エネルギー
安全で実用的な核融合の解明 – 捕捉燃料に関する新たな洞察
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核融合と燃料効率
核融合は、危険な副産物や放射能（唯一の「廃棄物」はヘリウム）や温室効果ガスを排出しない、究極のグリーンエネルギー源になる可能性があります。また、宇宙全体のかなりの割合を占めるほど豊富な燃料: 水素の同位体である重水素です。
しかし、これは実現が非常に困難なエネルギー生成形態でもあります。地球上で太陽の中心部と同様の、莫大な圧力と数千万から数億度という高温を再現する必要があります。
核融合は数十年にわたり物理実験室で実現されていますが、エネルギー収支がプラスになる融合反応はまだ達成されていません。多くの研究者がこれを目指して競い合っており、国際的なメガプロジェクト ITERから、商業的核融合プロジェクトであるCommonwealth Fusion SystemsやProxima Fusionまで様々です。
商業的な実用性は、安定したエネルギー正味のプラズマ生成を達成することだけでなく、プロセス全体の効率にも依存します。
未解決の課題の一つは燃料効率です。重水素はトカマク核融合炉の壁に部分的に吸収されることが知られています。プリンストン大学、カリフォルニア大学、テネシー大学、サンディア国立研究所、そしてGeneral Atomicsの研究者たちがこの問題に取り組んでいます。
彼らは結果をNuclear Materials and Energy1に掲載し、タイトルは「Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface」です。
重水素、トリチウムと核融合
原子が軽いほど、核融合時に放出されるポテンシャルエネルギーが大きくなります。そのため、ほとんどの核融合プロジェクトは水素の同位体を組み合わせることに焦点を当てており、最も一般的なのは重水素‑トリチウム融合です。
出典: Nature
重水素‑重水素融合も可能ですが、技術的な理由から商業的に実現するのはさらに困難と考えられています。そのため、ITERのようなほぼすべての商業プロジェクトやその試作機は、燃料として重水素‑トリチウムを使用することを計画しています。
トリチウムは放射性であり、重水素とは対照的です。そのため、炉内にトリチウムを過剰に蓄積したり、管理を失ったりしたくありません。これは安全上の問題だけでなく、規制上の問題でもあります。
“装置内に存在できるトリチウムの量には非常に厳しい制限があります。その上限を超えると、すべてが停止し、許可が取り消されます。
したがって、稼働可能な炉を持つためには、トリチウムの管理を正確に行う必要があります。上限を超えると、致命的な問題となります。
Alessandro Bortolon – マネージングPPPLのマネージング・プリンシパル研究物理学者 (Princeton Plasma Physics Laboratory)
重水素‑トリチウム燃料は商業用核融合炉で使用される可能性が高いため、燃料に何が起こるかを知ることは非常に重要です。そして、すでにその一部が炉壁に吸収されることが分かっています。
重水素の吸収
核融合炉の壁はグラファイトで作られ、ホウ素でコーティングされています。ホウ素は酸素、炭素、タングステンなどのプラズマ不純物を減らすのに役立ちます。
これらのホウ素コーティング壁がプラズマから一部の重水素を吸収していることは以前から知られていましたが、メカニズムや吸収量は明らかではありませんでした。
この現象を解明するため、彼らはGeneral Atomicsのトカマク核融合炉であるDIII-Dでテストを実施しました。
調査の結果、重水素吸収の原因はホウ素ではなく炭素であることが判明しました。
炭素とホウ素が共同で重水素と非常に強く結合し、結合を切断するには約1,000°F（約540°C）程度の温度が必要となります。そのため、融合システムを損傷させずに燃料を除去することは非常に困難です。
“炭素は最小限に抑える必要があります。ゼロにすることはできませんが、可能な限り炭素量を減らす手段はすべて講じています。
炭素をすべて除去し、クリーンなタングステン壁を実現して、計算がITERで経験されるものにさらに近づくようにしたいです。
解決策の模索
さらに掘り下げた結果、研究者は炭素汚染が少量でもプラズマに曝露すると、捕捉された重水素の量が大幅に増加することを発見しました。
サンプル中に捕捉されたホウ素5単位につき、重水素2単位が捕捉されました。
この現象は温度にも依存します。600,000 K（約1,000,000 °F）以上では重水素の保持が制限され、壁は900,000 Kで重水素を放出します。
しかし、壁コーティングにそのような高温が接触することは材料の長期的安定性のために避けるべきであり、したがって燃料の壁内蓄積を防ぐ実用的な解決策とはなりません。
より現実的な解決策は、炭素不純物が炉壁に入る絶対的な最大量を制限することであり、これまでそれほど重要であることは知られていませんでした。
これはITER炉壁の最終設計と製造に直接的な実用的影響を与えるでしょう。
“ITERおよび将来の装置は、炭素不純物汚染を最小限に抑えて重水素の保持を減らすよう注意すべきです。”
また、壁にグラファイトタイル（炭素原子で構成）を使用する核融合エンジンの実用性や商業的実現性も制限される可能性があります。この実験で使用されたDIII-D融合のように、時間とともにトリチウムが過剰に蓄積し、発電所としての運転許可が得られなくなる恐れがあります。
結論
核融合は徐々に理解が深まっている技術となっており、安定プラズマ持続時間の記録は定期的に更新されています。最新はフランスと中国の共同研究で22分です。
AIの助けにより、核融合は時間とともにさらに効率化が進み、最終的にエネルギー収支がプラスになると考えられます。
技術が商業化に近づくにつれ、燃料蓄積や放射能に関する規制遵守といった新たな課題が浮上しています。実験炉ではこれらの懸念はそれほど大きくありませんでした。
幸いにも、これらの問題は解決に向けて進んでおり、炉に使用される材料の品質最適化が助けになるでしょう。
超伝導性の理解の継続的な向上と組み合わせることで、今後1〜2十年でグリーンエネルギー生成の課題は過去のものになる可能性があります。
核融合企業
現在、核融合を商業的に実用化することだけに専念している企業は上場していません。これらにはHelion、General Fusion (GFUZ ) 、Commonwealth Fusion、TEA Technologies、ZAP Energy、そしてNEO Fusionが含まれます。
Dealroomの専用ページで核融合分野のスタートアップの包括的リストを見つけることができます。
それでも、エネルギー生産から宇宙推進へとコンセプトを転換した形で、核融合分野で活動している上場企業があります: Lockheed Martin (LMT ) 。
LMT 価格チャート
民間のスタートアップがこの分野を支配する中で、唯一の例外として、Lockheed Martin Corporationという防衛産業の大手上場企業があります。
ロッキードは2010年代初頭からCompact Fusionに取り組んできました。これは2020年代に実用化が期待される核融合炉です。しかし、2021年にこのプロジェクトの作業が中止されたことが発表されました。
同社は2021年の公表以降、このプロジェクトについて非常に慎重に情報を扱ってきました。現在でも、何がこのアイデアの放棄を促したのかは不明です。
同時に、完全にコンセプトを放棄したわけではないようで、2024年に融合エンジンを開発するスタートアップ Helicity への投資が顕著です。
この構想は、短時間の核融合バーストで宇宙船を推進することです。Helicityはプラズマガンを使用する計画で、これはGeneral Fusionと同様のアプローチです。潜在的に、ロッキード内部の結果は、エネルギー生産に適合する形で融合を維持できないことを示しています。
しかし、同時に、短時間のバーストが宇宙での推進ニーズに十分であり、実際の製品に近づく可能性はあるのでしょうか？これは同社の航空宇宙・防衛志向の全体的なプロファイルにもより適合します。
核融合プロジェクトに加えて、ロッキード・マーティンは世界最大級の航空宇宙・防衛企業の一つであり、2025年11月に「Lockheed Martin (LMT) Spotlight：防衛と航空宇宙のリーダー」で詳細に取り上げました。
要するに、同社はBlack HawkヘリコプターやF-16といった航空機、さらにF-35、飛行レーダー機、C-5 GalaxyやC-130J Super Herculesといった物流機の開発・製造を手掛けています。
出典: Lockheed Martin
また、同社はウクライナ紛争による備蓄枯渇で極めて高い需要がある、JAASM、Javelin、ATACMS、HIMARSといった米軍の重要ミサイルシステムの製造元でもあります。
ロッキードはオリオン宇宙船の設計、開発、試験、製造の主要請負業者であり、これはアルテミス計画全体で最も議論の少ない部分かもしれません。
同社は他の宇宙プログラムにも積極的で、GOES-R気象衛星、OSIRIS-RExによる小惑星サンプル回収、JUNO木星探査機、そして着用型放射線防護ベストAstroRadなどがあります。
全体として、主要な軍事システムから同等に重要な宇宙・核融合プログラムに至るまで、ロッキード・マーティンは米国イノベーションの最前線に立ち、多くの大手防衛請負業者よりもはるかに鋭い競争力を保っているようです。
Lockheed Martin Corporation の最新情報
研究参考:
1. Shota Abe et al. (2025) “DIII-D分散器表面におけるホウ素化膜の重水素保持挙動”。 Nuclear Materials and Energy Volume 42, 2025年3月, 101855。
