革新的な加速器技術を導入することで、フュージョンエネルギー開発に変革をもたらします。高エネルギーかつ高出力のアンペア級ビーム加速器技術を確立することで、大量の中性子発生を可能にし、核融合炉材料の開発を加速します。また、自動サイクロトロン共鳴加速器を用いてイオン入射・加熱を行い、小型核融合炉の成立性を検証します。これにより、燃料自給可能な社会、高レベル放射性廃棄物を増やさない社会、フュージョンエネルギーと共存する社会、そして深海や惑星間移動などの未踏空間での活動を支援する未来を目指します。

革新的な高温超伝導線材の量産技術や、中性子照射耐性を有し、外乱に対しても安定で、運転に液体ヘリウムを必要としない超伝導マグネット技術を確立することで、核融合炉への高温超伝導の適用を早期に実現し、核融合炉の小型化や経済性の向上を図ります。そのために、40テスラ級の高温超伝導コイルならびに大容量導体を実証します。また、医療・モビリティ－など核融合以外の分野への波及効果を促進し、日本の超伝導技術の国際的な優位性と人材育成を実現します。

フュージョンエネルギーシステムの設計や性能試験をデジタル空間で実現するため、バーチャルラボラトリ（仮想実験室：Vラボ）を構築します。さらに、Vラボでの性能予測の精度を飛躍的に高めるため、「フュージョンデータスペース」（デジタル空間上の超巨大仮想図書館）を新たに創設します。これにより、多大な時間とコストを要する試作機の開発や性能試験などのプロセスを大幅に削減し、多様なフュージョンエネルギーシステムのコスト削減と早期実現を目指します。

ミュオン触媒フュージョンは、ミュオンと呼ばれる素粒子を用いて核融合反応を促す技術です。極端な高温・高圧といった炉心の極限環境を必要とせず、既存の技術基盤と親和性が高い点が特長です。本プロジェクトでは、1個のミュオンによる核融合反応効率を飛躍的に高めることで、エネルギー収支が成立する高効率なミュオン触媒核融合の技術開発に取り組みます。2050年には、分散型電源や中性子源など多面的な活用を通じて、地球環境と調和した持続可能な社会の実現に貢献します。

超高温プラズマとその生成・維持システムの複雑な現象を理解するため、数理科学とプラズマ物理学が協力し、フュージョン分野の課題や豊富な実験データ、数値シミュレーションを基盤として、フュージョン分野に数理科学の新たな概念と方法論の創出に挑戦します。フュージョン分野の中核的な課題を数理的に定式化することから始め、概念の再定義や方法論の破壊的イノベーションを通じて、フュージョンエネルギーの早期実現と未来の核融合装置の性能や安全性の向上に貢献します。

惑星の磁気圏に類似し、単純な装置構成で安定して生成・維持できるダイポール磁場という仕組みを基盤として、中性子源の実現を目指します。また、その応用として反物質科学の学際的な展開にも取り組みます。そのために、強磁場化した超伝導ダイポール装置を用いて、イオン加熱と中性子発生の成立性を実証し、核融合中性子源としての工学的基盤を確立します。これにより、フュージョンエネルギーの多角的利用と、将来の先進核融合実現に貢献します。

フュージョン燃料の国産化と安定供給を実現するため、高効率・低コストの同位体分離技術の確立に取り組みます。そのためには、同位体分子・イオン間に生じる微小な量子効果を鋭敏に認識する吸着剤やイオン交換体を開発し、これらを用いた革新的な同位体分離システムの実現を目指します。これにより、フュージョンエネルギーのベースロード電源としての社会実装が加速するだけでなく、重水素の高付加価値材料への応用やLiイオン電池における資源循環型社会の実現にも貢献します。

核融合炉をコンパクトにしつつ、十分な核融合出力に必要なプラズマ体積を確保するため、コンパクトで画期的な燃料増殖ブランケットの実現を目指します。これにより、ITERサイズの核融合炉であっても、商業炉として成立する核融合出力と安定性が期待でき、さらにプラント全体でのトリチウム保有量を低減できます。この燃料増殖ブランケットの設計を世界標準にすることで、全世界におけるフュージョンエネルギーの社会実装の加速に貢献します。

レーザーフュージョンをエネルギー源として実用化するため、パワーレーザーの高繰り返し化に注目し、光エネルギーを空間に蓄積する新しい方式のパワーレーザー「OECレーザー」を開発するとともに、レーザー照射、燃料供給、計測、解析、シミュレーションを統合した自律型研究システム「OASIS」の構築を目指します。OASISを活用することで、フュージョン発生条件の最適化を高速に進め、技術・知見を体系的に蓄積し、レーザーフュージョンの実現に貢献します。

青紫色半導体レーザー技術を応用し、慣性核融合の実現に向けて高効率レーザードライバーの確立を目指します。素子レベルで連続発振時に50%以上の高効率が期待できる青紫色半導体レーザーの短パルス化と高出力化に取り組み、フュージョン燃料を圧縮する高強度レーザーを発生させるために必要な電力を大幅に低減します。これにより、従来は100倍程度が必要だったエネルギーゲインを20倍程度まで引き下げ、慣性核融合によるエネルギープラントの実現を目指します。