- 日本 Helical Fusion の超伝導磁石設計が正式に検証された。
- UROCOIC 構造設計により、内部材料の負荷による損傷が回避される。
- テストコイルが高電流下で動作し、クエンチ現象は発生しなかった。
- テストが成功すれば、商用核融合発電所の建設が進む。
日本企業 Helical Fusion が開発した高温超伝導磁石の設計が、同業審査研究により正式に検証された。この研究成果は、IOP Publishing が発行する学術誌『Journal of Physics: Conference Series』に掲載された。論文では、同社の UROCOIC と呼ばれる導体に関する実験室データが公開されており、このデータは第 38 回国際超伝導シンポジウム（International Symposium on Superconductivity）で最初に発表されたものである。
今回の論文発表は、同プロジェクトが文部科学省（MEXT）の SBIR プログラム第 3 段階の公式審査を通過した時期と重なった。研究は、核融合エネルギーの主要な技術的課題に焦点を当てている。ステラレーター型原子炉は、磁場を用いて極高温のプラズマを閉じ込めるが、らせん状のステラレーターには、3 次元の幾何学的形状が複雑な超伝導コイルが必要であり、高電流容量と電磁負荷に耐える機械的安定性の間でバランスを取る必要がある。
UROCOIC 構造設計の紹介
この難題を解決するために、エンジニアリングチームは UROCOIC 構造を設計した。この名称は「Unitized Reinforcing Outer Cover On Internal Components」の略である。この設計では、外部の金属カバーが内部の超伝導テープを包み込み、外層が物理的な応力を直接吸収することで、内部の精密な材料が負荷によって曲がったり破損したりするのを防ぐ。実験では、日本の製造パートナーが UROCOIC 導体を使用して「ダブルパンケーキコイル」（double-pancake coil）と呼ばれるテスト磁石を作成し、このコイルの各層間には従来の電気絶縁材料が使用されなかった。
一般的な超伝導磁石では、絶縁層が局所的に加熱されると熱が蓄積され、「クエンチ」（quench）と呼ばれる突発的な故障を引き起こす可能性がある。絶縁層を排除することで、熱と余分な電流が過熱点を迂回できるようになり、損傷を防ぎつつシステムの安定性を維持することができる。
テスト結果による安定性の確認
Helical Fusion と日本の核融合科学研究所（National Institute for Fusion Science）の研究者は、テストコイルを専用の低温容器内に設置し、システムを 10 K（-263°C）まで冷却し、最高 30 K（-243°C または -405°F）の温度で動作させた。その後、チームは 7 テスラの外部背景磁場を印加し、テスト磁石自体に最大 8.9 テスラの磁場強度をかけた。テストコイルは 40 キロアンペアの電流で連続動作し、クエンチ現象や超伝導状態からの離脱は発生せず、電流と磁場の相互作用によって生じる 356 キロニュートン/メートルの物理的力も受け止めた。
外部磁場が突然変化しても、未絶縁コイルは安定性を維持し、コイル巻線内の電流調整速度に関する重要なデータを提供した。このテストは、導体が動作中の核融合装置によって生じる力に耐えられるかどうかについての直接的な実験的証拠を提供した。
将来の核融合計画の見通し
Helical Fusion はこの磁石技術を次の実験装置 Helix HARUKA に適用するつもりである。テストが成功すれば、同社は導体の規模を拡大し、フルスケールの商用核融合発電所 Helix KANATA に適用する。この発電所は 2030 年代に完成する予定である。Helical Fusion の共同創業者兼副技術ディレクターである Junichi Miyazawa は、チームが Helix 計画を推進し、関連技術を Helix HARUKA に統合して、らせん状のステラレーターに基づく世界初の商業的に実行可能な核融合発電所の実現を目指していると述べた。
項目 仕様 最低動作温度 10 K（-263°C） 最高動作温度 30 K（-243°C / -405°F） 外部印加磁場 7 Tesla テスト磁石が受ける最大磁場 8.9 Tesla 連続動作電流 40 キロアンペア 受ける電磁力 356 キロニュートン/メートル
超伝導磁石技術が核融合に与える影響
日本企業 Helical Fusion の超伝導磁石技術の突破は、核融合エネルギーの発展に新たな可能性をもたらした。UROCOIC 構造の設計は、高電流動作における材料の安定性の問題を効果的に解決しており、これは核融合反応炉の商業化にとって非常に重要である。成功したテスト結果は、この技術の信頼性を証明しただけでなく、将来の核融合発電所の建設への道を開いた。Helix HARUKA のさらなる発展とともに、この技術は世界初の商業的に実行可能な核融合発電所の核となる可能性があり、エネルギー転換と持続可能な開発に深い影響を与えるだろう。