中国の人工太陽HL-3、デジタルツイン活用で新たな核融合実験

中国の新世代トカマク型核融合装置「環流三号（HL-3）」が、デジタルツイン技術を本格的に導入した新たな物理実験を開始しました。核融合エネルギーの実用化をめざす中国の人工太陽計画が、2025年に入りデジタル化という新しい段階に踏み出した形で、国際ニュースとしても注目されています。

中国最大級の核融合装置「環流三号（HL-3）」とは

HL-3は、中国が独自に設計・開発した磁場閉じ込め方式の核融合施設で、現在、中国で最大かつ最も先進的な核融合装置とされています。ドーナツ状の真空容器の中で超高温のプラズマを磁場で閉じ込め、太陽と同じ核融合反応を地上で再現しようとしています。

制御された核融合技術の研究開発を進めるための中核的な実験炉であり、将来の発電実証炉に向けたデータやノウハウを蓄積する役割を担っています。

真空容器の「焼き出し」を見守るデジタルツイン

HL-3の運転で重要な工程のひとつが、真空容器を高温で加熱して内部をきれいにする「ベーキング（焼き出し）」です。壁面からガスや不純物を取り除き、高品質なプラズマを維持できる超高真空環境をつくります。

今回導入されたデジタルツインシステムは、このベーキング工程を監視する「スーパーアイ」の役割を果たします。装置の物理的な構成要素をそっくりそのまま仮想空間に再現し、実機と同期しながらリアルタイムで状態を計算・監視します。

これにより、

真空容器内部の温度や圧力の変化を高精度に把握
異常の兆しを早期に検知し、運転条件を素早く調整
安全マージンを保ちながら効率的にベーキングを実施

といった高度な運転管理が可能になるとされています。

新ラウンド実験のねらいとデジタル化の意味

今回の実験ラウンドでは、HL-3全体の運転能力をさらに高めることが主な目的です。とくにベーキング工程は、高温・高密度のプラズマを安定して発生させるための「下準備」として重要であり、その質がプラズマ実験の成否を左右します。

デジタルツインによって真空容器の状態を詳細にモデリングし、現実の挙動と同時進行で計算・監視できるようになったことで、運転制御の精度と応答性は大きく向上するとみられます。中国核工業集団（CNNC）は、これによりHL-3の安全かつ安定した運転が強化されるだけでなく、装置全体の統合的で知能的な制御への土台が築かれたとしています。

研究チームは今後も、核融合研究におけるデジタルツイン技術の可能性を探り、HL-3の性能向上と核融合エネルギーの応用につなげていく方針です。

国際共同研究を支えるプラットフォームへ

HL-3は、2024年末に国際共同研究に正式に開放されました。2025年には最初の国際共同実験ラウンドが行われ、フランスや日本を含む各国の有力研究機関や大学17機関が参加しました。

この共同実験では、世界で初めてとなる新しい高度な磁場構造が発見され、実現されたとされています。プラズマを安定的に閉じ込める磁場の制御は、核融合研究の核心のひとつであり、新しい磁場構造の実証は、将来の大型核融合炉の設計にも影響を与えうる成果です。

HL-3が持つ大規模な実験能力に加え、今回のデジタルツイン導入が進めば、遠隔からの共同研究や、シミュレーションと実験を組み合わせた高度な国際プロジェクトも進めやすくなります。アジア発の核融合研究プラットフォームとしての役割は、今後さらに高まりそうです。

エネルギー転換時代における核融合研究

地球温暖化対策とエネルギー安全保障が問われるなか、核融合エネルギーは「大量・低炭素・長期的」という潜在力を持つ選択肢として注目されています。一方で、実用化には長期の研究開発と国際的な協力が不可欠です。

中国の人工太陽HL-3におけるデジタルツイン技術の導入は、こうした長期プロジェクトを支える「見えないインフラ」を整える試みとも言えます。複雑な巨大科学装置をデジタル空間で精密に再現し、人間とAIが協力しながら運転を最適化していく流れは、他国の核融合プロジェクトや大型科学施設にも広がっていく可能性があります。

私たちの日常からは遠く感じられる核融合研究ですが、そこで進むデジタル化と国際連携は、数十年先のエネルギー地図を静かに書き換え始めているのかもしれません。ニュースとしてフォローしつつ、自分たちのエネルギーの使い方や将来像もあわせて考えてみたいテーマです。