中国の「人工太陽」EASTが不可能とされていた「プラズマ密度限界」を超えるトカマク実験を報告：核融合発電の実用化に大きな前進

2026年1月1日、新年の幕開けとともに、エネルギー科学の歴史における記念碑的な論文が学術誌『Science Advances』に掲載された。中国科学院合肥物質科学研究院（HFIPS）が運用する全超伝導トカマク型核融合実験装置「EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）」、通称「人工太陽」が、長年核融合発電の実用化を阻んできた「不可侵の壁」を打ち破ったのだ。

その壁の名は「グリーンワルド限界（Greenwald limit）」。

聖域への挑戦：なぜ「密度」がそれほど重要なのか

ローソン条件と出力の法則

核融合反応によって得られる出力（Power）は、プラズマ密度の二乗に比例して増加する。つまり、密度を2倍にできれば、出力は4倍になる計算だ。よりコンパクトな炉で、より効率的にエネルギーを生み出すためには、高密度化が最も効果的な近道なのである。

立ちはだかる「グリーンワルド限界」の壁

EASTが成し遂げた「不可能」の証明

今回、華中科技大学のPing Zhu教授と、中国科学院のNing Yan准教授らが率いる研究チームは、この定説を覆す実験結果を提示した。

実験の核心：限界の1.65倍へ成功の鍵：ECRHと初期ガス圧の精密制御

高めの初期中性ガス圧力（Prefilled Gas Pressure）：プラズマ放電を開始する前の真空容器内に、通常よりも高い圧力で重水素ガスを充填した。
電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）アシスト：プラズマの立ち上げ時に、強力なマイクロ波（ECRH）を照射し、効率的な加熱と電流駆動を行った。

理論的背景：プラズマと壁の「自己組織化」

この実験結果を支えているのが、「プラズマ-壁自己組織化（Plasma-Wall Self-Organization: PWSO）」という新しい理論枠組みである。

従来のパラダイム：不純物の悪循環新しいパラダイム：高密度が生む「遮蔽効果」

研究チームが初期条件を最適化した結果、プラズマ密度が高まるにつれて、ダイバータ（炉壁の一部）付近のプラズマ温度が逆に低下することが確認された。温度が下がると、プラズマ粒子が壁に衝突する際のエネルギーも低下する。その結果、壁の金属原子（タングステン）が弾き飛ばされる「物理スパッタリング」が劇的に抑制されたのである。

つまり、「密度を高くすればするほど、壁との衝突が穏やかになり、不純物が減ってプラズマが清浄に保たれる」という、好循環（自己組織化）の状態に入ったのだ。これが、グリーンワルド限界を超えてもプラズマが安定し続ける物理的理由である。

科学的意義と未来への影響

1. ITERおよび次世代炉の性能向上 2. 「不純物問題」の解決策 3. ステラレータとの類似性

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論文

Science Advances: Accessing the density-free regime with ECRH-assisted ohmic start-up on EAST

参考文献

ScienceDaily: China’s “artificial sun” just broke a fusion limit scientists thought was unbreakable

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