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 参加メンバー（パートナーは非表示） | |
| 形成 | 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 |  中国欧州連合 EURATOM経由の加盟国: [1]
 タイ |
事務局長 | ピエトロ・バラバスキ |
| Webサイト | 詳しくはこちら |
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_(12219071813)_(cropped).jpg/500px-ITER_Exhibit_(01810402)_(12219071813)_(cropped).jpg) 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 平方メートル |
| 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 | まで1000 秒 |
| 歴史 | |
| 建設日 | 2013–2034 |
ITER（当初は国際熱核融合実験炉、ラテン語で「道」または「経路」を意味する[ 2] [3] [4]）は、太陽の核融合プロセスに似たプロセスを通じてエネルギーを生み出すことを目的とした国際的な核融合研究およびエンジニアリングのメガプロジェクトです。南フランスのカダラッシュ施設の隣に建設中です。[5] [6] 2033年から2034年に予定されている主炉と最初のプラズマの建設が完了すると、[7] [8] ITERは1950年代以降に建設された100を超える核融合炉の中で最大のものとなり、現在稼働している最大のトカマクである日本のJT-60SAの6倍のプラズマ容量を持ちます。[9] [10] [11]
核融合研究の長期目標は、発電することです。ITER の目的は、発電を伴わない大型核融合炉の科学的研究と技術的実証です。[12] [9] ITER の目標は、短時間にプラズマに吸収される熱出力の 10 倍の熱出力を生成できる核融合を達成すること、極低温、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テストすること、燃焼プラズマを実現してそこから学ぶこと、トリチウム 増殖をテストすること、核融合プラントの安全性を実証することです。[10] [6]
ITERの熱核融合炉は、300MW以上の電力を使用してプラズマに50MWの熱エネルギーを吸収させ 、 400〜600秒間、核融合から500MWの熱を発生させます。[13]これは、熱入力から熱出力で測定すると、プラズマ加熱パワー（Q ）が10倍に増加することを意味します。つまり、 Q ≥ 10です。[14] 2022年現在[アップデート]、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 1.5を達成した国立点火施設の原子炉が保持しています。 [15]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、プラズマ動作中の30秒間で110MWから最大620MWピークの範囲になります。[16]研究炉であるため、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。[6] [17] [18]
ITERは、中国、欧州連合、インド、日本、ロシア、韓国、米国の7か国が資金を提供し、運営している。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ITERへの参加を継続した。 [19]しかし、2023年9月、英国はF4Eを通じたITERへの参加を中止することを決定し、[20] 2024年3月までにITERへの直接参加の招待を拒否し、代わりに独自の独立した核融合研究プログラムを追求することを決定した。[21] スイスはユーラトムとF4Eを通じて参加していたが、EUは2021年5月のEU・スイス枠組み協定交渉の決裂を受けて、スイスの参加を事実上停止した。[22] 2024年現在[アップデート]、スイスはEUとの紛争の解決を待つ間、非参加国とみなされている。[23]このプロジェクトはオーストラリア、カナダ、カザフスタン、タイとも協力協定を結んでいる。[24]
フランスでのITER施設の建設は2013年に始まり、[25]トカマクの組み立ては2020年に始まった。[26]当初の予算は60億ユーロ近くだったが、建設と運営の総額は180億～220億ユーロになると見込まれている。[27] [28]他の推定では総費用は450億～650億ドルとされているが、これらの数字はITERによって異議を唱えられている。[29] [30]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、[31]人類史上最も複雑な工学プロジェクト、[32]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共同プロジェクトの一つと評されている。[注1] [33] [34]
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産する最初の核融合炉の一つになると期待されている。[35]
背景
核融合は、恒星で起こるプロセスを再現することを目指している。恒星では、核の高熱が原子核を融合させ、熱と光の形で大量のエネルギーを生み出す。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、環境への影響が比較的少ない持続可能な方法で供給できる。核融合の過程で、重水素と三重水素の混合燃料1グラムは、9万キロワット時のエネルギー、つまり11トンの石炭に相当するエネルギーを生み出す。[36]
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に依存しています。核融合は複数の原子核を高熱で融合させ、その過程でもエネルギーを放出します。[37]
核融合には多くの潜在的な魅力がある。燃料は比較的豊富にあるか、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は重水素と三重水素の混合物を核融合に使用する予定である。これは、この組み合わせのエネルギーポテンシャルが高いことと[ 38]、この核融合反応が最も実行しやすいためである。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。 [39] 2番目の同位体である三重水素は、自然界に微量しか存在せず、推定される世界の供給量（主に重水CANDU核分裂炉で生成される）は年間わずか20キログラムで、発電所には不十分である。[40] ITERは、将来の核融合炉が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予定である。 [41] [42]さらに、核融合炉は事実上CO2排出物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。[43]
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に正式に合意した。[37]このプログラムは30年間続くと見込まれており、建設に10年、運用に20年かかる。ITERの当初の費用は約50億ユーロと見込まれていた。[44]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200億ユーロに上昇した。[45] [46]
原子炉の建設には10年かかると予想されており、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ことを計画していた。2024年に、ITERは2035年に重水素-重水素プラズマの運用を開始するという新しいスケジュールを発表した。[7]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た。[47]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る。[48]
ITERの目標の1つは、Q値（「核融合利得」） 10である。Q = 1は「損益分岐点」と呼ばれる。トカマクで達成された最高の結果は、JETトカマクでの0.67である。[49]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である。[15]
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すべての内部システム（トカマク外部加熱システム、電磁石、極低温プラント、診断および制御システムなど）の電力入力の比率として定義されます。[50]商用核融合プラントは、エンジニアリング損益分岐点を考慮して設計されます（DEMOを参照）。一部の原子力技術者は、商用核融合発電所が実行可能であるためにはQが100である必要があると考えています。[51]
ITERは電力を生産しません。熱源から電力を生産すること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は継続的に大きな核融合出力で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、トカマクでの実験に価値をもたらしません。ITERに続いて計画されているDEMOクラスの原子炉は、電力の純生産を実証することを目的としています。[52]
ITERの主な目的の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、プラズマ加熱のために受け取ったエネルギーの50％以上が核融合反応から受け取られる（外部ソースからではない）プラズマの状態です。競合するNIF核融合プロジェクトが慣性閉じ込めを使用して2021年8月8日にマイルストーンを達成するまで、燃焼プラズマを生成した核融合炉はありませんでした。[53] [54] Q値が高くなると、プラズマ加熱電力のより大きな部分が核融合反応によって生成されます。[55]これにより、高いQ値で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（必要な外部加熱が少なくなり）、Q値も向上します。これが、ITERがトカマク炉を拡張する方法です。
組織の歴史
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年に国際トカマク型原子炉（INTOR）から始まりました[56] [57]。INTORには、ソ連、欧州原子力共同体、米国、日本の4つのパートナーがいました。しかし、INTORプロジェクトは、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月のフランソワ・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、1985年11月のロナルド・レーガンとのジュネーブサミットでこのアイデアがさらに発展しました。[58] [59] [60]
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何も準備されていないことを示した。しかし、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、クルチャトフ原子力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2人の物理学者がひそかに進めていた作業のおかげで、ITERプロジェクトは政界で勢いを増していた。2人の科学者はともに、実証用核融合炉を建設するプロジェクトを支持していた。当時、日本、ヨーロッパ、ソ連、米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、核融合研究の次のステップを踏み出すことは主要国の予算を超えており、国際的に協力することが有益であると信じていた。[61]
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マイケル・ロバート博士は、「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た。私の返答は「素晴らしいアイデアだ」というものだったが、私の立場では、そのアイデアを大統領に推し進める力はない」と説明している。[62]
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、それでもなお、このプロジェクトをめぐって米国政府内で大きな官僚的争いが勃発した。協力に反対する議論の一つは、ソ連が協力を利用して米国の技術と専門知識を盗むというものだった。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米国の批判だった。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生み出した。[63]しかし、サハロフはソ連におけるより広範な公民的自由も支持し、その活動により1975年のノーベル平和賞とロシア国内亡命を勝ち取ったが、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。[64]米国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。
これにより、核融合協力がジュネーブサミットで議論され、レーガンとゴルバチョフ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に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、これに関連して、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得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」と強調された。 [65] [66]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、レーガンが同月後半に議会の合同会議で核融合の可能性に言及したことで、その発言は強化された。[62]
その結果、国際的な核融合実験の協力が進み始めた。1986年10月のレイキャビク・サミットで、いわゆる「4者委員会」（ユーラトム諸国、日本、ソ連、米国を通じた欧州）がプロジェクトの開発を監督するために結成された。[67]翌年の1987年3月、4者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、プロジェクトの最終的な場所など、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、プロジェクトは国際熱核融合実験炉と名付けられたが、すぐにその略称とラテン語の「道」という意味でのみ呼ばれるようになった。[62]
概念設計と工学設計の段階はIAEAの支援の下で実施された。[68]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。[69]許容可能な詳細設計は2001年7月に検証され、延長されたEDA期間を完了し、検証された設計は2006年11月から2007年12月に終了した設計レビューを経た。[70] [71]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、それともD字型断面にすべきかなどの問題で議論があり困難であった。これらの問題が一因となって、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。[67]
同じ時期に、ITERパートナーのグループも拡大し、中国と韓国が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。[72] [73] [74]
ITERプロジェクトの誘致をめぐっては熾烈な競争が繰り広げられ、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。[67] 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。[6]この決定につながった交渉は、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%が日本で建設されるパートナー施設に充てられることで合意した。[75]
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。[76]建設用地を整地するための初期作業は2007年3月にカダラッシュで始まり、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。[77]
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装置の特定の部品の建設と引き換えに、同国がITERの研究成果にアクセスできるようにした。[78] [79] 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。[80]最近では、プロジェクトの初期段階でITERと協力した後、カナダが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締結した。[81]
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関係者の立ち会いのもとで発表した。[82]
局長
ITERは、ITER協定に署名した7カ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る。ITER評議会は組織の全体的な方向性に責任を持ち、予算などの問題を決定する。[83] ITER評議会はまた、プロジェクトの事務局長を任命する。これまでに5人の事務局長がいた。[84]
ベルナール・ビゴは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ました。 [86] 2019年1月、ITER評議会はビゴを2期目の5年間に再任することを全会一致で決議しました。[87]ビゴは2022年5月14日に亡くなり、新しい所長を探すプロセスの間、彼の代理である多田英介がITERのリーダーシップを引き継ぎました。[88]
目的
ITERの使命は、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ある。[89] 具体的には、このプロジェクトは以下のことを目的としている。
- 注入した熱出力の10倍の熱出力（Q値10）を持つ核融合プラズマを瞬間的に生成します。
- Q値が 5 を超える定常プラズマを生成します。 (核融合エネルギー利得係数で定義されているように、 Q = 1 は科学的に損益分岐点です。)
- 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。[53] [55]
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活性化するために必要な技術的、組織的、ロジスティックス的能力、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、はるかに広範囲に及ぶ。[90] [6]
タイムラインとステータス
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2022年4月現在、 [アップデート]ITERは最初のプラズマに向けて85％近く完成している。[91]最初のプラズマは2025年後半に予定されていたが、[92] [93] 2023年には遅延が認められ、この目標に影響が出るだろう。2024年7月、ITERは新しいスケジュールを発表し、2034年にプラズマが完全稼働し、2035年に重水素-重水素プラズマの運用が開始され、2039年に重水素-三重水素の運用が開始される予定だった。[7]
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年に遡る。この取り組みは国際原子力機関の支援の下で開催され、その目的は、磁気核融合が実験用動力炉（EPR）段階に進む準備ができているかどうかを評価し、実施する必要がある追加の研究開発を特定し、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あった。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エンジニアが、トカマク閉じ込めシステムと核融合エネルギーを利用するための設計の可能性の詳細な評価に参加した。[94] [95]
1985年のジュネーブサミットで、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従って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。[96]
2007年に着工され[97]、ITERトカマク複合施設の建設は2013年に開始された。[98]
機械の組み立ては2020年7月28日に開始された。[99]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あり、最初のプラズマ実験は同年末に開始される予定であった。[100] ITERが稼働すると、プラズマ容積が840立方メートルとなり、 [101]欧州共同体トーラスを8倍 上回る、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る。
2024年7月3日、ITER事務局長ピエトロ・バラバスキは、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は、2016年に計画されていた2033年ではなく、2036年より早く生成されることはない。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。[102] [8]
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。[118]
- 2 H + 3 H → 4 He +1
0ん
+17.59 メガボルト
周期表上で核子あたりの結合エネルギーが最も高い鉄56とニッケル62よりも軽いほぼすべての安定同位体は、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生成量が最も多いため、エネルギー生成には断然最も魅力的です。[119]
すべての原始星と中期星は、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。[120]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のエネルギーを放出します。[121]このエネルギーを利用して電気を生み出すこと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）は一般に高い。これは、各原子核内の陽子が同じ正電荷を持っているため、互いに強く反発するためである。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 −13メートル）以内に接近できなければならないということである。この距離まで近づくと、原子核が静電障壁と、強い核力と静電力が等しくバランスする転換点を超えて量子トンネル効果を受ける可能性が高くなり、融合が可能になる。ITERでは、高温と磁気閉じ込めによってこの接近距離が可能になっている。ITER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する。[122]高温により、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（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108ケルビン以上の温度で発生します。[123] ITERでは、プラズマはオーム加熱（プラズマに電流を流す）によって1億5000万ケルビン（太陽の中心核の温度の約10倍）まで加熱されます。[124] 追加の加熱は、中性ビームの入射（磁力線を横切っても正味の偏向はなく、大きな電磁気的混乱は引き起こさない）と無線周波数（RF）またはマイクロ波加熱によって行われます。[125]
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。閉じ込められていない場合、粒子はエネルギーを携えて急速に逃げ出し、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。成功する原子炉は、プラズマの大部分が融合するのに十分な時間、粒子を十分に小さな容積に閉じ込める必要があります。[126] ITER や他の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使用して閉じ込められます。磁場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、それによって粒子は磁束線の周りを円またはらせん状に動くように閉じ込められます。[127] 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、トカマクの端の周りのポロイダル磁石、18 個の D 字型トロイダル磁場コイル、および補正コイルの 4 種類の磁石を使用します。[128]
磁石やその他の機器を高温や高エネルギーの光子や粒子から保護し、プラズマが存在できる真空に近い状態を維持するために、強固な閉じ込め容器も必要です。[129]閉じ込め容器は、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、構造を劣化させる非常に高エネルギーの粒子の集中砲火にさらされます。発電所が経済的になるように、材料はこの環境に耐えられるように設計する必要があります。そのような材料のテストは、ITER とIFMIF (国際核融合材料照射施設) の両方で行われます。[130]
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（中性子束を参照）。エネルギーの大部分を受け取るのは中性子であるため、中性子がITERの主なエネルギー出力源となります。[131]理想的には、アルファ粒子が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。[132]
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。[133] 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 増殖させる反応をテストする。
- 1
0ん
+6
3李
→3
1T
+4
2彼 - 1
0ん
+7
3李
→3
1T
+4
2彼
+1
0ん
ここで、反応中性子はDT核融合反応によって供給される。[134]
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る。この熱エネルギーは実際の発電所の発電タービンの動力として使用されるが、ITERではこの発電システムは科学的に重要ではないため、代わりに熱は抽出され、廃棄される。[135]
技術設計
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真空容器
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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倍の重さになる。9つのトーラス型セクターの重さはそれぞれ約450トン。シールドとポート構造をすべて含めると、合計5,116トンになる。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）である。組み立てると、全体の高さは11.3メートル（37フィート）になる。[129] [136]
真空容器の主な機能は、密閉されたプラズマ容器を提供することです。その主な構成要素は、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、60ミリメートル（2.4インチ）の厚さ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あり、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。二重壁の間の空間は、ステンレス鋼製のシールド構造で満たされます。容器の内面は、増殖ブランケットコンポーネント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シールドを提供し、一部はトリチウム増殖コンセプトにも使用されます。[136]
真空容器にはポートと呼ばれる開口部が合計44個あり、上部ポート18個、赤道ポート17個、下部ポート9個で、遠隔操作、診断システム、中性粒子ビームの注入、真空ポンプなどに使用されます。遠隔操作は、運転中の中性子の衝撃によって原子炉が停止した後に内部が放射能に汚染されるため必要になります。[137]
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る。[138]
ブリーダーブランケット
ITER 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、三重水素は放射性であり半減期がわずか 12.3 年で、地球上に天然の三重水素が約 3.5 kg しか存在しないため、はるかに希少である。[139]この三重水素の供給量が少ないため、ITER での試験の重要な構成要素は増殖ブランケットである。真空容器のポートにあるこの構成要素は、プラズマからの中性子との反応による三重水素の生成を試験するために使用される。ブランケット内で三重水素を生成する反応はいくつかある。[140] 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(n,nt) 反応を介してより高エネルギーの中性子との相互作用によって三重水素を生成する。[141] [142]
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）、水冷リチウム鉛（WCLL）方式がある。[143]テストブランケットモジュール（TBM）として知られる6つの異なるトリチウム増殖ブランケットモックアップがITERでテストされ、共通のボックス形状を共有する。[144] 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る。[145]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が低いことが含まれる。[146]
マグネットシステム
ITERは、磁場を使って核融合燃料をプラズマの形で閉じ込める磁気閉じ込め核融合に基づいています。ITERトカマクで使用される磁石システムは、これまでに構築された中で最大の超伝導磁石システムになります。 [147]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種類の磁石を使用します。[128]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トンになります。[148]超伝導 ニオブスズを使用して45kAを運び、13テスラを超えるピーク磁場を生成します。[149] [150]
18個のトロイダル磁場コイルにもニオブ・スズが使用される。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ギガジュールで、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。[151] 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）では、超伝導要素にニオブ・チタンが使用される。 [152]
追加暖房
核融合を実現するためには、プラズマ粒子を1億5000万℃にも達する温度まで加熱する必要がある。このような極限温度を達成するには、複数の加熱方法を使用する必要がある。[125]トカマク自体では、変化する磁場によって加熱効果が生じるが、外部加熱も必要である。ITERでは3種類の外部加熱が行われる。[153]
- 2つの100万ボルト加熱中性ビームインジェクター（HNB）は、それぞれ約16.5MWを燃焼プラズマに供給し、3つ目のインジェクターを追加する可能性があります。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て必要なエネルギー1MVに達します。ビームはプラズマパルスの持続時間全体、合計で最大3600秒間動作できます。[154]プロトタイプは、イタリアのパドヴァに建設された中性ビームテスト施設（NBTF）[155]で構築されています。トカマク内のヘリウム灰の量を検出するのに役立つ診断に使用される小さな中性ビームもあります。[156]
- 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。[157]
- 高強度の電磁放射線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。[ 158 ]
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囲む3,850トンの大型ステンレス鋼構造物で、超低温の真空環境を提供することを目的としています。[159]その厚さ（50〜250ミリメートル（2.0〜9.8インチ）の範囲）は、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引き起こされる応力に耐えることができます。[160] 2020年6月9日、ラーセン＆トゥブロはクライオスタットモジュールの配送と設置を完了しました。[161]クライオスタットは、免震基盤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。[162] [163] [164]
ダイバータ
ダイバータはトカマク内の装置で、原子炉の運転中にプラズマから廃棄物や不純物を取り除くことができる。ITERでは、ダイバータは核融合プロセスで発生した熱と灰を取り除くと同時に、周囲の壁を保護し、プラズマの汚染を減らす。[165]
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、融点が高く、スパッタリング収率が低く、トリチウム保持量が低いため、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含まれています。
ダイバータは54個のカセットから構成されています。各カセットの重量は約8トン、サイズは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によって監督されています。[166]
ITERトカマクが稼働しているとき、プラズマに面したユニットは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る。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倍以上である。[167]
ダイバータの試験はロシアのITERダイバータ試験施設（IDTF）で行われている。この施設は、設計と製造をプロジェクト参加国全体に広げる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立された。[168]
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、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る一次水冷却ループによって除去されます。[169]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、および冷却水を冷却して化学汚染とトリチウムの検査を行い、デュランス川に放出できる盆地で構成される、より大き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。 [170]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の冷却能力で4.5K（−268.65℃、−451.57℉）まで冷却します。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・リキード社が担当します。 [171] [172]
位置
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ITERの建設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。[173]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。[174]さらに、カナダは2001年5月にクラリントンの建設地への入札を発表したが、2003年に撤退した。[175] [176]
この時点で、選択はフランスと日本の間で行われた。2005年5月3日、EUと日本は7月までに紛争を解決するプロセスに合意した。2005年6月28日にモスクワで行われた最終会議で、参加国はカダラッシュにITERを建設することに合意し、日本はプロジェクトの総局長の任命や日本での施設建設のための財政支援を含む特別なパートナーシップを得た。[177]
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の開発に関する欧州連合の共同事業体です。同機関の Web サイトによると、
F4Eは、核融合が実行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指す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は核融合研究開発の取り組みもサポートしています[...] [178]
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がイタリアのパドヴァに建設中である。[ 179 ]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、反射性のステンレス鋼と灰色のラッカー塗装された金属を交互に重ねたパターンで覆われています。これは、建物を周囲の環境に溶け込ませ、断熱性を高めるという美観上の理由から行われました。[180]
参加者
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。[24]
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、当初はフュージョン・フォー・エネルギーの一環としてITERに加盟していた。[181] [182]しかし、2023年に英国はフュージョン・フォー・エネルギーへの参加を中止することを決定し、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ため、英国はITERプロジェクトに参加しなくなった。[20] [21]
1979年以来ユーラトムの準会員であるスイスも、2009年3月に第三国会員としてエネルギーのための核融合への加盟を批准した。 [183]
2016年にITERはオーストラリアとの「相互利益と関心のある分野での技術協力」のための提携を発表したが、オーストラリアは正式加盟国にはならなかった。[79]
2017年にITERはカザフスタンと協力協定を締結した。[80] [184]
タイも、2018年にITER機構とタイ原子力技術研究所の間で協力協定が締結された後、このプロジェクトで公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。[185]
カナダは以前は正会員だったが、連邦政府からの資金不足のため脱退した。資金不足により、カナダは2003年にITERサイトの入札から撤退した。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参加した。[81]
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。[186]現在のITER評議会議長はウォン・ナムクン氏であり、[187] ITER事務局長代行は多田英介氏である。
メンバー
- 欧州連合
スイス（ユーラトムおよび核融合エネルギー機構の加盟国） [188]
イギリス（ Fusion for Energyの一環として） [181] [182]
中国
インド
日本
ロシア
韓国
アメリカ合衆国
非会員
オーストラリア（ 2016年にオーストラリア原子力科学技術機構（ANSTO）を通じて） [189]
カナダ（ 2020年にカナダ政府を通じて、主にトリチウムを理由に） [190]
カザフスタン（2017年にカザフスタン共和国国立原子力センター（NNC-RK）を通じて） [189]- タイ（ 2018年にタイ原子力技術研究所（TINT）を通じて） [191]
国内代理店
ITERプロジェクトの各メンバー（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スタッフを雇用し、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。[192]
ITER 欧州
ITER協定はEUを代表してユーラトムによって署名された。Fusion for Energy（F4Eとも呼ばれる）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る。[193] 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る。[194]
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。この中国の機関は、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に取り組んでいます。[195]中国はまた、成都のHL-2Mトカマク[196]と合肥のHT-7U（EAST）[197]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。[198] ITER-Indiaの研究施設は、グジャラート州の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成果物には、クライオスタット、容器内シールド、冷却システム、冷却水システムなどがあります。[199]
ITER日本
日本の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となっている。同組織の拠点は千葉県にある。[200]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と製造を支援している。[201]
ITER韓国
ITER韓国は2007年に韓国国立核融合研究所の下に設立され、韓国大田市に拠点を置いている。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、トリチウム貯蔵・供給システムの4つのセクターである。[202]
ITER ロシア
ロシアは、国際核融合炉（ITER）計画の実施において重要な位置を占めている。[203]ロシア連邦のITER計画への貢献は、ハイテク機器と基本的な原子炉システムの製造と供給にある。ロシア連邦の貢献は、ロスアトム（国営原子力公社）の支援の下で行われている。 [204]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、トロイダル磁場のコイルを巻くための90トンの超伝導Nb 3 Sn撚線に基づく22キロメートルの導体と、ITER磁気システムの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ており、 2022年後半に送られる予定である[205] 。 [206]ロシアは、第一壁の最もエネルギー集約的な（最大5MW/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、鋼鉄のベースに接続されたCu Cr Zr青銅にはんだ付けされたベリリウム板で覆われている。パネルのサイズは最大幅2メートル、高さ1.4メートル、質量は約1000キログラムである。[207]現在、ロシアは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保有している。
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。[208] 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、米国の関与には、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ライン、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が含まれる。[209] 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。[210]
資金調達
2006年に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。[211] 2016年現在、実験の建設と運営にかかる総費用は220億ユーロを超えると予想されており、[27] 2010年の見積もりから46億ユーロ、[212] 2009年の見積もりから96億ユーロ増加しています。[213]
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%、残りを非ホスト国が中国、インド、日本、韓国、ロシア連邦、米国にそれぞれ9.1%ずつ分配する。[214] [215] [216]運用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。 [217]日本と米国が13%、中国、インド、韓国、ロシアが10%を負担する。[ 218]
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。[34]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た。これにより、日本は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へのアメリカの貢献は議論の対象となっている。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はこの計算に異議を唱えている。[30]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2倍の1億2200万ドルの現物拠出を行った。[219] 2020年のITERへの総拠出額は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。[220] 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。[221]
ITERに対する欧州の予算に対する支持も、プロジェクトの進行中に変化してきた。2010年12月、欧州議会は加盟国が2012～2013年のITER建設費の不足分を補うために予算から14億ユーロを再配分する計画を承認しなかったと報じられた。2010年の予算が締め切られたため、この資金調達計画は修正が必要となり、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かった。[222]最終的に、2014年から2020年までのITERに対する欧州の拠出金は29億ユーロに設定された。 [223]最近では、2021年2月に欧州理事会が2021年から2027年までの期間に56億1000万ユーロのITER資金を承認した。[224 ]
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ている。部品は世界中で製造され、その後フランスに輸送されて組み立てられるからである。[225]この組み立てシステムは、加盟国が資金を提供する代わりに部品を製造することで、加盟国による拠出金の大部分が「現物」となることを規定したITER協定の結果である。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と核融合の専門知識を提供するために考案され、一般的な枠組みでは加盟国による拠出金の90％が材料または部品で、10％が金銭であることが求められた。[226]
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た。[227]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た。[228] [229]
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）の合弁会社である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。[230]最大の入札の1つは、 ENGIE（フランス）とExyte （ドイツ）を含むヨーロッパ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。[231] 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）の企業を含むヨーロッパのコンソーシアムであるDynamicに授与されました。[232]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。[233] [234]
アメリカでは、米国のITERはプロジェクト開始以来、アメリカ企業に13億ドルの契約を発注しており、今後も8億ドルの契約が予定されている。[235]米国の主要契約には、重要な中央ソレノイド磁石の設計と製造をゼネラル・アトミックス社が担当することが含まれている。 [236]
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エネルギー契約としては過去最大規模であった。[237]
ロシアはITERに磁石と真空注入システムを供給しており、サンクトペテルブルクのスレドネ・ネフスキー造船所で建設が行われている。[238]
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造契約が、ITERの水冷システムの契約も受けているラーセン・アンド・トゥブロ社に発注された。 [239]イノックスグループの一社であるイノックスCVA社がITERプロジェクトにクライオラインを供給する。[240] [241]
日本の産業界のリーダーであ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結んでいる。[238]トカマクのもう一つの重要な部分である真空容器の建造は、現代重工業に委託され、韓国で建設されている。[242]
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及ぼしたが、2035年の完全核融合目標は維持できると期待されていた。[243] 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標としている。[7]
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、実験の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計画の建設地として発表された際、ヨーロッパの環境保護論者数名が同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おろそかになると主張した。「これは温室効果ガス対策にとって良いニュースではありません。なぜなら、効果があるかどうかさえわからない30～50年の計画に100億ユーロを投じることになるからです」[244]。しかし、フランスの別の環境保護団体である原子力生態学者協会（AEPN）は、気候変動対策の重要な一部としてITER計画を歓迎した。[6]
核融合分野では、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済み、核融合発電へのより実現可能で費用対効果の高い道となる可能性があると主張している。[245]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がもたらす技術的および経済的潜在的問題に向き合うことを望んでいないと非難している。[246]
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補間により、トカマクダイバータの電力負荷が以前の予想値の5倍になることが明らかになり、懸念が浮上した。ITERダイバータの予測電力負荷がすでに非常に高いことを考えると、これらの新たな発見は新たな設計試験の取り組みにつながった。[247]
ITERと将来の重水素-三重水素（DT）核融合プロジェクトに関して批評家が提起したもう一つの問題は、利用可能な三重水素の供給である。現状では、ITERは実験のために既存の三重水素をすべて使用することになり、現在の最先端技術では、核融合エネルギーのための将来のDT燃料サイクル実験のニーズを満たすのに十分な三重水素を生成するのに十分ではない。三重水素問題を分析した2020年の研究の結論によると、「DEMOおよび将来の核融合炉用のDT燃料サイクルの開発を成功させるには、プラズマ物理学と核融合技術の主要分野での集中的な研究開発プログラムが必要である」とのことである。[248]
批判に対する反応
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であると考えている。特に、実験の「固有の危険性」に関する主張はそうである。商業用核融合発電所の設計目標は、生成される放射性廃棄物の量が核分裂炉の数百倍少なく、長寿命の放射性廃棄物を生成せず、そのような原子炉が大規模な暴走連鎖反応を起こすことは不可能であるということである。[249]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、すぐに冷却されて核融合プロセスが停止する。さらに、核融合炉のチャンバーに含まれる燃料の量 (重水素/三重水素燃料の 0.5 グラム[250] ) は、核融合燃焼パルスを数分から最大 1 時間維持するのに十分であるが、核分裂炉には通常、数年分の燃料が含まれている。[251] さらに、いくつかの脱トリチウム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どの先行トリチウム施設よりも桁違いに高くなる。[252]
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放射能汚染の放出がはるかに少ないと予想されます。さらに、ITERのタイプの核融合発電は核兵器技術との共通点がほとんどなく、兵器の製造に必要な核分裂性物質を生成しません。支持者は、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、実質的に汚染ゼロ（ガス状のCO 2、SO 2、またはNO x副産物は生成されない）であると指摘しています。[253]
日本の実証炉の研究者によると、核融合発電機は2030年代、遅くとも2050年代には実現可能になるはずだという。日本はいくつかの核融合の道を模索しているいくつかの稼働施設で独自の研究プログラムを進めている。[254]
米国だけでも、電力の年間売上高は2,100億ドルに上る。[255]アジアの電力部門は、1990年から1999年の間に930億ドルの民間投資を集めた。[256]これらの数字は、現在の価格のみを考慮したものだ。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であると主張しており、EU経済に対するITER投資の影響に関する2017～18年の調査では、「中長期的には、ITERに対するEUの関与からプラスの投資収益が得られる可能性が高い」と結論付けている。[257] また、世界中で年間10億ドル未満のITERへの投資は、2007年に合計169億ドルに達した他の発電方法の同時研究と矛盾しない。[258]
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 1 つであり、[250]両施設はその取り組みにとって極めて重要となるだろう。[259] ITER の目的は、潜在的な核融合発電所を取り巻く科学的および工学的な問題を調査することである。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まったく異なる特性を持つと予想される。[260]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。[261]
さらに、トカマクによる研究の主流は、磁気閉じ込めプラズマ物理学研究の最後から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た。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想電力コストが2分の1に削減され、先進的な軽水炉の予想電力コストのわずか50%程度に抑えられた。[262]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り、将来的に閉じ込めが改善される可能性が高まっている。[263]最後に、支持者は、化石燃料に代わる可能性のある他の物質にも、独自の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、大型の核分裂発電所を上回るエネルギー密度を持つ。[264]
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、原子力透明性および安全性に関するフランス法に基づいて、ライセンス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を要求できるようになりました。公開された安全性評価（ASN承認）によると、原子炉漏れの最悪の場合でも、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。施設全体には、すべてのバリアの効率を確認するためのストレステストが多数含まれています。原子炉建屋全体は、約500本の耐震サスペンション柱の上に建てられており、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度の地震などの極めてまれな事象が施設の安全設計で想定されており、それぞれの安全対策が設計の一部となっています。[6]
2008年から2017年の間に、このプロジェクトはEU経済だけで34,000人の雇用を創出しました。2018年から2030年の間に、さらに74,000人の雇用と159億ユーロの総価値を生み出すと推定されています。[6]
類似プロジェクト
ITERの前身はJET、[265] Tore Supra、[266] MAST、[267] SST-1、EAST、KSTARであった。他に計画・提案されている核融合炉にはNIF、[268] W7X、T-15MD、STEP、SPARC、SST-2、[269] CFETR、[270] [271] [272] [273] DEMO、[274] 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。[275] [276]
参照
- デモンストレーショナル発電所、有用な電力を生成する将来の核融合炉の総称
- 実験的先進超伝導トカマク（EAST）、合肥研究所における中国の継続的な取り組み
- ヴェンデルシュタイン7-X、ドイツのマックスプランクIPPの将来の核融合発電所のコンポーネントを評価するための先進的なステラレータ[277]
注記
- ^ 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、1兆5000億ドル）、マンハッタン計画（306億ドル）、アポロ計画（1560億ドル）、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
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クレリー、ダニエル (2013)。『A Piece of the Sun』。ジェラルド・ダックワース＆カンパニー社。
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。
外部リンク
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。
- 公式サイト
- ITER中国ウェブサイト
- ITER EU（核融合エネルギー）ウェブサイト
- ITER インドのウェブサイト 2021年4月16日アーカイブWayback Machine
- ITERジャパンウェブサイト
- ITER韓国ウェブサイト
- ITERロシアウェブサイト
- ITER米国ウェブサイト
- ニューヨーカー、2014年3月3日、ラフィ・カチャドゥリアン著「Star in a Bottle」
- マクレイ教授が収集したITERの初期段階（1979～1989年）に関するアーカイブ資料は、フィレンツェの欧州連合歴史アーカイブで閲覧できます。
- 「ITERトーク（1）：ITERの紹介」ビデオ（53:00）、YouTube、ITER機構、2021年7月23日。
- ITER プロジェクトにおけるホスト国と非ホスト国の役割。2005 年 6 月、日本との幅広いアプローチに関する合意。
- 核融合電気 - 核融合エネルギー実現へのロードマップ 2017 年 5 月 30 日、Wayback MachineにアーカイブEFDA 2012 - 8 つのミッション、ITER、依存関係のあるプロジェクト計画、...
北緯43°42′30″ 東経5°46′39″ / 北緯43.70831° 東経5.77741° / 43.70831; 5.77741