プラズマ核融合、プラズマ物性、宇宙・天体プラズマから、ミュオン科学、反物質プラズマ、量子多体系まで、ミクロからマクロスケールにまたがる多様な荷電粒子の集団現象に関する研究を推進するためには、多体粒子系の集団現象をいかに計測・制御し、対象とする科学の本質を抽出するかが重要となる。そこで、本ユニットのコンセプトを「多様なエネルギーレベルを有する荷電粒子群の集団的特性を理解し、その特性を利用して荷電粒子群を制御・応用すること」と定める。このコンセプトに基づき、プラズマ・核融合科学実験を始めとする様々な最先端装置で培われてきた計測・制御技術のさらなる高度化および新技術の開発を図る。物理学、工学、数学など様々な科学分野を横断する自然科学の新たな展開を探求し、常に広い視野を持って異分野連携・融合を進める場を創出することを目的とする。

本ユニットでは、プラズマ・核融合科学分野をはじめとして、最先端の学術的知見（プラズマ物理・応用工学、ビーム物理・工学、光・レーザー科学、原子分子科学、電気電子工学〔電力工学・電磁波工学を含む〕、材料工学、極低温物理・超伝導工学など）およびこれらに関連する極限技術（真空技術、プラズマ・荷電粒子の生成・閉じ込め・輸送・制御技術、粒子・エネルギー循環技術、高電圧技術、レーザー技術、電気・電子・電力・電磁波技術、超伝導技術、各種検出・計測技術、放射線取扱技術など）を集約し、荷電粒子群の制御装置のさらなる高度化を着実に進めると同時に、これらの基盤学問分野および技術の発展にも寄与する。他分野との連携・協奏を通じて自然科学の深化に質的変化をもたらすとともに、新たな展開を追究する。

　本ユニットでは、NIFSを始めとした国内外にあるプラズマ装置を目的達成のためのアプローチの対象とする。すなわち、本ユニットはNIFS内外の幅広い分野の人材から構成される。現段階で実施が計画されている個別のアプローチ（研究テーマ）は、中性粒子ビーム入射装置（NBI, Neutral Beam Injector）、反物質プラズマ、ミュオンと核融合科学の融合、電気推進機、高周波（RF）加熱である。NBIおよびRF加熱の研究拠点はNIFSに、他の3つの研究テーマはNIFS外に研究拠点をもつ。

1. NBI
　NBIでは、ITERやDEMO用NBIの開発に資する学術基盤（RF負イオン源の高発散角ビームの起源とビーム発散角最小化制御、負イオン源における粒子循環・輸送の探求と一様・高ビーム電流密度・低ビーム発散角・低ガス圧・定常RF負イオン源のCsレス化、高ビーム電流密度定常Csフリー負イオン源に向けた学理と実証、光中性化の原理検証、アンペア級ビームの高周波空洞加速による高エネルギービーム化の原理検証等）や派生研究（ペアイオンプラズマ物性の実験研究等）を行う。

2. ダイポール磁場装置と反物質プラズマ
　ダイポール磁場によるプラズマ閉じ込めを基盤として、フュージョンエネルギーの多角的利用を拓く中性子源の実現と、その応用としての反物質科学の学際展開を進める。反物質プラズマでは、核融合プラズマの閉じ込め配位として開発されたミラー磁場や磁気浮上ダイポールを反物質の閉じ込め装置として活用し、大強度陽電子ビームの高効率捕獲により、陽電子と電子とのペアプラズマとしての同時閉じ込めを実証するとともに、生成した電子・陽電子プラズマの分散関係や安定性を実験的に調べることで、質量対称性が規定するペアプラズマ特有の集団現象を明らかにする。

3. ミュオン科学とミュオン核融合
　ミュオン触媒フュージョン（µCF）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ある。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ある。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（Advanced µCF）の科学的基盤の構築に取り組む。また宇宙ミュオン応用（宇宙線ミュオンを利用した宇宙天気予報）を行う。

4. 電気推進機
　電気推進機（プラズマ宇宙推進機）では、kW～MWを包括した磁気ノズルヘリコンプラズマ推進機の学理基盤構築（推力発生および推進機動作に関連する定常的な現象から、不安定性・乱流現象を含む動的挙動を包括したプラズマダイナミクスの理解等）と高性能化開発（高性能化に資するプラズマ発生・制御技術、乱れによる粒子輸送や自発的な構造形成の制御法を開拓等）を実施する。得られる技術の応用開拓を進め、スペースデブリ除去や宇宙プラズマ室内実験等への展開、地上産業との連携開発、宇宙プラズマ現象のシミュレーション実験を進めることでダイバーシティを推進する。