水素が海水中に豊富に存在すること、二酸化炭素を排出しないこと、核分裂のような連鎖反応がなく重大事故の可能性が低いことなどから究極のクリーンエネルギーと呼ばれています。しかし実用化には工学・材料・経済の課題が多く、これまでの研究では主に科学的な課題解決（高温プラズマの閉じ込め、反応持続）が中心でした。今後は、発電に近い運転を行うパイロットプラントへと舞台が移りつつあります。
研究炉からパイロットプラントへの転換
ITERと研究炉の役割
国際熱核融合実験炉（ITER）はフランスで建設中の巨大な研究炉です。参加各国は磁場閉じ込め方式のトカマク型を採用し、500 MW級の熱出力を数百秒保つことを目指していますが、ITERは発電を目的としていません。ITER後の段階として各国が構想するのがデモ機（DEMO）やパイロットプラントです。デモ機はプラズマの燃焼を制御しながら十分な電力を取り出すことを目標とし、燃料のトリチウムを自給するブランケットの実証や長時間運転、保守性の確認など統合的な工学課題に挑みます。ITERが科学実証なら、DEMOやパイロットプラントは工学実証の段階です。
パイロットプラントの特徴
パイロットプラントはデモ機よりも小規模で、早期に発電ネットワークへ接続することを目指す試験施設です。米国エネルギー省（DOE）のロードマップでは、まずは数百メガワット規模のパイロットプラントを建設し、燃料循環や熱取り出し、遠隔保守、運転率向上など商用発電に必要な要素を統合実証することを提案しています。最近では高温超電導（HTS）磁石や高度なビーム加熱技術が進歩し、従来より小型で高磁場の装置が可能になったこともパイロットプラントの現実性を高めています。
世界の主なパイロットプラント計画
米国
DOEのBuild–Innovate–Grow戦略
2025年に公表された米国エネルギー省の融合科学・技術ロードマップは、パイロットプラント実現に向けた建設・革新・成長の三段階アクションを整理しています。プラズマ燃焼の持続、ブランケットや燃料サイクル技術の開発、AIやデジタル技術の活用、産業界やスタートアップとの連携、公共政策や規制整備を包括的に進める必要があると指摘し、大学・国立研究所・企業の協力でサプライチェーンや人材を整えるべきだと提言しています。特にブランケットや燃料循環については、トリチウム自給と核融発電に適した材料開発が大きな課題であると強調しています。
マイルストーンプログラムとFULCRA
DOEは民間企業との協働を加速するため、2023年にマイルストーンベースのパイロットプラントプログラムを立ち上げ、トカマク、ステラレータ、慣性閉じ込めなど多様な8社を支援しています。2025年には追加公募も行われ、数百億円規模の公的資金が投入されています。2026年に発表されたFULCRA（Fusion Upscaled Leveraged Consortia for Rapid Acceleration）プログラムは、専用の試験施設を整備してブランケットや材料、トリチウムハンドリングを検証し、公的資金で得られた知見を業界全体で共有する枠組みです。
規制整備
米国の原子力規制委員会（NRC）は、核融合が連鎖反応を伴わないことやトリチウム在庫が100 g以下と予想されることなどを踏まえ、核分裂とは異なる規制体系を整備中です。新規則では、主要な安全機能をプラント側の制御・閉じ込め・遮へいに置き、出力停止後も反応が継続しないため緊急計画区域は小さくてよいとされています。このような明確な規制フレームは投資を促進し、保険や用地選定の不確実性を減らす効果があります。
主要企業の取り組み
- Commonwealth Fusion Systems（CFS）／ARC
マサチューセッツ工科大学から生まれたCFSは、高温超電導磁石を採用したSPARC装置で燃焼プラズマを実証した後、400 MWe級のパイロットプラント「ARC」をアメリカ・バージニア州で建設する計画です。ARCは既存の高磁場技術を利用し、2030年代前半に送電網への接続を目標としています。 - Helion Energy
ヘリオンはパルス式の磁場反転方式を採用し、ヘリウム‑3との反応で直接電力取り出しを目指します。初期プラント「Polaris/Orion」は50 MW級で、マイクロソフトと電力購入契約を締結したと報じられています。この会社も高温超電導コイルを活用して装置を小型化し、2028年頃の発電を目標としています。 - Tokamak Energy
英国企業ですが、米DOEの支援も得ており、デモ装置「ST80‑HTS」でHTS磁石の連続運転を実証し、200 MWのパイロットプラント「ST‑E1」を2030年代初めに稼働させる計画です。同社はHTS磁石を他分野へ販売する子会社TE Magneticsを立ち上げ、医療機器や風力発電などへの応用を目指しています。 - Type One Energy
ステラレータ方式を採用する米独共同のスタートアップで、350 MWe級の商用パイロットプラント「Infinity Two」を設計中です。統合的なプラント設計を重視し、2年間の運転サイクルと30日でのメンテナンスを目指します。同社はテネシー川流域公社（TVA）と旧火力発電所跡地に設置する覚書を締結し、地域振興と次世代産業育成を図っています。
欧州
EU DEMOと産業戦略
欧州はITERの主要メンバーとして大規模なDEMO計画を進めています。Eurofusionによる現行設計では、2040年代に350 MW程度の電力を取り出し、トリチウム自給を達成することが目標です。しかし、欧州議会の公聴会では供給網の脆弱性や規制の不確実性、民間投資の不足が指摘され、独自の欧州融合戦略や規制枠組みの整備が求められています。
Clean Air Task Force（CATF）による報告では、欧州はITERを通じて世界有数の研究設備とサプライチェーンを有する一方、官僚的な統治構造と投資不足が課題だと分析されています。レポートは、融合を「基幹技術（Key Enabling Technology）」として捉え、1機関によるガバナンスへの一本化、公共–民間パートナーシップの強化、サプライチェーンの可視化、核分裂と別の規制枠組みの策定を提案しています。
新興企業と国家プロジェクト
- Focus Energy
ドイツのレーザー核融合企業で、バドビブリスに150–250 MW規模のパイロットプラントを建設する計画を進めています。 - Gauss Fusion
ドイツを拠点とする企業で、メンテナンス性向上のため着脱可能コイルとモジュラー・ブランケットを組み合わせた巨大ステラレータを構想しています。 - Proxima Fusion
同じくドイツのスタートアップ。準等方的ステラレータ「Stellaris」を2030年代に展開するとし、シミュレーションとAI設計を活用してコンパクト化を狙っています。 - 英国STEPプロジェクト
イギリスは自国資金で球形トカマク型のデモンストレーションプラント「STEP」を開発中で、2040年頃の稼働を目標としています。2023年のエネルギー法により、核融合は核サイトライセンスの対象外とされ、別途政策声明を策定中です。
欧州はブランケットや燃料循環の研究が進んでいるものの、2025年の報告ではトリチウム試験施設の不足、ペレットインジェクタの開発拠点の偏在、トリチウム対応ポンプの供給独占など供給網の弱点が指摘されています。ロードマップでは2025〜27年に試験施設を拡充し、2028〜30年に新施設の運用開始、2031年以降に大規模なトリチウム施設と標準化を進めるステップを提案しています。
アジア
中国
中国は国家戦略として「China Fusion Engineering Test Reactor（CFETR）」や「DEMO」を推進しています。2025年のBEST計画によると、CFETRは1.5〜3 GWの融合出力と燃料増倍率Q=15〜30を目指し、トリチウム自給とネット電力生産を達成するための基盤として、より小型のトカマク「BEST」を建設します。BESTは半径3.6 m、中央磁場6.15 Tの大型装置で、タングステン第一壁やブランケット実験ポートを備え、Q≈5の燃焼プラズマを得て燃料サイクルを統合的に試験する計画です。運転シナリオは水素・重水素・D‑T段階に分かれ、1000秒を超える長パルス運転とトリチウム循環の統合試験を実施し、2027年末の初プラズマが予定されています。中国科学院による2026年の報道では、BESTが2030年頃に純発電とネットエネルギーを示し、科学研究からエネルギーデモへの歴史的転換点になると強調されています。
日本
日本では高温超電導コイルを用いた民間主導のデモ装置「FAST（Fusion Advanced Spherical Tokamak）」が進められています。FASTは直径8 m級の小型球状トカマクで、50〜100 MWのD‑T出力、1000秒の長パルス運転、1 MW/m²級の中性子負荷を想定し、液体金属ブランケットと効率的なトリチウム燃料サイクルを組み合わせます。2025年には概念設計が完了し、2028年以降の建設に向けてサイト選定や規制承認が進められていると報じられています。
政府も動き出しており、2024年の文科省「JA-DEMOビジョン」では、ITERの遅延や海外勢の加速を踏まえて2030年代に先行デモ機の開発時期を決定すべきだという提言が出されました。日本は研究炉JT‑60SAの運転や大学・企業のスタートアップが活発で、高温超電導磁石やブランケット材料、燃料循環技術で世界トップクラスです。また国内企業が欧米のパイロットプラント向けにマイクロ波加熱装置やブランケット部品を供給するなど、サプライチェーンにも関与しています。
韓国
韓国は革新的なデモ炉「K‑DEMO」を計画し、磁場16 Tの大型トカマクを2050年代以降に建設する長期ビジョンを示しています。2026年には「核融合研究開発実施計画」を策定し、人工知能を取り入れたプラズマ制御や設計研究、球形トラスや反転磁場配置、ステラレータなど多様な概念の研究を推進することを表明しました。この計画では1124億ウォンの予算が投入され、16 T超伝導磁石の試験設備やコンパクトパイロット装置（CPD）、SUCCEX施設を整備し、国内の産学連携を強化する方針です。
インド
インドも200〜300 MW級のパイロットプラントを検討しており、トリチウム自給のためのリチウムブランケットや高温材料の研究を進めています。
技術課題：材料・燃料サイクル・稼働率
材料とダイバータ
高温プラズマを閉じ込める装置は、10 MW/m²以上の熱負荷と高エネルギー中性子にさらされます。DOEロードマップは、プラズマ対向部材（PFC）に対して10 MW/m²の連続熱負荷に耐えるダイバータ解の開発や、高エネルギー中性子による照射・変換に強い固体・液体材料の選定、ヒートシンクや継手の信頼性向上が必要だと指摘しています。耐放射線性や熱疲労寿命に優れたSiC/SiC複合材やバナジウム合金、液体金属ブランケット（FLiBeやLiPb）などが候補とされ、日本や欧州の研究グループが開発を進めています。
燃料循環とトリチウム
核融合の燃料となるトリチウムは自然界にほとんど存在しません。パイロットプラントではブランケット内のリチウムに中性子を衝突させてトリチウムを生成し、それを回収・精製して再びプラズマに供給する燃料サイクルの自立が不可欠です。しかしトリチウムは放射能を持ち、漏洩や在庫の管理が難しいため、回収効率を高め在庫量を最小化することが経済性の面でも重要です。欧州の報告では、試験施設の不足やトリチウム対応ポンプの供給独占が弱点とされ、2020年代後半から新施設や標準化を進める計画が提案されています。DOEロードマップも、高純度同位体分離や複数のブランケット概念の試験、燃料サイクル統合デモをマイルストーンとして示しています。
稼働率と保守
商用発電では高い稼働率が求められます。ステラレータやトカマクでは定期的な保守作業が必要で、コンポーネントの寿命と交換のしやすさが経済性に直結します。Type One EnergyのInfinity Twoは2年ごとの運転サイクルと30日でのメンテナンスを設計段階から組み込み、運転率向上を図っています。欧州や日本では遠隔操作によるモジュラー交換の研究が進められています。装置が高磁場化・小型化するにつれて、保守性と熱管理の両立がさらに重要となります。
周辺技術のスピンオフと経済的影響
核融合研究から派生した周辺技術は、商用発電より前に市場化される可能性があります。例えば高温超電導磁石は従来より高磁場かつ冷却コストを低減できるため、MRIや粒子線治療、風力発電、蓄電システム、船舶推進など多様な用途で需要が見込まれます。Tokamak EnergyはHTS磁石を供給するTE Magnetics社を設立し、医療や再生可能エネルギー市場への参入を発表しました。Commonwealth Fusion Systemsも大学のミラー実験WHAMに磁石を提供し、数十億ドル規模の市場を想定しています。
ほかにも高速パワーエレクトロニクス、真空シール、高耐熱材料、トリチウム分離膜などの技術が航空宇宙や半導体産業に応用されています。燃料サイクルで使われる水素同位体計測や再処理技術は、水素社会のインフラにも転用可能です。
経済面では、IAEAの分析によると、2050年以降に核融合プラントの資本コストが1kW当たり2.8〜11.3千ドルの範囲に収まれば、21世紀後半には世界の電力の10〜50%を担う可能性があります。 Clean Air Task Forceの政策ツールキットは、核融合がゼロカーボンの基盤電源を提供し、エネルギー安全保障や雇用創出、州レベルの競争力向上に貢献すると評価し、米国各州に規制整備とインセンティブ設計を呼びかけています。
また、2025年のFusion Industry Association報告書によると、民間企業のサプライチェーン支出は2023年比で2倍近く増加し、精密加工部品やHTS線材、特殊金属、トリチウム関連機器などの需要が急増しています。サプライヤーは市場の不確実性に不安を抱きつつも、長期的には数百基規模のプラント需要を見込んで投資を拡大しています。パイロットプラントの建設が進めば、材料メーカーや装置メーカー、建設業に新たな市場機会が生まれるでしょう。
規制・保険・社会受容
核融合は発電炉の安全性が高いとされますが、トリチウム管理や放射化廃棄物の処理、保険制度の整備など社会的な課題も残ります。ドイツでは連邦教育研究省が、既存の放射線防護法を改正するのか新規立法が必要かを検討するパイロットプロジェクトを実施し、イタリアでも核融合特有のリスクプロファイルに基づく規制枠組みを提案しています。日本も核融合施設を原子炉等規制法の枠外で扱う方針を示し、独自の規制を検討中です。米国では前述のNRC規則が策定中で、緊急時対応区域の縮小や保険要件の簡素化が議論されています。適切な規制と透明性のあるコミュニケーションが社会受容を左右するとともに、保険料や建設費用に影響します。
今後の展望と課題
核融合パイロットプラントは世界各地で構想され、2020年代後半から2030年代にかけて次々と稼働する見込みです。しかし、商用化までに克服すべき課題は多岐にわたります。
- 材料の耐久性
10 MW/m²を超える熱負荷と中性子照射に耐える材料や液体金属ダイバータの実用化が不可欠です。材料開発は依然としてボトルネックです。 - 燃料サイクルの自立
トリチウム生成と回収、在庫管理を含む完全な燃料サイクルを統合実証しなければならず、試験施設と規制が不足しています。 - 稼働率とコスト
高い稼働率と短いメンテナンス時間を達成する設計が求められます。新技術を採用しつつも信頼性を高め、コストを削減する必要があります。 - 規制の確立と社会受容
各国で統一的な規制枠組みが必要です。核融合は核分裂と異なる性質を持ち、安全性は高いものの、トリチウム管理や放射化廃棄物への対処を明確に説明することが信頼構築につながります。 - 経済性と市場形成
IAEAやCATFの分析では、資本コストが重要な鍵であり、政策支援と初期需要創出が普及を左右するとされています。発電以外のスピンオフ技術が収益源となる可能性もあります。
おわりに
核融合パイロットプラントの設計は、科学的な好奇心の対象から現実の工学プロジェクトへと大きく転換しつつあります。高温超電導磁石やAI設計、液体金属ブランケット、燃料サイクルなど多くの技術が組み合わさり、世界各国の政府や企業が競争と協調を繰り広げています。中でも経済的な視点を忘れてはなりません。周辺技術が先行して市場化され、電力以外の分野で社会に貢献する可能性が高く、これらが核融合産業への投資リスクを軽減する役割を果たすでしょう。21世紀後半のエネルギーシステムにおいて、核融合が基盤電源の一角を占めるかどうかは、今後10〜20年の技術開発と制度設計にかかっています。
参考
＜U.S. Department of Energy, Fusion Science and Technology Roadmap, 2025＞
https://www.energy.gov/sites/default/files/2025-10/fusion-s&t-roadmap-101625.pdf
＜International Atomic Energy Agency, World Fusion Outlook 2025＞
https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/p15935-25-02871E_WFO25_web.pdf
＜DOE opens Milestone fusion pilot plant program to new companies and teams — ANS / Nuclear Newswire＞
https://www.ans.org/news/2025-06-12/article-7107/doe-opens-milestone-fusion-pilot-plant-program-to-new-companies-and-teams/
＜U.S. Department of Energy Announces Selectees for $107 Million Fusion Innovation Research Engine Collaboratives, and Progress in Milestone Program Inspired by NASA | Department of Energy＞
https://www.energy.gov/articles/us-department-energy-announces-selectees-107-million-fusion-innovation-research-engine
＜REV, DOE launch FULCRA fusion pilot – Nuclear Engineering International＞
https://www.neimagazine.com/news/rev-doe-launch-fulcra-fusion-pilot/
＜Building the fusion energy rulebook – Nuclear Engineering International＞
https://www.neimagazine.com/analysis/building-the-fusion-energy-rulebook/
＜Fusion for Energy, European Fuel Cycle Technology Map＞
https://fusionforenergy.europa.eu/wp-content/uploads/2025/07/Fusion_Fuel_Cycle_Technology_Mapping_report_F4E_EUROfusion.pdf
＜BEST研究計画＞
https://euro-fusion.org/wp-content/uploads/2025/11/BEST-Research-Plan-v1.1.pdf
＜China Accelerates Nuclear Fusion Engineering, Targeting Power Generation Demonstration by 2030—-Chinese Academy of Sciences＞
https://english.cas.cn/newsroom/cas_media/202601/t20260119_1145880.shtml
＜IAEA WORLD FUSION OUTLOOK 2025＞
https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/p15935-25-02871E_WFO25_web.pdf
＜Conceptual design completed for Japan’s FAST fusion demo project – World Nuclear News＞
https://www.world-nuclear-news.org/articles/conceptual-design-completed-for-japans-fast-fusion-demo-project
＜MEXT Working Group: Speed Up the Schedule of Demonstrating Fusion Power – JAPAN ATOMIC INDUSTRIAL FORUM, INC.＞
https://www.jaif.or.jp/en/news/7171
＜State Policy Options for Fusion Energy Deployment – Clean Air Task Force＞
https://www.catf.us/resource/state-policy-options-for-fusion-energy-deployment/
＜A Fusion Engine for Growth: A European Industrial Strategy for Fusion Energy – Clean Air Task Force＞
https://www.catf.us/resource/fusion-engine-growth-european-industrial-strategy-fusion-energy/
＜FIA Supply Chain Report 2025＞
https://www.fusionindustryassociation.org/wp-content/uploads/2025/06/FIA-2025-Supply-Chain-Report.pdf
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