国際熱核融合実験炉 – 定義

国際熱核融合実験炉(ITER) ^{[ 1 ]}は、トカマク技術に基づく核融合実験炉 (核分裂と混同しないでください) のプロジェクトです (ITER の動作原理については、この記事を参照してください)。 ITER はイギリス、アメリカ、フランス、スイスの一連の基礎研究機械の一部であり^{[ 2 ]} 、その推進者らは所望の目的に向かって進んでいると信じている^{[ 3 ]} 。

このタイプの原子炉の目的は、将来に向けて大量のエネルギー生産手段を獲得することです。産業プロジェクトが完了すると、ほぼ無尽蔵で低公害のエネルギー源の利用が可能になるからです。目標自体と、それに貢献する ITER の能力については議論があります。

歴史

ソ連の提案

ミハイル・ゴルバチョフが次世代トカマクを構築するための国際計画の実施を提案したのは、1985 年 11 月のジュネーブ・サミットの最中であった。ソ連は、恒星内に恒久的に存在する現象である核融合を利用するこのタイプの原子炉の開発に数年間取り組んできた。

1986 年 10 月、米国、欧州、日本はこの計画にソ連も参加することに同意しました。こうしてITERの創設が決定され、国際原子力機関（IAEA）の管轄下に置かれることになった。当初、ITER に参加したメンバーは 4 名のみでした。

• ロシア
• 米国
• ヨーロッパ、カナダと連携
• 日本

検討、設計、調整段階

1988 年 4 月に、設計段階 (概念設計活動または CDA と呼ばれる) が始まりました。この段階では、既存のさまざまなプログラムの結果を統合して ITER に統合することを目的としていました。 CDA は 1990 年 12 月に終了しました。

1992 年 7 月、米国のワシントン DC で 4 人のメンバーは、6 年間続くエンジニアリング段階 (エンジニアリング設計活動または EDA と呼ばれる) を開始する協定に署名しました。この段階は計画通り 1998 年末に終了しました。

米国はプロジェクトが不確実で破滅的であると考えたため、EDA段階の終わりにプロジェクトから離脱した^{[ 4 ]} 。

米国の撤退を受けて、EDAの第2段階の開始が決定された。この第 2段階では、米国の撤退による資金不足を考慮して、ITER の目標を下方修正することが目的でした。この段階は 2001 年 7 月に終了しました。

調整フェーズ (調整技術活動または CTA と呼ばれる) は 2002 年末に終了しました。その目的は、設計フェーズの準備をすることでした。彼女は建設現場の場所だけでなく、資金調達やITERの法的枠組みの問題も提起した。

2003 年 1 月に中国が ITER に参加し、続いて 2 月に米国が復帰し、6 月には韓国が参加しました。

プロトタイプ建設場所の選択

当初、建設予定地は次の 4 か所でした。

• カダラッシュ、フランスのプロヴァンス＝アルプ＝コート・ダジュール（PACA）地域にある。
• カナダ、オンタリオ州クラリントン。
• 日本の本州の北にある六ヶ所村。
• スペインのヴァンデロス。

場所の選択は政治的にも非常に重要でしたが、何よりも経済的に重要でした。 ITERの投資額は30年間で103億ユーロと推定されている。 2002年にフランスで実施された研究では、ITERは10年間の建設期間中に3,000の間接雇用を創出し、20年間の運転期間中に3,250の間接雇用を創出すると予測している(そのうち約3/4がPACA地域にある)。したがって、ITER の設立が、選ばれた地域にとっての恩恵であると考える人もいるかもしれないことを私たちは理解しています。

フランスとスペインの口論の後、スペインは 2003 年 11 月 26 日に提案を撤回した。したがって、カダラッシュは引き続き欧州連合が支援する唯一の拠点となった。クラリントンのカナダ提案は、EUの観点から参加することを決めたカナダ人の実際の資金と政治的意志の不足により、自然消滅した。カダラッシュ遺跡は中国とロシアからも支援を受け、六ヶ所村遺跡は米国と韓国からも支援を受けた。

フランスのカダラッシュ遺跡の場所

2005 年 5 月、サイトの選択が行われる前でさえ、すでにカダラッシュのサイトが有利であるように見えたため、欧州連合は、どのような決定であっても、カダラッシュでの作業を開始することを決定しました。日本の首相の慎重な発言？ 2005年5月2日、小泉首相はすでにフランスへのITER設置を認めたようだ。建設段階の資金を倍増し、9億1,400万ユーロに増額することを提案した。フランス政府も地方自治体に対し資金の増額を要請しており、その額は現在4億4,700万ユーロとなっている。

日本政府は依然として公式にはその用地の立候補を擁護したが、プロジェクトの100％獲得を目指して今後は戦わないと何度か示唆した。 5月5日、スイスのジュネーブで日本と欧州連合との間で技術協定が締結され、ITERの建設価格の40％をホスト国（当時は名前は明かされていない）が負担することが定められた。非開催国は以下を取得します。

• 建設に関する産業契約の 20%。
• ITERの常勤職員の20%。
• ホスト国と非ホスト国が半分ずつ出資する7億ユーロ相当の補完研究プログラム。
• 国際核融合材料照射施設（IFMIF）と呼ばれるITER壁の材料研究センターの建設。
• ITERの事務局長候補に対する開催国の支持。

これらすべてのメリットは、他の非ホストメンバーと比較して負担金が増加することなく得られます（建設費の10％）。その後、日本は原子炉の建設を暗黙のうちに放棄したが、多くの面で勝利した。

2005 年 6 月 28 日、モスクワでついに、カダラッシュを原子炉の建設地として指定する ITER 計画の全メンバーによる共同宣言が署名されました。

建設・運営段階

2006 年 11 月 21 日、中国、韓国、米国、インド、日本、ロシア、欧州連合の代表により、ITER 建設に関する最終協定がエリゼ宮で署名されました。この協定を構成する 3 つの文書は、署名者全員によって承認されなければなりません。協定署名後の同日、パリの国際会議場で最初の ITER 理事会が開催された。

建設段階は 2006 年末か 2007 年初めに開始され、8 ～ 10 年間続く予定です。

活用段階は 2015 年に始まり、少なくとも 20 年間続くはずです。

廃止措置フェーズ

運用段階が完了したら、設備を解体する必要があります。 ITERからの副生成物は放射性物質をほとんどまたはまったく含まないが、チャンバーの場合は当てはまらないため、その後施行される安全基準に準拠するために必要に応じて処理する必要がある。この段階は 5 年間続くと予想されています^{[ 5 ]} 。

ITER後

開発段階の後、得られた結果に従って、工業用原子炉と同等の出力を備えた別の実験用原子炉が作成されます。 DEMO (フランス語でデモンストレーション発電所を意味する DEMONstration Power Plantの略) と名付けられたこの計画は、厳密に言えば商業運転の可能性を研究することを目的としており、その後、最初の応用原子炉が製造できるようになるが、おそらく 2050 年までにはならないだろう^{[ 6 ]} 。

発表された機能

• 小さなプラズマ半径: 2 メートル
• 大きなプラズマ半径: 6.20 メートル
• プラズマ高さ: 6.80メートル
• 血漿量: 840 m3
• プラズマ電流: 15 Mアンペア
• 核融合出力: 500 Mワット
• 保持時間：6～16分
• エネルギーバランス：Q=10（プラズマから供給されるエネルギーとプラズマに供給される外部エネルギーの比）

Iter は実験炉であることに注意してください。経済的に実行可能な原子炉は、エネルギー バランスが 50 を超える必要があります。

2 つの主な技術目標

• 1 つ目は、わずか 50 メガワットの電力を消費しながら、400 秒間 (6 分 40 秒) の間、500 メガワットの電力を生成することです。現在までの世界記録は、イギリスのトカマク JET によって達成された、1 秒間 25 M ワットの電力供給で 16 メガワットの発電量です。
• 2 番目の目標は、血漿中の核融合反応を少なくとも 1000 秒 (16 分 40 秒) 維持することを目的としています。この場合、50 メガワットを供給しても、250 メガワットしか発電されません。これまでの世界記録は、フランスのトカマク・トーレ・スープラが達成した6分30秒です。

ITERの組織

ITER の管理は、さまざまなメンバーが集まる一連の機関によって実行されます。

主体はロシアのモスクワにあるITER評議会です。メンバーは以下の8人で構成されています。

• ヨーロッパ人2名、
• ロシア人2名、
• 日本人2名、
• アメリカ人2名。

ITER 評議会は 2 つの委員会によって支援されています。

• 技術委員会（技術諮問委員会またはTACと呼ばれます）。
• 経営委員会（経営諮問委員会またはMACと呼ばれます）。

ITERの設計は、日本の那珂市とドイツのガルヒング（ミュンヘン近郊）で行われています。ナカとガーチングの合計人数は約 150 名です。

プロジェクトメンバー

現在、プロジェクトのメンバーは次のとおりです。

• ロシア。
• 中国、
• 韓国、
• 米国、
• 日本、
• 欧州連合、
• インド、最大 10%

スイスは欧州研究プログラムとの関係から、ユーラトムを通じてこのプロジェクトに参加している。ブラジルもこのプロジェクトへの参加を申請した。この追加資金は、プロジェクトに当初割り当てられた予算を超える場合（これらの大規模プロジェクトでは頻繁に発生します）に不可欠になる可能性があります。

プロジェクトのパーソナリティ

特定の研究者や著名人が ITER プロジェクトへの道を切り開きました。その中には次のようなものがあります。

ITER周辺

ITER は、特に次のような他の研究トカマクの後継です。

• 米国プリンストンのTFTR。
• ジョイント・ヨーロピアン・トーラス(JET)、英国カルハム。
• カダラッシュのトーレ・スープラ。運営チームは 2003 年 12 月 4 日、プラズマ放電を 6 分半にわたって一定に維持し、1,000 メガジュールを超える熱エネルギーを抽出することに成功しました。この放電（この分野の研究者の専門用語ではショック）は、ITERでの使用が計画されている超電導巻線技術と壁要素の能動冷却のおかげで可能になりました。
• 日本のJT-60 は、1998 年に効率 Q > 1 (生成されるエネルギー = 1.25 x 導入されるエネルギー) を達成した最初の (そして現時点で唯一の) トカマクです。

科学的および技術的な問題

高速中性子

日本のノーベル物理学賞の小柴昌俊氏は、高速中性子が引き起こす問題を考慮して留保を表明している^{[ 7 ]} 。 「ITERでは、核融合反応により、これまでに到達したことのないレベルである14MeV（メガ電子ボルト）の高エネルギー中性子が生成される。[…]科学者たちはすでに低エネルギー中性子の操作実験を行っていますが、これらの 14 MeV 中性子はまったく新しいものであり、現時点では誰もそれらを操作する方法を知りません (…) S. 「彼らは 6 か月ごとに吸収体を交換する必要があります。これは、操業停止を引き起こし、追加のエネルギーコストにつながります。」

Richard Majeski ^{[ 8 ]}と彼の共同研究者は、中性子束をサポートする方法を発表しました^{[ 9 ]} 。この方法は、固体である第 2 バリアを保護することを目的とした、液体リチウムの第 1 バリアで構成されます。この方法は、プリンストン大学の PPPL 研究室^{[ 10 ]}にある電流駆動実験アップグレード(CDX-U) 試験炉での実験に成功しました。反応炉の性能も向上し、プラズマ内の電流を維持するための電圧が4分の1になった^{[ 11 ] [ 12 ]} 。

ピエール・ジル・ド・ジェンヌ氏は、既存の試作機とITERの間の規模の変化は制御されておらず、それがエネルギーを供給できるという証拠さえないと断言し、 「超伝導金属についてはよく知っているので、それらが非常に壊れやすいことは知っている。したがって、水爆に匹敵する急速な中性子束にさらされたプラズマを閉じ込めるために使用される超電導コイルが、そのような原子炉の寿命全体（10年から20年）にわたって抵抗する能力を持っていると信じるのは、私には狂気のように思えます。 」 ^{[ 13 ]} 。

レビュー

ITER プロジェクトの批判者の中には、核融合ではエネルギーを工業的に生産することは決してできないと主張する人もいます^{[ 14 ]} 。したがって、ITER 研究プロジェクトは原子力産業に間接的に資金を提供する手段となるでしょう。研究者のアンドレ・グスポナー氏とジャン＝ピエール・フルニ氏は、ITERは軍にとって良い取引になると断言している。ITERが稼働すれば、カダラッシュのサイトには2kgのトリチウムが永久​​に残り、年間約1.2kgの流量になる。トリチウムをドープした数百個の核弾頭の兵器庫に電力を供給するのに十分な量である^{[ 15 ]} 。

他の反対派は、将来のエネルギー源としての核融合のメリットに疑問を投げかけることなく、技術的な理由でITERを非難している。元研究大臣クロード・アレグルは、 「成功の可能性がほとんどない」 「名誉あるプロジェクト」を非難した^{[ 16 ]} 。

1991年にノーベル物理学賞を受賞したピエール＝ジル・ド・ジェンヌによれば、「ITER計画は政治的イメージを理由にブリュッセルによって支援された（…）核融合炉は同じ場所にあるスーパーフェニクスとラ・アーグの両方の再処理工場である」 ^{[ 17 ]} 。元 CEAエンジニアとして、彼は ITER 実験炉と、プラズマの不安定性、熱漏れ、超伝導金属の脆弱性などのプロジェクトの複数の困難に関して多くの懸念を抱いています。

物理学者たちは原子力に好意的ではあるが、「技術的障害」が取り除かれていない中で ITER を建設するのは時期尚早であると考えている。私たちは箱の作り方を知らない」と高等師範学校の物理学者セバスチャン・バリバール氏は述べている^{[ 18 ]} 。

他の批評家は、地震の危険性を理由に、カダラッシュの場所の選択に疑問を抱いています。カダラッシュは、フランスで最も活発なエクス・アン・プロヴァンス – デュランス断層に位置しています。日本が提案した場所はさらに耐震性が高かった。

ITERに関する批判

• 熱核爆弾の製造に必要な材料である数キロのトリチウムの存在。 「水爆」技術は非常に複雑であり、ITERの技術とは全く異なりますが、トリチウムの製造は核兵器の拡散の危険を引き起こす可能性があります^{[ 15 ]} 。
• トリチウムは短寿命の放射性元素ですが、その危険性は、誤って放出されるとあらゆる場所に拡散し、重大な労働災害の危険性を生み出すという事実によって生じます。
• 小柴昌俊教授が前述したように格納室が急速に劣化すると、定期的な交換が必要となり、大量の放射性廃棄物が発生する。
• 特にエネルギー管理や再生可能エネルギーの他の研究分野を犠牲にした多額の投資。

ITERの実現可能性に対する批判

物理学者のセバスチャン・バリバール、イブ・ポモー、ジャック^{・トレイナー}によれば、工業規模で核融合炉を実現するには、まず次の 3 つの問題を解決する必要があるとのことです。

• 融合反応、特に自立反応の制御。
• トリチウムの大量生産。
• 閉じ込めエンクロージャ用の中性子束（核融合によって生成される）に耐性のある材料の発明。

ITER トカマクは最初の問題のみに対処します。国際核融合材料照射施設は、14 MeV 中性子に対する 材料の耐性を研究するプロジェクトに含まれていました。

一部の批判は、反対派によれば事実上成功する見込みのない研究プログラムにそのような予算を投資することの利益に焦点を当てている。

環境への影響

グリーンピースのフレデリック・マリリエはこの計画を非難し、 「核融合は、放射性廃棄物の生成や核事故と核拡散のリスクなど、核分裂と全く同じ問題を引き起こす」 ^{[ 20 ]} 。