海外企業の核融合炉開発事例

【免責事項】本資料は、作者が求職時の入社試験（選考課題）において、独自のリサーチに基づき作成したレポートです。企業側の公式資料ではなく、個人のスキルを証明するためのサンプルとして公開しています。

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1. 海外企業の核融合炉開発事例 の調査レポート 2025年3月20日 干畑 弘渡 1
2. 目次 • 調査の概要 • 調査対象とその選定方法 • 調査項目 • 事例1: Commonwealth Fusion Systems（米国） • 事例2: TAE Technologies（米国） • 事例3: Pacific Fusion（米国） • まとめ（調査を通しての個人的所感） • 参考文献 2
3. 調査の概要 ・調査レポート提出先: 大手エネルギー企業 戦略担当者様 ・調査レポート作成時期: 3月中旬 ・調査目的: 民間企業による核融合炉開発への参入可能性を検討 するため、海外の私企業による建設・研究事例を分析する。 3
4. 調査対象とその選定方法 上記事例として、以下の3つを調査する。 1. Commonwealth Fusion Systems（米国）[01][02] 2. TAE Technologies（米国）[03] 3. Pacific Fusion（米国）[04][05] これらは、異なる核融合炉の方式*1.を採用している企業を、Web上の核融合スタートアッ プ企業のリストから資金調達額が多い順に3社選び、各社の現在進行中のプロジェクトの核 融合炉を選んだものである[06][07]。 *1. 核融合炉の方式は順番に、トカマク方式, FRC方式, パルス磁気慣性方式 4
5. 調査項目 A. 企業名 B. 研究開発動向 B1. 核融合炉の方式 B2. 現在の目標 B3. 将来スケジュール 5 C. 投資規模 C1. 調達額 C2. 主な投資主 D. 技術的特徴 E. 開発や出資に参入する利点 F. 情報源（リンク先） 各事例毎に以下の項目を調べる。
6. Commonwealth Fusion Systems（米国） B. 研究開発動向 (2025年1月時点)[08][10] • 核融合炉の方式: トカマク方式 • 現在の目標: システム全体のエネルギー 収支の黒字化 • 将来スケジュール: 2027年 上記目標達成 2030年 電力供給開始 6 C. 投資規模[09] • 調達額: 20億米ドル以上 • 主な投資主: Bill Gates（Microsoft 共同創業者） Googleなど D. 技術的特徴[10] 高温超伝導磁石 (HTS) により強力な磁場を形成 し、コンパクトで経済的なトカマク方式を実現。 E. 開発や出資に参入する利点[11][12] 同じトカマク式のITER(国際熱核融合実験)には日立/東芝/三菱重工などが 協力しているので、これらの企業のサポートを得られる可能性がある。 出典[10] 事例1
7. TAE Technologies（米国） B. 研究開発動向 (公表時期不明)[13] • 核融合炉の方式: FRC方式 • 現在の目標: システム全体のエネルギー 収支の黒字化 • 将来スケジュール: 2020年代中盤 上記目標達成 2030年代初頭 商業化 7 C. 投資規模[14] • 調達額: 12億米ドル • 主な投資主: 米住友商事、Googleなど D. 技術的特徴[07] FRC方式は他の方式では到達不能な高温まで加熱できると言われており、その場合、中性子 をほぼ発生させない燃料を使えるため、放射能リスクの低い核融合ができると期待されている。 E. 開発や出資に参入する利点[14] 同社は米住友商事とアジア太平洋市場展開を考えているため、その展開に日本の電力会社が 協働すれば、その技術・知識・インフラで、その展開を加速させることができる可能性がある。 出典[14] 事例2
8. Pacific Fusion（米国） B. 研究開発動向 • 核融合炉の方式: パルス磁気慣性核融合方式 [15] • 現在の目標: システム全体のエネルギー 収支の黒字化[16] • 将来スケジュール[17][18] 2030年代初頭 原型炉（兼実証炉？）導入 2040年代初頭 商用炉導入 8 C. 投資規模[16] • 調達額: 9億米ドル以上 • 主な投資主: Eric Schmidt（Google 元CEO）、Reid Hoffman（LinkedIn 共同創業 者）など D. 技術的特徴[16][19][21][22] 同社のパルス磁気慣性核融合方式は、慣性閉じ込め方式の一種である。この慣性閉じ込め方式 は、現時点で世界最新の成果を出したNIFの実験の方式と同じである。また、同社には、その NIFの実験にかかわった人々が参加しているため、研究の進展への期待度も高い。 E. 開発や出資に参入する利点[20] 会社が事前に定義されたマイルストーンを達成した場合にのみ資金が解放される資金調達方式 出典[15] 事例3
9. • レベル2:システム全体での核融合エネルギー 収支の黒字化 9 システムから取り 出せたエネルギー システム全体が消 費したエネルギー > • レベル1:核融合反応単体でのエネルギー 収支の黒字化 核融合から発生 したエネルギー 核融合燃料に投下 したエネルギー > • 核融合炉開発研究への投資（特に、海外の優良企業の場合）はハイリスク 現在、核融合発電の基本前提である以下の2条件のうち、難しいレベル2を達成 した炉はなく、簡単なレベル1を達成したのも米国の国プロのNIFのみである[21]。 だが、海外の優良核融合スタートアップは現在、多額の投資を受けつつ、レベル 2達成を掲げて研究している。こうした海外企業への投資は、商用化の不確実性が 高く、投資規模も大きいため、短期間での利益回収が困難であると予想される。 まとめ（調査を通しての個人的所感） • 核融合炉開発研究への投資はハイリターン 地球上の化石燃料の総量は有限であり、人類社会の維持・繁栄には核融合発電は 長期的には不可欠である。そのため、商用化実現時の先行者利益は計り知れない。 ⇒ 出資・協力の検討には、この両方の性質の自覚が必須
10. 参考文献1 (各リンクアクセス最終確認: 2025/03/16) [01]A hole in the ground could be the future of fusion power - MIT Technology Review - (https://www.technologyreview.com/2022/02/23/1045122/fusion-power-mit- startup-commonwealth/) [02]Our story - Commonwealth Fusion Systems - (https://cfs.energy/company/story) [03]TAE secures funding for Copernicus fusion research reactor - THE ENGINEER - (https://www.theengineer.co.uk/content/news/tae-secures-funding-for- copernicus-fusion-research-reactor/) [04] A new nuclear fusion startup has raised $900M in Series A funding - Power Engineering - (https://www.power-eng.com/nuclear/a-new-nuclear-fusion- startup-has-raised-900m-in-series-a-funding/) [05]Nuclear Fusion Energy Company Eyeing Alameda Point Property - Alameda Post - (https://alamedapost.com/news/nuclear-fusion-energy-company-eyeing- alameda-point-property/) [06]Nuclear fusion startups - Dealroom.co - (https://app.dealroom.co/lists/25184/list?showGrid=false&showTransactions=fal se) [07]FRC：逆転磁場配位（直線型）第３の核融合方式①(Q&A-24話) - 核融合の先生 - 10
11. 参考文献2 (各リンクアクセス最終確認: 2025/03/16) [08] CFS fusion progress We’ve built more than half of SPARC’s magnet ‘pancakes’. - The Tokamak Times- (https://blog.cfs.energy/cfs-fusion-progress-weve-built- more-than-half-of-sparcs-magnet-pancakes/) [09] Commonwealth Fusion Systems Raises $1.8 Billion in Funding to Commercialize Fusion Energy - Commonwealth Fusion Systems – (https://cfs.energy/news-and-media/commonwealth-fusion-systems-closes-1-8- billion-series-b-round) [10] SPARC_ Proving commercial fusion energy is possible - Commonwealth Fusion Systems- (https://cfs.energy/technology/sparc) [11] ITER - the way to new energy - ITER - (https://www.iter.org/) [12]加速する電力革新、次世代エネルギー「核融合発電」で浮上する銘柄群 ＜株探トップ特集＞ - 株 探ニュース – (https://kabutan.jp/news/marketnews/?b=n202204121024) [13] History of Innovation - TAE Technologies - (https://tae.com/about- us/history/) [14] TAE Technologies Exceeds Fusion Reactor Performance Goals By 250% As Company Closes $250 Million Financing Round, Totaling $1.2 Billion To Date - TAE Technologies - (https://tae.com/tae-technologies-exceeds-fusion-reactor- performance-goals-by-250-as-company-closes-250-million-financing-round- totaling-1-2-billion-to-date/) 11
12. 参考文献3 (各リンクアクセス最終確認: 2025/03/16) [15] Pacific Fusion – Powering a prosperous planet – Pacific Fusion - (https://www.pacificfusion.com/) [16] Introducing Pacific Fusion - Pacific Fusion - (https://www.pacificfusion.com/updates/founders-letter) [17] A High-Profile Geneticist Is Launching a Fusion-Power Moonshot – WIRED - (https://www.wired.com/story/plaintext-pacific-fusion-eric- lander/?mc_cid=30e9981a21&mc_eid=7774218230) [18]核融合実験炉・原型炉・実証炉・商用炉の違いは？（Q&A-23話） - 核融合の先生 - (https://jpscience.info/experimental-demo-reactor/) [19] What’s different about Pacific Fusion’s pulsed magnetic concept - Nuclear Newswire – (https://www.ans.org/news/article-6523/whats-different-about-pacific- fusions-pulsed-magnetic-concept/) [20] Our Investment in Pacific Fusion – General Catalyst - (https://www.generalcatalyst.com/stories/our-investment-in-pacific-fusion) [21] US officials announce nuclear fusion breakthrough - CNN US - (https://edition.cnn.com/us/live- news/nuclear-fusion-reaction-us-announcement-12-13-22/index.html) 12
13. 海外企業の核融合炉開発事例 調査レポート補足資料 2025年3月20日 干畑 弘渡 13
14. 目次 • 核融合発電とは • 核融合の起こし方 • 核融合炉の方式・種類 • 核融合炉開発研究の歴史 • 核融合炉開発研究の4段階 • 核融合スタートアップ企業の出現 14
15. 核融合発電とは • 核融合発電 水素などの軽い原子核を融合させてより重い原子核を作る際に発生する エネルギーを利用し、電力を生成する発電システム[01][02] • １グラムの燃料の核融合反応から発生するエネルギーは、タンクローリー １台分の石油（約８トン）を燃やしたときと同じだけの熱に相当 • 核融合発電を行う核融合炉は「地上の太陽」[03]とも呼ばれ、核融合発電 は将来のクリーン・エネルギーとして期待されている[04]。 出典[02] 出典[02] 15
16. 核融合の起こし方[05] • 核融合反応は、正電荷を持つ２つの原子核を高速衝突させることで起こる。 • ２つの原子核を衝突させるためには、重水素（D）と三重水素（T）を １億度以上の温度に加熱することでプラズマの状態にして、原子核を毎秒 １千km以上のスピードにする必要がある。 16 • 閉じ込め技術 先に起きた核融合反応の結果出て くるエネルギーが他の原子核を過熱 して次の核融合反応のために使われ る（＝自己点火される）ように、核 融合の燃料である原子核を『たくさ ん（高い密度で）』、『一定期間』 一定の領域に閉じ込めておく技術 出典[05]
17. 核融合炉の方式・種類 少なくとも以下の方式が存在する。 1. 磁場閉じ込め方式：磁場により高温プラズマを容器の壁から浮かせ閉じ込める方式。 1. トカマク方式[06]：外部磁場コイルとプラズマ電流の両方を利用し、ねじれた磁場 を生成してプラズマを閉じ込める方式。 2. ヘリカル方式[07]：外部磁場コイルのみでねじれた磁場を生成し、プラズマを 閉じ込める方式。 3. ミラー方式[08]： 2個の円形コイルを並べて同方向に電流を流して生じる磁場 ミラー（磁場の強い領域）によってプラズマを閉じ込める方式。 4. FRC方式[09]：逆方向から発射した2つのプラズマを衝突させるなどして、 ドーナツを横倒しにして中心軸方向に引き伸ばしたようなプラズマ構造を 作り、プラズマを閉じ込める方式。 2. 慣性閉じ込め方式[10] ：レーザー光線などを照射し、原子の塊を極めて小さな領域に 短時間の間圧縮することで核融合を発生させる方式。長時間のプラズマ維持が不要の ため、高温プラズマ閉じ込め技術は不要だが、上記圧縮を繰り返し行う必要がある。 3. 磁化標的核融合方式[11][12]：磁場閉じ込め方式と慣性閉じ込め方式の中間に位置する 方式（恐らく、パルス磁気慣性方式も同じか、ほぼ同じものか、それらの一種） 17
18. 核融合炉開発研究の歴史[04][14][15] • 1958年: 核融合の研究の重要性と困難さゆえに、国際協調の必要性が強 く認識されるようになり、この年の原子力平和利用国際会議で、米、英、 旧ソ連が秘密裏に行っていた核融合研究を一斉に公開。 • 1968年: 旧ソ連でＴ−３トカマク装置でプラズマ閉じ込めの実験が成功し、 以降の1970年代のトカマク方式融合炉の先駆けとなる。 • 1980年代: 欧州トーラス共同研究施設 Joint European Torus (トカマク方 式)の実験が開始され、大型トカマク方式の時代となる。 • 1990年代: ITER（国際熱核融合実験炉）計画などの自己点火を実現する実 験炉建設計画が具体化される時代となる。 • 2022年: 米国 National Ignition Facilityの核融合炉（慣性閉じ込め方式） で、初めて「燃料から発生するエネルギーがレーザー照射による燃料への 投入エネルギーを上回る」核融合反応を確認。 18
19. 核融合炉開発研究の4段階[16] 現在、核融合炉の研究開発は、以下の研究開発の4段階のうち、最初の段階である工学的 実証段階 (実験炉)の段階にあると考えられる[17]。 1. 工学的実証段階 (実験炉) ：核融合によって発生するエネルギーを連続して安 定的に取り出し、核融合炉が発電プラントとして成立することを示す段階。 2. 発電システム実証段階 (原型炉) ：核融合エネルギーを電気エネルギーに変換 して利用できることを示す段階。 3. 経済性安全性実証段階 (実証炉) ：核融合炉が技術的な面はもとより、安全性、 経済性の観点からも十分に魅力的なエネルギーシステムであることを実証する 段階。 4. 実用段階 (商用炉) ：核融合炉の有利な点を十分に発揮し、他のエネルギー源 と競合可能であり、21世紀以降に望まれるエネルギー源として魅力ある発電 システムとして成立する段階。 19
20. 現在の最重要課題[15] 現在、工学的実証段階においての一番重要な達成目標である以下の条件を完全に満たした 核融合炉は存在しない。 • システム全体での核融合エネルギー収支のプラス化 [システムから取り出せる(/た)エネルギー] > [システム全体が消費したエネルギー] しかし、国家・国際協調レベルのプロジェクトで以下は確認されている*1.。 • 核融合反応単体におけるエネルギー収支のプラス化 [核融合で発生したエネルギー] > [核融合燃料に投入されたエネルギー] *1. ここで、上の目標達成時には以下が成り立つと想定される。 • [核融合反応で発生したエネルギー]>[システムから取り出せる(/た)エネルギー] >[システム全体が消費したエネルギー]>[核融合燃料に投入されたエネルギー] 20
21. 核融合スタートアップ企業の出現 • 以下の理由で、核融合炉スタートアップ企業の資金調達が進んでいる[03]。 • クリーンエネルギー投資の活発化：環境問題への関心の高まりにより、ベンチャー キャピタルや投資ファンドが核融合スタートアップに資金を提供。 • 政府の支援：エネルギー安全保障や気候変動対策の観点から、研究開発補助金や税 制優遇措置が提供されている。 • 加えて、以下の発展が、核融合炉発電開発ビジネスをシーズ面から活性化させている。 • プラズマ制御技術[18] • 超電導技術[19] • 炉壁材料技術[20] • レーザー技術[21] • FRC型プラズマ方式の核融合炉[22] ⇒ 核融合炉研究開発は国際協調から国際競争へ移行しつつある[17]。 21
22. 参考文献1 (各リンクアクセス最終確認: 2025/03/16) [01]誰でも分かる核融合のしくみ _ 核融合とは？ - 量子科学技術研究開発機構 - (https://www.qst.go.jp/site/jt60/4930.html) [02]誰でも分かる核融合のしくみ _ 「非常に大きなエネルギー」とは、どのくらいの大きさなの？ - 量子科学技術研究開発機構 - (https://www.qst.go.jp/site/jt60/4935.html) [03]核融合発電を取り巻く足下の動向 - みずほ銀行産業調査部 - (https://www.mizuhobank.co.jp/corporate/industry/sangyou/pdf/mif_244.pdf) [04]核融合研究開発の現状 - 内閣府 - (https://www8.cao.go.jp/cstp/fusion/1kai/siryo3.pdf) [05]誰でも分かる核融合のしくみ _ どのようにすれば核融合反応を起こすことができるの？ - 量子科学技術研究開発機構- (https://www.qst.go.jp/site/jt60/4931.html) [06]トカマク - ATOMICA - (https://atomica.jaea.go.jp/dic/detail/dic_detail_1116.html) [07]最先端ヘリカル型核融合炉のヒミツを解説[Q&A-15] - 核融合の先生 - (https://jpscience.info/advanced-helical-fusion-plasma/) [08]ミラー磁場によるプラズマ閉じ込めとタンデムミラー方式による閉じ込めの改善 - 筑波大学 プラズマ研究センター - (https://www.prc.tsukuba.ac.jp/ja/%E3%82%AC%E3%83%B3%E3%83%9E%EF%BC%91%EF%BC%90%E5%85%A8%E4%BD%93%E5%9B %B3/) [09] FRCとは - LINEA Innovations- (https://linea-innovations.com/technology/frc/) [10]慣性核融合装置の研究開発 (07-05-01-10) - ATOMICA - (https://atomica.jaea.go.jp/data/detail/dat_detail_07-05-01-10.html) [11]ジェネラルフュージョン社における衝撃波磁化標的核融合開発 -J. Plasma Fusion Res. Vol.93, No.1- (https://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2017_01/jspf2017_01-32.pdf) [12] A field-reversed magnetic configuration and applications of high-temperature FRC plasma (https://www.researchgate.net/publication/257854551_A_field-reversed_magnetic_configuration_and_applications_of_high- temperature_FRC_plasma) 22
23. 参考文献2 (各リンクアクセス最終確認: 2025/03/16) [13]Fusion Energy Conference（IAEA主催）の歴史に関する調査 – 核融合科学研究所 – (https://www.nifs.ac.jp/archives/pdf/2007final.pdf) [14]核融合研究開発の経過 (07-05-01-03) – ATOMICA - (https://atomica.jaea.go.jp/data/detail/dat_detail_07-05-01-03.html) [15]アメリカのNIF (National Ignition Facility) で、初めて「燃料から取り出せるエネルギーが投入エネルギーを上回る」核融合反 応が確認される。 - Business Insider Japan - (https://www.businessinsider.jp/article/263281/) [16]核融合動力炉の実用化への開発ステップ - 狛江研究所 - (https://www.denken.or.jp/hokokusho/pb/reportDetail?reportNoUkCode=T97077) [17]核融合研究開発の現状 - 内閣府 - (https://www8.cao.go.jp/cstp/fusion/1kai/siryo3.pdf) [18]1基のジャイロトロンで5つの周波数の電磁波出力を世界で初めて実証 - 京都フュージョン・エンジニアリング - (https://kyotofusioneering.com/news/2024/07/26/2538) [19]世界初の定常核融合炉実現を目指す株式会社Helical Fusion、商用炉に不可欠な常温超伝導導体開発で19kAの通電試験に初成 功 - プレスリリース・ニュースリリース配信サービスのPR TIMES - (https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000010.000089262.html) [20]新開発異種金属接合法を用いた核融合炉用熱負荷機器開発が重要マイルストーンを通過 - 核融合科学研究所 - (https://www.nifs.ac.jp/news/collabo/230309-02.html) [21]Interview レーザー核融合発電で国産エネルギーを創出 - 日本公庫スタートアップ支援ポータルStartupPop - (https://www.jfc.go.jp/n/finance/startuppop/interview/detail0005.html) [22]第3の核融合発電、2024年にも発電開始へ - 日経クロステック - (https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/07822/) 23