Q値とは？核融合の「もうけ」を表す数字

「核融合で点火した！」というニュースで必ず出てくるQ値。核融合が"もうかっているか"を表す、いちばん大事な数字です。

Q ＝ 出てくる ÷ 入れる

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核融合を起こすには、まずプラズマを加熱するエネルギーを入れます。そして核融合で出てくるエネルギー。この比がQ値です。

• Q < 1：入れた方が多い（赤字）
• Q = 1：とんとん（損益分岐点、ブレークイーブン）
• Q > 1：出てくる方が多い（黒字）

実用にはQ＞1では足りない

目標値の例

ちなみに「プラズマだけで見たQ」と「装置全体で見たQ」は別物。ニュースを読むときは、どちらのQかに注意すると正確に理解できます。

もう少し詳しく（背景）

Q値は、核融合の成績を測るいちばん分かりやすい指標で、「核融合で得られたエネルギー ÷ プラズマを加熱するために入れたエネルギー」です¹。Q＝1が、入れたぶんと同じだけ返ってきた状態で「ブレークイーブン（損益分岐点）」と呼ばれます。Q＝10なら、10倍のエネルギーが取れたということ。そして究極が、外から加熱しなくても核融合の熱だけで反応が続く「点火」の状態です²。2022年、アメリカのレーザー核融合施設NIFが、投入したレーザーのエネルギーを上回る核融合出力（Q＞1）を史上初めて達成し、大きなニュースになりました。ただし、ここで注意したい落とし穴があります。この「Q」はプラズマに入った熱に対する比であって、発電所全体の効率とは別物だということ。加熱装置の効率や、熱を電気に変える際の損失を含めると、実際に電気を売れる正味の出力を得るには、もっと高いQが必要になります³。だからニュースで「Q＞1達成」と聞いても、それは「発電できた」という意味ではなく、あくまで科学的なマイルストーン。この区別が、核融合の進捗を正しく読むうえで重要です。

つぎに読むなら

• なぜ難しい？点火の3条件
• ITER計画
• レーザー核融合

Footnotes

1. Q＝核融合出力÷加熱投入エネルギー。Q=1がブレークイーブン、Q=10で投入の10倍、Q→∞が点火（自己加熱で持続）。核融合の到達度を示す代表指標。 ↩

2. 点火は、核融合で生じたエネルギーだけでプラズマの高温を維持できる状態。外部加熱が不要になり、発電炉の理想だが、達成には非常に高い性能が要る。 ↩

3. このQは「プラズマに入った熱」に対する比で、施設全体の効率とは異なる。加熱効率や熱→電気の変換損失を含めると、売電可能な正味出力にはより高いQが必要。 ↩