托卡马克
磁约束
- 如何实现？
- 外部线圈与等离子体电流共同产生扭转磁场。
- 通往发电的挑战
- 为实现发电，研究电流维持、控制与稳定长时间运行。
- 研究装置示例
- JT-60SA、ITER
FUSION ENERGY GUIDE
什么是聚变能源？
依据一手资料，了解聚变能源的原理、与裂变的区别、燃料、安全性及商业化挑战。从三种技术路线的对比图，进一步探索日本的研究、企业与政策。
聚变能源来自轻原子核结合时释放的能量。太阳也通过核聚变发光，但地面发电设施使用的燃料与维持反应的方法不同。
本指南帮助您理解原理、发电所面临的挑战与产业动向。可继续阅读比较图、术语与解说文章，深入了解具体主题。
依据：QST基础解说 ↓聚变原理及其与裂变的区别
聚变是轻原子核结合的反应，裂变是重原子核分裂的反应。聚变与目前核电站采用的裂变在反应原理上不同。
在使用氘与氚的D-T方式中，包层把反应产生的中子能量转化为热，并传送至发电设备。除了产生反应，还需要把热转换为电能。
来源：QST：基础解读 ／ NIFS：燃料与热回收
燃料是什么？仅靠海水就能发电吗？
D-T方式的燃料是氢的同位素氘与氚。获取氘的资源，与制备可供应反应堆的燃料所需的工序，应区分看待。
自然界中的氚极少。通过锂与中子反应增殖氚，并回收、纯化与再利用的燃料循环，仍有待建立。资源丰富并不意味着燃料能够自动实现稳定供应。
来源：NIFS：燃料与热回收 ／ QST：堆工程
优势、安全与放射性废物的挑战
聚变反应本身不排放二氧化碳，加上燃料资源丰富，有望有助于减碳与能源稳定供应。发电成本及稳定运行仍需进一步验证。
聚变反应需要维持燃料、高温等条件才能持续。它与裂变链式反应的性质不同，停止所需的燃料供应或电源后，反应就会停止。
另一方面，D-T系统需要处理放射性氚、中子与活化的结构材料。除了屏蔽、包容及废物管理，也需要针对高温、强磁场等设备风险采取安全措施。“反应容易停止”不等于“不需要管理”。
来源：日本内阁府：国家战略 ／ QST：堆工程
何时实现应用？实验成果与发电验证
日本以2030年代实现聚变发电验证为目标。这是研发目标，并非确定开始向家庭供电的日期。产生反应、取得净电力，以及经济而持续地供电，是不同阶段。
能量增益数值的意义取决于比较输入与输出时所采用的范围。需要评估整座发电设施，包括加热、冷却等用电、燃料供应、材料寿命与设备更换。
来源：日本内阁府：国家战略 ／ QST：基础解读 ／ QST：堆工程
了解日本的研究、企业与政策
区分研究机构与装置的角色，以及企业供应的设备和技术，有助于理解新闻意义。可从装置、供应链与政策三个方向，了解研究走向产业的路径。
本指南来源与原始资料
- QST：常见问题 ↗
聚变反应、燃料、等离子体与能量增益
- NIFS：燃料循环与能量提取原理 ↗
氘氚路线的热回收、包层与氚增殖
- QST：包层研究开发部门 ↗
燃料增殖、屏蔽、热回收与安全操作技术
- 日本内阁府：聚变能源创新战略 ↗
国家战略、实际部署路径与安全保障的基本原则
以上解说依据公开资料编辑，不表示研究机构的审阅或推荐。各图下方均标明图像来源。
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聚变入门阅读顺序
从原理、方式、研究装置到发电，可从感兴趣的阶段开始。
- 01
理解基本原理
从核聚变释放能量的原理开始。
- 02
比较三种方式
了解托卡马克、螺旋型装置与激光核聚变的差异。
查看可保存的比较图 ↓ - 03
了解装置与研究
了解JT-60SA与ITER各自要研究和验证什么。
- 04
了解通往发电的道路
了解示范堆及整个发电系统所需的技术。
聚变如何发生？三种主要方式对比
比较约束方式与发电面临的挑战。可保存此图，用于说明与复习。
螺旋／仿星器系统
磁约束：仿星器、螺旋管等
- 如何实现？
- 通过外部线圈的三维形状产生扭转磁场。
- 通往发电的挑战
- 约束磁场不依赖大等离子体电流，具有适于稳态运行的性质。复杂磁场与线圈的性能和可制造性需要兼顾。
- 研究装置示例
- LHD、Wendelstein 7-X
激光聚变
惯性约束的一种
- 如何实现？
- 利用激光快速压缩、加热小型燃料靶，在其膨胀前的短时间内产生聚变反应。
- 通往发电的挑战
- 发电需要同时实现高效激光、重复运行，以及靶的制造与注入。
- 研究装置示例
- NIF
本图不表示方式优劣或商业化排名。研究装置成果与发电设施验证属于不同阶段。
保存比较图PNG ↓
FUSION INDUSTRY独立制作的比较图，图中注明来源fusionindustry.jp/learn。
读图说明与补充
- 本图并非涵盖所有方式的分类，而是说明原理的示意图，并非装置设计图。
- LHD为螺旋管装置，Wendelstein7-X为优化仿星器，二者线圈形状不同。
- 托卡马克也开展长时间与稳态运行研究。
- NIF采用间接驱动，这并非所有激光聚变方式共同使用的机制。实现点火与验证发电设施是不同阶段。
聚变能源
核聚变
从聚变反应到供电，分别解释燃料、约束、热量回收和厂内耗电。通过一手资料核实聚变能源的优点、挑战、应用目标及商业化所需条件。
阅读定义与相关信息
QST
日本国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构
QST是量子科学技术研究开发机构的缩写。这一日本研究机构以那珂和六所为基地，承担ITER、JT-60SA及原型堆开发。
阅读定义与相关信息那珂研究所
那珂聚变科学技术研究所
位于茨城县那珂市的QST研究所，推进JT-60SA等离子体研究，以及支持ITER的设备与堆工程研究。
阅读定义与相关信息
六所研究所
六所聚变能源研究所
位于青森县六所村的QST研究所，通过原型堆设计、材料、中子源、包层和燃料研究，将聚变连接到发电系统。
阅读定义与相关信息
ITER
ITER（聚变实验堆）
ITER是正在法国南部建设的国际聚变实验装置，研究燃烧等离子体与装置技术，但不发电或输电。
阅读定义与相关信息JT-60SA
JT-60SA（JT-60超先进装置）
JT-60SA是位于量子科学技术研究开发机构那珂研究所的日欧联合超导托卡马克，承担支持ITER、示范堆等离子体研究及人才培养任务。
阅读定义与相关信息
Q-DEMO
Q-DEMO（ITER规模聚变示范堆概念设计）
Q-DEMO是量子科学技术研究开发机构公布概念设计的ITER尺寸聚变示范堆，拟分阶段验证发电、燃料增殖和稳态运行，并非实机发电实绩。
阅读定义与相关信息
FRC
场反位形
该路线利用称为场反位形的等离子体结构。Helion的磁压缩与TAE的束驱动在运行方式和燃料策略上有所不同。
阅读定义与相关信息
核裂变
聚变使轻原子核结合，裂变使重原子核分裂。本文梳理两者的原理及技术挑战。
阅读定义与相关信息
活化
活化与放射性废物
聚变仍需要管理活化材料和氚。具体条件因路线、材料和燃料而异。
阅读定义与相关信息
串列磁镜
串列磁镜把中央等离子体区与两端塞区连接起来，利用电势差减少粒子流失。了解中央室、端塞和热屏障的区别，以及为什么WHAM不是完整的串列磁镜。
阅读定义与相关信息
激光聚变
激光驱动惯性约束聚变
利用激光压缩、加热微小燃料靶。用于发电时，难点之一是整合高重复频率照射和靶供给。
阅读定义与相关信息
高温超导磁体
采用高温超导材料的磁体
用于产生强磁场的磁体技术。CFS将REBCO高温超导材料用于更紧凑的高磁场托卡马克。
阅读定义与相关信息
磁镜
磁镜利用沿路径增强的磁场，使部分带电粒子反射。了解反射条件、端部损失以及 WHAM 实验装置。
阅读定义与相关信息
磁镜比
镜比比较端部较强磁场与中央较弱磁场。最大磁场相同，镜比也可能不同；单一数字不足以判断装置性能。
阅读定义与相关信息
商业化
聚变能源商业化
不要只比较企业的目标年份，还应看计划验证什么、目前处于哪个阶段。
阅读定义与相关信息
托卡马克
托卡马克磁约束
托卡马克在环形容器内利用磁场约束高温等离子体。涵盖加热、控制和材料的集成设计十分重要。
阅读定义与相关信息
直接能量转换（DEC）
直接能量转换
DEC无需先经过热机，就能回收带电粒子的动能。了解它与磁镜端部排出的粒子流如何配合，以及WHAM演示为何不等于净发电。
阅读定义与相关信息
等离子体增益Q
聚变功率与外部等离子体加热功率之比
等离子体能量增益Q与扣除整座电站耗电后的净电力是不同指标。比较数值前应先确认测量边界。
阅读定义与相关信息
燃料循环
聚变燃料循环
核聚变燃料并不是送入装置后就完成了使命。本文区分D–T系统中未反应燃料的回收、已消耗氚的补充，以及将燃料处理到可再次使用状态的设备与工序。
阅读定义与相关信息
包层
聚变堆包层
在D–T聚变堆中，包层将中子能量转化为热量，并参与氚增殖。热量提取和材料耐久性至关重要。
阅读定义与相关信息
仿星器
仿星器（stellarator）
仿星器如何利用三维磁场约束等离子体？从螺旋线圈与模块化线圈、磁面和旋转变换，到优化、排热及LHD与W7-X的实验成果，逐步理解其优势与通往聚变电站的挑战。
阅读定义与相关信息
损失锥
损失锥表示未被磁镜反射而逃逸的粒子速度方向。它属于速度空间，并不是容器中的圆锥形孔洞。
阅读定义与相关信息每个页面解释一个关键词。机构和装置的术语条目与项目信息共用页面。各时期的新闻与深入分析，请参阅各页面的相关文章。
回顾基础知识
什么是聚变能源？不必先掌握所有缩写，可从原理、方式、装置到发电挑战，选择需要的部分开始学习。
初学者应该从哪里开始？
先了解聚变能源的原理。在本页术语搜索中查找不熟悉的词汇，再阅读感兴趣的方式与装置解说。
聚变与裂变有什么不同？
聚变是轻原子核结合的反应，裂变是重原子核分裂的反应。除反应原理外，还可了解燃料、控制与发电挑战的不同。
ITER与JT-60SA、Q-DEMO有什么不同？
它们的目的与研发阶段各不相同。与其只记住名称，不如关注每个装置或计划要研究、验证什么，从而理解研究通向发电的路径。