核融合プラズマを加熱する
「ジャイロトロンシステム」を開発

「核融合反応」を用いた次世代エネルギー開発に注目が集まっている。核融合発電においては、小さな原子核同士を融合（フュージョン）させて、より大きな原子核をつくる過程で放出される莫大なエネルギーを取り出す。ここで得られるエネルギーを「フュージョンエネルギー」と呼んでいる。小さな原子核を衝突・結合させる「フュージョンエネルギー」は、大きな原子核を分裂させる原子力発電（核分裂）の仕組みとは正反対のものになる。

「フュージョンエネルギーは発電の過程で二酸化炭素（CO₂）をまったく排出しません。燃料として使うのは海水にも含まれる水素同位体で、深刻な放射線リスクを生む可能性は極めて少ない。これが実現すれば、さまざまなエネルギー問題が解決することになります」

　そう語るのは、京都フュージョニアリング株式会社のシニアリサーチャー小林暁さんだ。同社は、フュージョンプラントの周辺機器・システムを専門に開発する京都大学発のスタートアップ企業だ。

　フュージョンエネルギー自体は100年以上前から研究されている反応だ。なかでも現在、最も実現が近いとされるのが、重水素（D）と三重水素（T）を使う「DT反応」だという。水素の仲間（同位体）である重水素と三重水素の原子核が融合する過程でヘリウムと中性子ができる。この反応を人工的・継続的に起こしてエネルギーを取り出すためには、燃料となる核融合プラズマを緻密に加熱・制御し、エネルギーを効率よく回収する必要がある。小林さんは、核融合プラズマを加熱するための「ジャイロトロンシステム」を開発している。

「ジャイロトロンシステムは、フュージョンエネルギーを生み出すために必要な核融合プラズマを加熱する装置で、電子レンジのような役割を果たしています。電子レンジは、電力をマイクロ波という電磁波に変え、それを物体に照射することによってものを温めます。一方、ジャイロトロンシステムは、電子レンジより約2,000倍強い電磁波をつくり出して、炉内の核融合プラズマを1億度以上まで加熱します。ジャイロトロン本体は、約3ｍの高さの管で、中は真空になっています。この装置で電磁波をつくるためには、専用の強力な電源・磁石・電磁波の通り道（導波管）・冷却設備などが必要になります。電子レンジに比べてすべてが強力で大きく、かつ繊細な機器なので、私を含む多くの技術スタッフが専門性を活かしてジャイロトロンシステムの開発・製作・試験に携わっています」

フュージョンエネルギーを生み出すために必要な核融合プラズマを1億度以上まで加熱するジャイロトロンシステム

DT反応

素粒子物理学の最先端研究を経て
フュージョンエネルギーの世界へ

　小林さんは、東京大学理学部物理学科を卒業後、大学院の修士・博士課程では東京大学素粒子物理国際研究センターに在籍し、素粒子実験の研究を続けてきた。スイスのポールシェラー研究所（PSI）で、「ミューオン」という素粒子の性質を調べるMEG II実験という国際共同研究に参加するため、6年間スイスに滞在していたこともあるという。

「MEG II実験では非常にいい経験をさせてもらいました。ノーベル賞級の物理現象を見つけるために各国から優秀な研究者が集まる中で自分の能力を磨くことができたのは好運でした」

　博士号取得後は、海外の研究機関でポスドク（博士研究員）として研究を続けることを考えていたが、そのタイミングでコロナ禍が世界を覆うことに――。進路を再考するなかで、自分の専門性の活かせる次世代エネルギー源として、フュージョンエネルギーを意識するようになり、学生インターンを経て、京都フュージョニアリングに入社した。

「入社後は、主に2つの領域を担当しています。1つ目は、ジャイロトロンシステムのシミュレーション研究および設計です。学生時代から実験結果の解析のためにプログラミングを行っていましたし、素粒子のシミュレーションの経験もあったので、学生時代の経験を大いに活かすことができています。2つ目は、ジャイロトロンの調整および試験です。ジャイロトロンシステムは非常に大規模な電力を電磁波に変える装置で、電源を正しい順序で動かさないと動きません。もともと学生時代から光検出器の検出回路などに触れた経験があったので、電気主任技術者の資格を取るなど入社後にも勉強を重ねながら、業務を行っています」

　京都フュージョニアリングでは、小林さんが担当する「プラズマ加熱システム（ジャイロトロン）」のほか、トリチウムなどの燃料を炉心から排気・分離・循環させる「燃料サイクルシステム」、フュージョンプラントから熱を取り出す「熱サイクルシステム」の全体設計など、さまざまな研究・開発を行っており、その技術力は世界的に注目されている。
近年、フュージョンエネルギー開発の世界では、ジャイロトロンシステムによる加熱の重要性がより強く認識されるようになっているという。世界を変える可能性のあるフュージョンエネルギーを支える核心技術のひとつに携われることは、小林さんにとって大きなモチベーションになっている。

「私の人生の目標は、世の中を変えるような発見・イベントに立ち会うことです。研究者・技術者として、フュージョンエネルギーの実現に少しでも貢献できればと思っています」