プラズマ加熱の原理

D-T核融合反応を持続させるには、プラズマを約1億度（10 keV）以上に加熱する必要があります。量子力学的トンネル効果により、クーロン障壁を完全に越えるエネルギーがなくても反応は起こりますが、十分な反応率を得るには高温が不可欠です。

オーミック加熱

トカマクでは、中心ソレノイドの磁束変化によりプラズマ電流が誘導され、電気抵抗によるジュール熱でプラズマが加熱されます。しかし、プラズマの電気抵抗率（スピッツァー抵抗率）は温度の3/2乗に反比例するため、高温になるほど加熱効率が低下します。オーミック加熱のみで到達可能な温度は2-3 keV程度であり、核融合には追加熱が不可欠です。

中性粒子ビーム入射（NBI）

高エネルギーの中性原子ビームをプラズマに入射し、プラズマ中でイオン化された後、クーロン衝突でエネルギーを伝達する方式です。荷電粒子は磁場で偏向されるため、イオンを加速した後に中性化してから入射します。

正イオン源は50 keV/amu以上で中性化効率が急落するため、ITERのような大型装置では負イオン源（1 MeV級）を使用します。接線入射により電流駆動やプラズマ回転の付与も可能で、MHD安定性や乱流抑制に寄与します。

イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）

磁場中のイオンはサイクロトロン周波数で回転運動します。この周波数帯（数十MHz）の電磁波を入射し、共鳴によりイオンを直接加熱します。単一イオン種では吸収が弱いため、少量の異種イオン（水素やヘリウム3）を添加する少数イオン加熱が一般的です。

電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）

電子サイクロトロン周波数帯（100-170 GHz）のミリ波で電子を加熱します。ジャイロトロンと呼ばれる大出力ミリ波源（1-2 MW級）を使用し、磁場強度に応じた位置で共鳴が起こるため、加熱位置を精密に制御できます。この特性を活かし、新古典ティアリングモード（NTM）の局所的な抑制など、MHD不安定性制御に有効です。

低域混成波加熱（LHW）

イオンと電子のサイクロトロン周波数の中間（1-5 GHz）の電磁波を使用します。電子との相互作用で吸収され、特に電流駆動効率が高い（0.1-0.3 A/W/m2）のが特長です。ただしプラズマ中心部への浸透が困難なため、周辺部の電流分布制御に適しています。

アルファ粒子自己加熱

D-T反応で生成される3.5 MeVのアルファ粒子は磁場に閉じ込められ、クーロン衝突でプラズマを加熱します。アルファ加熱のみで損失を補えれば「点火」となり、外部加熱なしで燃焼が持続します。ITERの目標Q=10は、50 MW投入に対し500 MWの核融合出力を意味します。

各方式の使い分け

NBIとICRHは主にイオン加熱、ECRHとLHWは電子加熱に適します。電流駆動効率はLHCDが最高ですが中心への浸透が困難で、ECCDは局所制御に優れます。実際の装置では目的に応じて複数方式を組み合わせ、ITERでは計73 MW（NBI 33MW、ICRH 20MW、ECRH 20MW）の加熱システムを備えます。