今後の我が国の核融合研究の在り方について（基本問題特別委員会核融合研究ワーキンググループ報告）

今後の我が国の核融合研究の在り方について（報告）

平成１５年１月８日
科学技術・学術審議会  学術分科会
基本問題特別委員会  核融合研究ワーキング・グループ

目      次

はじめに

１．	審議の経過
２．	核融合研究の重点化とグランドデザイン （１） 重点化の必要性について （２） 核融合研究の新しいグランドデザインについて
３．	核融合研究計画の重点化の方策 （１） 既存の核融合研究計画の評価 （２） 重点化計画の策定 （３） 重点化のための具体的計画 トカマク国内重点化装置計画 核融合材料試験装置計画 レーザー高速点火計画 大型ヘリカル装置（LHD）計画 （４） 重点化計画の優先度について （５） 既存装置の整理・統合について
４．	共同利用・共同研究の強化の方策 （１） 大学共同利用機関としての核融合科学研究所の在り方 （２） 法人化後の大学の役割 （３） 日本原子力研究所及び新法人の役割と共同研究の強化 （４） 共同利用・共同研究促進について
５．	重点化後の人材育成の在り方
６．	まとめ

はじめに

  ２１世紀以降のエネルギー源は、我が国の安全及び経済に深く関わるとともに、地球規模の環境保全からの要請を満たすことが求められる。当面は化石燃料に依存することが可能であるが、長期的には核分裂、核融合、風力・太陽光発電等の再生可能エネルギー等の中から国策に基づき選択されるものと予想される。核融合エネルギーについては、安全性・環境適合性・資源量等の観点で優れた特性を潜在的に有しており、世界の主要国で活発な研究開発が行われてきた。我が国では、この核融合研究の重要な目標である科学的実証を目指して種々の方式による研究が大学、核融合科学研究所、日本原子力研究所等で進められ、既に多くの成果を挙げている。当該分野の研究が欧州、米国とともに世界のトップレベルにあることに加えて、プラズマ物理学、プラズマ応用学、計算機シミュレーション科学、宇宙・天体プラズマ学、超伝導工学、材料工学等の複数の領域で多彩な学術的成果を生みだす等、今後も我が国の科学技術と学術に大きく貢献することが可能な分野である。
  一方、国際プロジェクトとして進められている国際熱核融合実験炉（以下、「ITER」という。）計画については、建設に向けた政府間協議が始まり、核融合エネルギーの実現を目指す核融合炉開発としての大きな一歩を踏み出そうとしている。今後、長期に渡って物理と工学の統合を必要とする核融合研究を着実に進めるためには、その進行を制限する項目と課題（クリティカルパス）を定め、開発研究を進める必要がある。同時に、物理と工学の体系化とスモールサイエンス等へのスピンオフ（波及効果）が期待できる当該分野の学術研究としての重要性に鑑み、学際化の研究手法等を取り入れつつ、学術研究基盤の維持・整備と人材育成にあたらなければならない。我が国においては、前者は、日本原子力研究所が、後者は、大学、大学共同利用機関がその中核として研究の推進にあたってきた経緯にある。このように学術研究から開発型の研究にまたがる広い研究領域を包括する当該分野においては、研究の裾野の拡がりを考慮するとともに、学術発信を常に行い、先端科学技術としての当該分野を国策として牽引することが重要である。
  核融合研究ワーキング・グループ（以下、「ＷＧ」という。）では、我が国の核融合研究をさらに発展・強化させるべく、当該分野を構成するプラズマ物理学と炉工学研究分野を概括する審議を行い、これまで長年にわたり核融合研究を支えてきた複数の実験装置を整理・統合しつつ、炉工学分野と併せて重点化・効率化するための方策を検討した。重点化にあたっては、共同利用・共同研究をさらに強化することに加え、新たな可能性を目指した研究の創生、不断の人材育成等を活性化させること等が重要であり、その方策の検討が必要となる。このため、ＷＧにおいては、次の４つを主要な点として、今後の我が国の核融合研究の在り方を審議した。

１．審議の経過

  今後の我が国の核融合研究の在り方について審議するため、学術分科会・基本問題特別委員会の下にＷＧが設置され、当該研究分野を代表する研究者により研究の重点化・効率化についての審議が集中的に行われた。
  ＷＧの委員名簿及び審議の経過は、別紙のとおりである(資料１、２)。ＷＧでは、第１０回（３月２５日）に議論の整理、第１２回（平成１４年７月２９日）に論点整理を行い、第１８回（平成１５年１月８日）に本報告書を取りまとめた。

２．核融合研究の重点化とグランドデザイン

  ＷＧでは、我が国の核融合研究を長期的に俯瞰しつつ、重点化すべき研究計画と国内共同利用・共同研究体制についての意見が取りまとめた。

図１  核融合研究の階層構造

３．核融合研究計画の重点化の方策

図２  我が国の核融合研究拠点

（２）	重点化計画の策定   既存の研究計画の評価結果を受けて、ＷＧでは、今後10年から20年にわたる我が国の核融合研究を推進するための重点化すべき計画の策定に向けて、複数の提案について審議を行った。その結果を資料５に示す。重点化計画の審議にあたっては、ITERが建設されることを前提として国内研究基盤の整備・推進を図ること、及び、今後30年程度で核融合原型炉を実現するための課題の解決に必要な研究計画を策定することの２点を条件とした。その結果、重点化すべき課題は、トカマク、炉工学、レーザー分野に絞り込まれ、これに既存の研究計画の研究評価の結果からヘリカル（LHD）を加えて、４つの重点化の柱が策定された。
（３）	重点化のための具体的計画 トカマク国内重点化装置計画   核融合エネルギーの早期実現に向けて、トカマク方式の改良（高ベータ定常運転の実現による経済性向上等）を我が国独自に進めるとともに、ITER計画での主導権の確保と、数百名規模での人材養成によるITER計画との有機的連携を図るために、国内のトカマク装置を重点化することが必要である。本装置は、臨界プラズマクラスのプラズマ性能をもった超伝導装置とし、プラズマアスペクト比、断面形状制御性、帰還制御性において、機動性と自由度を最大限確保できるものとし、原型炉で必要な高ベータ（βN=3.5-5.5）非誘導電流駆動プラズマを、100秒程度以上保持することを目指すものである。計画の実施にあたっては、設置主体である日本原子力研究所／新法人と研究者コミュニティが研究計画を共同企画・立案しつつ実施することが重要であり、JT-60をトカマク国内共同研究の中核的役割を担う装置として位置づけて、トカマク国内重点化装置の建設開始まで運転を継続し共同研究を推進するとともに、ITERの動向を踏まえつつトカマク国内重点化装置への転換を図る必要がある。 核融合材料試験装置計画   同じく核融合エネルギーの早期実現に必要な材料・ブランケット開発は、プラズマ閉じ込め方式の如何にかかわらず必須の課題である。特に、今後、実用化までの核融合炉用の第一壁候補構造材料の開発及びその材料が核融合炉環境下で中性子照射に耐えることを確認し、その特性データを取得するためには、IEA（国際エネルギー機関）の国際協力による核融合材料照射試験装置（IFMIF）計画が不可欠である。この計画は、効率的な材料開発に必要とされる学術研究にも大きな貢献が期待される。従って、IFMIFの重要システム要素について工学的な実証を行い、建設に必要な工学設計を完成することを目的とする工学実証・工学設計活動（EVEDA）に速やかに着手する必要がある。計画の実施にあたっては、日本原子力研究所／新法人と核融合科学研究所・大学が連携協力しつつ実施することが重要である。 レーザー高速点火計画   レーザー高速点火計画FIREXは、最先端のレーザー技術と極限状態の科学を応用して、磁場核融合方式と質的に異なる方式により、核融合エネルギー実現の可能性を切り拓くものである。我が国独自の高速点火方式レーザー核融合の原理実証を目的とするFIREX第１期計画は、世界最高出力の超高強度レーザーにより核融合点火温度（0.5?１億度）への加熱を行うものである。この計画は、核融合炉の可能性を拡げるばかりでなく、我が国の学術基盤の強化とレーザー技術に関する知的財産権の確保に貢献するものである。さらには、その成果により、点火・燃焼の実現を目指す第２期計画に発展させるか否かの判断を行うことも可能となる。FIREX計画を研究者コミュニティ全体の計画とするために、大学共同利用機関との連携等の方策を検討することが望ましい。 大型ヘリカル装置（LHD）計画   上記の３つの重点化計画を推進する場合、大学共同利用機関である核融合科学研究所において推進されているLHD計画が、当該分野の学術研究の発展に果たす重要な役割にも注目しなければならない。LHDは、我が国で発案されたヘリオトロン磁場配位を採用することにより、無電流環状プラズマによる核融合炉を目指して造られた磁場閉じ込め装置である。LHDを共同研究重点化装置として活用することによって、今後も、炉心プラズマに外挿できるパラメータ下における環状プラズマの総合的理解、ITERへの寄与、新しい閉じ込め配位研究のための装置との連携等を目標に、LHDを用いた学術研究を継続して進めることが必要である。LHDの研究目的を資料６に示す。   今後も長期にわたる核融合研究を推進するためには、学術研究から開発型の研究にまたがる広い研究領域を包括する必要がある。そのためには、我が国の核融合研究の裾野の広がりを考慮しつつ、学術発信を続け先端技術を牽引することが重要である。その実現のためには、上記の３つの重点化計画と、現有の研究資源であるLHDでの研究を共同利用・共同研究のための重点化計画として位置づけ、活用することが重要である。
（４）	重点化計画の優先度について   以上の審議結果を踏まえ、ＷＧは、既存のLHDを除く重点化すべき上記３つの研究の柱に対して、次のとおりの方策を提言する。 核融合エネルギーの早期実現を目指し原型炉に向けた重要な課題の解決を図る上で、ITER計画との連携を図りつつ、無衝突プラズマ領域における高ベータ定常運転の研究を推進するため、国内のトカマク重点化装置を優先する必要がある。 材料・ブランケット開発は、プラズマ閉じ込め方式によらず必須の課題であり、その中核であるIFMIF計画は核融合開発研究に不可欠である。従って、その工学実証・工学設計活動（EVEDA）に速やかに着手する必要がある。そのために、国内実施体制を急いで確立する必要がある。 我が国独自の計画として高速点火方式レーザー核融合の原理実証計画第１期を開始することは、磁場核融合と異なる原理に基づく核融合炉の可能性を拡げるばかりでなく、我が国の学術基盤の強化と知的財産権の確保のために必要である。
（５）	既存装置の整理・統合について   以上のとおり、重点化のための審議結果と既存装置についての評価結果を踏まえ、これらについての今後の在り方をまとめると、以下のとおりである。 重点化計画の基盤となるJT-60とGEKKO-XIIに関しては、次期計画の開始時まで運転を続け、装置建設に合わせて計画を完了させる必要のあること。 LHDについては、現有資源として高性能プラズマの生成による環状プラズマの普遍的性質の探求を進めITERを含む環状プラズマへの学問的寄与を明確にするという所期の目的達成のために研究を継続する必要のあること。 重点化の柱となるJT-60、GEKKO-XII、LHD以外の装置に関しては、然るべき時期に計画を完了すること。ただし、斬新な研究の展開による装置の運転延長の提案は、新たな可能性を目指した研究の候補になり得る。 ４つの重点化計画での共同利用・共同研究を活性化するとともに、独創的なアイデアによる新たな可能性への挑戦への機会を生み出せるような仕組み・研究体制の構築、そしてこれらを可能とする新たな措置が必要であること。

４．共同利用・共同研究の強化の方策

  我が国の核融合研究が新しい段階に入り、国内の共同研究重点化装置及び国際協力によるITERや核融合材料試験装置による研究への展開が行われようとしている現在、これらを軸とする研究はもちろんのこと、新たな可能性を目指した研究機会を生み出すためにも共同利用・共同研究の一層の活性化が必要となる。従って、研究者コミュニティの総力を上げた共同利用・共同研究を実りあるものにするためには、これを担保する共同利用・共同研究促進措置が必要となる。具体的には、共同研究費の拡充をはじめとして、宿舎、旅費等の充実を図る等の方策の検討が必要である。
  以下に、これらの受け皿となる核融合科学研究所、大学、日本原子力研究所の果たすべき役割と、その促進のための方策を述べる。

（１）	大学共同利用機関としての核融合科学研究所の在り方   核融合科学研究所においては、核融合プラズマの学理とその応用の研究との創設の理念に基づき、我が国独自の方式である大型ヘリカル実験計画と理論シミュレーション研究を推進してきた。我が国の核融合分野における学術研究に資する役割の強化が一層求められている現状に鑑み、大学共同利用研究の中核機関として大学との強い連携・双方向性の強化等が必要であり、運営体制や研究の対象範囲等の見直しを行い、研究計画の一層の活性化を可能とする制度設計の充実を図る必要がある。   LHDの一層の活用のためには、LHDの研究計画を立案するシステムの工夫、共同研究委員会の機能改革等、共同研究の推進機能を強化する方策を検討することが必要である。また、炉心プラズマに外挿可能な無電流プラズマ装置としての特徴を生かした環状プラズマの閉じ込め改善、定常プラズマ実験等の分野で、トカマク計画との連携を強める必要がある。   提案されている高速点火（FIREX）計画を中心とするレーザー核融合研究の分野では、大阪大学等との連携を図り、関連する共同研究を積極的に推進することが必要である。さらに、大学の先駆的・萌芽的研究とも密接に連携・協力し、核融合のための学術基盤研究の拠点として、また新たな可能性への挑戦の場の一つとしての役割を担うことが期待される。   加えて、炉工学研究の包括的・総合的な推進が今後益々重要となるため、特に、核融合材料試験装置での国際的な共同研究を初めとして、ブランケット工学、超伝導コイル技術、安全性研究、核融合炉設計等の炉工学に関連した幅広い分野における大学の炉工学研究を、大学共同利用機関として取りまとめていく役割が期待される。
（２）	法人化後の大学の役割   大学における研究は、学術基盤に貢献することを目的に計画が進められてきており、数千名規模の研究者コミュニティを支えるための不断の人材育成において中心的な役割を果たしている。従って、今後の核融合研究の展開を図るためには、大学における研究の展望が的確に把握され、振興策を提示していくことの必要性が確認されている。しかしながら、個々の計画についての今後の方策の策定についての議論は、個々の大学の自律性と自主性を尊重し、特に法人化後の各機関における研究の方針によるところが大であることの認識が必要である。   大学においては、学術研究の推進と学生の教育が２つの大きな柱と位置づけられており、トカマク、ヘリカル、レーザー、炉工学等と広範囲な研究の体系化と連携が必要な核融合研究分野においては、大学共同利用機関である核融合科学研究所との連携や日本原子力研究所との共同企画・共同研究を強め、大学の学術研究の基盤を維持しつつ、学生への研究指導を行う必要がある。さらに、これらの研究基盤を有効に活用するためには、双方向性を持つ共同利用・共同研究の積極的な推進が必要である。   大学における研究としては、学内協力の推進等自主的に競争力を高める施策も実施し、研究拠点としての学術的評価を高めることが双方向性ある共同研究の受け皿となるためにも必須である。人材養成の上でも、世界的な研究ビジョンを持った新たなリーダーの育成を学生教育に並行して重視すべきである。   そのため、核融合科学研究所や日本原子力研究所等とのより強い連携を図る等、大学における先駆的・独創的研究の積極的な支援の方策を共同利用・共同研究をベースとして進めることが必要である。
（３）	日本原子力研究所及び新法人の役割と共同研究の強化   日本原子力研究所については、国からの付託によるITERを中心とするトカマク型核融合システムの開発研究を推進する役割が求められており、核燃料サイクル開発機構との統合による新法人においても、ITER計画、トカマク炉心プラズマ開発、炉工学開発を我が国の中核的な機関として推進し、核融合開発研究に必要な人材育成を進めることが必要である。   現在、日本原子力研究所では、トカマク(JT-60)等による研究を大学、核融合科学研究所の研究者等との共同企画・共同研究に供する努力がなされている。この一環としてJT-60では、一部の研究テーマのリーダーを大学等の研究者とし、日本原子力研究所と大学等が一体となって研究を実施する試みがなされており成果が上がっている。今後、ITERを中心として長期的な人材の育成が必須となる状況を踏まえ、これを発展させた共同研究の運営体制を構築することは、我が国の核融合開発研究に不可欠である。このため、JT-60をトカマク国内共同研究の中核として位置づけ共同研究を推進するとともに、ITERの動向を踏まえつつ、トカマク国内重点化装置への転換を図る必要がある。   また、炉工学分野では、核融合材料照射試験装置計画を大学等との連携の下で推進する役割、ブランケット、超伝導、加熱・電流駆動を含む所要の開発研究を、我が国の中核機関として推進する役割が求められる。   平成1７年度に予定される独立行政法人化後も、新法人に期待される核融合開発研究の中核機関として果たすべき役割は、より一層強く求められる。従って、トカマク国内重点化装置への転換の前後に関わらず、新法人に課せられる開発研究の目標の達成と継続的な人材の育成をより効果的に進めるために共同企画・共同研究の運用体制を早期に確立することが強く望まれる。
（４）	共同利用・共同研究促進について   すでに述べたように、これまで長年にわたりプラズマ研究を担ってきた多数の実験装置を整理、重点化・効率化し、トカマク、ヘリカル、レーザー、炉工学の大型装置による展開、さらには新たな可能性への挑戦を図っていく中で、共同利用・共同研究の推進が極めて重要である。以下に具体的な２つの点を示す。 双方向的共同研究の促進   各機関にある装置が整理、重点化される中で、大学や研究機関にある装置や研究環境を利用して、双方向的に共同研究を可能にすることが研究機会を増やすための重要な施策になるものと考えられる。従来の共同研究は、大学の研究者が大学共同利用機関を研究の現場として共同研究を行うことが想定されていたが、今後の核融合研究の発展のためには、その逆の研究者の動き、すなわち、共同利用研究機関の研究者が大学(講座、センター、研究所等)、研究機関等へ出向いて共同研究を実施することが両者の研究資源の相乗的な活用のために必要になる。そのため、双方向性のある共同研究を制度的に定める等新たな方策が必要になる。   なお、具体的な課題として、大学での先駆的実験への他機関からの参加、LHD計画共同研究のようなシステム（大学—大学間の研究者派遣のサポート）、必要な研究経費等の拡充、日本原子力研究所等の研究機関への研究参加機会及び共同研究費の充実、等が挙げられる。 連携研究の実施   これら共同研究の中でも特に、相当規模の人的資源、物的資源、知的資源を互いに有効利用する等の連携研究の方策については、特別な措置が必要になることが想定されるため、これを具体的に検討していくことが、共同研究の推進のために特に有意義であると考えられる。

５．重点化後の人材育成の在り方

  実現まで長期の間を要する核融合研究において、ITER計画のような国際的大型プロジェクトを成功させ、かつ我が国が主導的役割を担うためには、高度な専門教育に基づいた不断の人材育成が必須である。重点化後の人材育成においては、共同利用・共同研究の効率的な活用を踏まえ、研究及び教育が最適化されるような適正な競争的環境の設定、研究及び研究者の積極的な交流・流動化を可能とする組織・制度設計が必要となる。
  人材育成にとって、優秀な若手研究者が最先端の研究の場に身を置けるような環境整備が肝要である。具体的には、国際的レベルの大型実験装置への直接的関与、及び大学等の得意とする機動的な小規模装置での萌芽的・独創的研究への参加等を挙げることができる。人材育成においては、このような多様かつ魅力ある研究の機会を多くの研究者に提供することが重要である。
  大学以外の研究機関において行われている高度専門性養成への努力に鑑みると、大学と研究機関の連携・協力の下での人材育成の枠組みの検討が必要である。学生教育を行う上で、他の大学法人等へ学生が長期滞在することも今後増えることも予想され、対応する制度設計が必要となる。学生教育の観点からも相応しい、旅費の仕組み、受け入れ機関の身分等の整備、受入先でのリサーチアシスタント等の大学院生の経費の新設、学生宿泊施設の整備等を早急に検討し、遅滞なく実現することが期待される。従って、人材育成においても、共同利用・共同研究促進措置や、新たな可能性への挑戦への措置を十分に活用することが肝要である。

６．まとめ

  ＷＧでは、核融合研究を進めるための学術・開発両面からの貢献の必要性に基づき、従来の複数の方式による炉開発路線から、重点化・効率化された路線への転換（パラダイムシフト）を進めるための検討を行い、報告書をとりまとめた。本報告書では、今後の我が国の核融合研究についてのグランドデザインを定めるとともに、これまで長期にわたり核融合研究を担ってきた多数の実験装置を整理し重点化・効率化を図ること、共同利用・共同研究を強化推進することを提言し、併せて新たな可能性を目指した研究、不断の人材育成等を可能とする方策が必要なことを述べている。
  ITER計画によって核燃焼プラズマを用いた研究機会が約１０年後に実現することに鑑み、３０年程度を目途に核融合炉を早期に実現すること、並びにさらに優れた核融合炉の可能性を追求するためには、その進行を制限する項目と課題（クリティカルパス）を定め、核融合研究を進める必要がある。従って、ＷＧでは、研究者コミュニティによる既存の研究計画と提案された重点化すべき計画についての評価を行い、今後重点化すべき課題を、トカマク（トカマク国内重点化装置計画）、炉工学（核融合材料試験装置計画）、レーザー（レーザー高速点火計画）の３つに絞り込み、これに既存のヘリカル（LHD）を加えて４つの重点化の柱を策定した。
  ＷＧでは、研究計画の中核となる国内装置（JT-60及びそれに続くトカマク国内重点化装置、LHD、GEKKO-XII及びそれに続くレーザー高速点火装置）を共同研究重点化装置として位置づけ、国際協力による炉工学分野の核融合材料試験装置（IFMIF）と併せて、共同利用・共同研究を積極的に促進することを提案するものである。その際、重点化計画の基盤となるJT-60とGEKKO-XIIに関しては、次期装置建設に合わせて計画を完了させる必要がある。また、重点化の柱となる共同研究重点化装置以外の既存装置については、然るべき時期に計画を完了することが必要になると判断した。ただし、斬新な研究への展開による装置の運転延長の提案は、新たな可能性を目指した研究の候補として、次の展開につながり得るものである。
  一方、大型の装置への重点化と併せて、萌芽的・独創的なアイデアを積極的に伸ばす方策と人材育成の方策を確保することは、大変重要な課題である。我が国の学術研究の振興のためには、研究者が新たな可能性を目指した研究の機会を得てこそ独自性の高い研究を展開し、優秀な人材を育てることのできる環境が整うものである。従って、重点化後の当該分野の研究の推進のため、研究者コミュニティへの責任を負う大学共同利用機関等の共同利用・共同研究に関わる機能を活用して、新たな可能性に挑戦できる措置の実現が是非とも必要である。
  本報告書が提言する今後の核融合研究の重点化と共同利用・共同研究の推進のためには、国の施策に反映されるべき具体的な課題の解決が必要である。そのため、今後も、研究者コミュニティ内の継続的な意思疎通を図り、併せて行政との接点を維持することを目的として、本ＷＧのような審議の場が継続的に設置されることが望まれる。

資料１

科学技術・学術審議会学術分科会基本問題特別委員会
核融合研究ワーキング・グループ委員名簿

（敬称略）

資料２

科学技術・学術審議会学術分科会基本問題特別委員会
核融合研究ワーキング・グループの審議経過

資料３

我が国の核融合研究を支える種々の実験装置（コンピュータを含む）

資料４

既存の核融合研究計画の評価結果

資料５

重点化計画の評価結果

資料６

ＬＨＤ研究の課題

資料７

用語解説