日本核聚变示范堆：Q-DEMO 与四条民营路线的挑战

发电10秒，连续运行24小时，或每秒一次、连续数天重复反应。日本机构与企业面向2030年代提出的核聚变发电目标，跨度如此之大。这些数字，无一不是有待验证的目标。

通过核聚变反应释放能量，从中提取电力，扣除装置自身的用电，再向外输送。长期运行还需要补充燃料，并在设备受损时进行更换。越接近一座真正的电站，等离子体周围就越会浮现大量制造与工程工作。既要证明所需的核聚变性能，也要让包含热、燃料与维护环节的发电系统成立，两者缺一不可。

Q-DEMO、FAST、Helix KANATA、EX-Fusion、LINEA。对这五个计划来说，“如何引发反应”之外，又多了“如何建造、如何运行”的问题。研究机构、大学、设备制造商与初创企业，各自准备从哪里发起挑战？本文依据截至2026年11月9日的一手资料，梳理它们的路径。技术路线、功率、运行时间与规模，则汇总在后半部分的六张比较表中。

要讨论电站，首先需要分清三个数字。“核聚变功率”是核聚变反应释放能量的速率；“发电端电功率”是发电设备输出的电力；扣除厂内用电后，剩下的才是“净电功率”。

核聚变功率达到200 MW，并不意味着可以向外输送200 MW 的电力。即便运行时净功率已为正，包含启停过程的电能收支、全年的持续供电，仍是后续课题。连接研究装置与电力业务的，不只是功率，还有系统能以何种状态持续多少秒、多少小时。

低碳投资促进机构（GIO）发布的发电示范推进项目补助金资料，呈现了四条民营路线的当前进展。Starlight Engine 与 Kyoto Fusioneering、Helical Fusion、EX-Fusion 与 Hamamatsu Photonics、LINEA Innovations 的四项提案，均以“有条件入选”的状态列出。按照已公布资料的定位，须待审查委员会确认相关条件已获满足后，才会进入正式入选和补助金拨付决定程序。GIO 审查进展及各项目概要

Q-DEMO 背后，是日本在大型装置研究与原型堆设计上的积累。项目以 QST 为核心，研究利用 ITER 技术基础、规模与 ITER 相当的原型堆。这是为尽早实现原型堆而重新审视此前 JA DEMO 方案的延续，并非分别建设 JA DEMO 与 Q-DEMO 的计划。

承担设计工作的“原型堆设计联合特别团队”成立于2015年6月。团队设于 QST 六所研究基地，研究机构、大学与产业界共同推进概念设计及研发，形成全日本协作体系。文部科学省11月9日的参考资料显示，截至2025年11月，参与者共226人，其中产业界109人、大学等机构67人、QST 50人。这一构成，也显示出把研究转化为装置所需参与者的广度。联合特别团队官方介绍／文部科学省参考资料3，PDF 第8页

这项协作也影响了反应堆的尺寸。QST 表示，与产业界讨论制造可行性后，判断若要提前建设，就需要采用与 ITER 相当的规模，而非此前的大型方案。在追求性能的设计与实际可制造的条件之间寻找交点，“全日本协作”的具体内容，也体现在这样的设计判断中。不过，联合设计与研发体系，和未来电站建设、运营主体的确定，仍是两回事。QST 对 Q-DEMO 概念设计的说明

下一个节点，是让设计进一步具体化。文部科学省11月9日的资料提出，计划根据2026财年 C&R（检查与评审）的结果，于2027财年转入工程设计与全尺寸技术开发。能否转入，取决于评审结果。文部科学省参考资料3，PDF 第17页

发电也将通过分阶段改进同一装置来推进。概念设计概要提出，第一阶段以数分钟的短脉冲实现净功率约为零的发电，第二阶段实现30分钟以上运行和燃料增殖，第三阶段实现约100 MW 净电功率的稳态运行。第一阶段的核聚变功率为532 MW，净电功率却为10.7 MW，燃烧时间为347秒。发电端电功率为203 MW，扣除厂内用电后，数字呈现出的图景大不相同。这些均为表1中的概念设计值，并非发电实绩。QST 概念设计概要，表1

要把巨大的反应功率变成可用电力，取热设备、燃料增殖与回收系统、部件更换与维护都必须发挥作用。把能够沿用的现有技术，与需要为发电重新开发的部分连接起来，正是支撑 Q-DEMO 分阶段开发的工作。其基本构成可参阅Q-DEMO 入门。

FAST 是 Fusion by Advanced Superconducting Tokamak 的缩写。这一高温超导托卡马克计划由 Starlight Engine 推进，Kyoto Fusioneering 也参与联合体。项目一面利用高温超导实现小型化，一面推进发电所需反应堆工程技术的集成。

计划列出两种运行条件。发电示范以200 MW 核聚变功率、2 MW 净电功率运行10秒；基本运行则以50 MW 核聚变功率持续1,000秒，未给出净功率数值。前者在较高功率下验证发电，后者着眼于更长时间的运行。若把10秒与1,000秒合并成同一种性能，就看不清开发的目的。FAST 官方介绍／GIO 项目概要

即便时间很短，要取得净电力，也必须把整套装置连接起来。包层接收热量，热循环负责输送，各设备还要以未来维护为前提进行组合。2026年7月的官方公告显示，项目正推进工程设计与建设准备，日本国内场址处于征集、筛选阶段。小型化的堆芯，能在多大程度上变成可建设、可运行的电站，将是下一步的焦点。Starlight Engine 进展／候选场址征集

Helical Fusion 的首台发电机组 Helix KANATA，通过双螺旋线圈产生的磁场约束等离子体。GIO 项目概要给出的2030年代目标是核聚变功率约200 MW、净电功率约10 MW、连续运行24小时。后续还有净电功率50 MW、运行365天的“商业化前发电示范”。延长时间，是这一计划的核心。GIO 项目概要

承担前置验证任务的是最终示范装置 Helix HARUKA。项目将推进关键技术的集成示范，把成果用于 KANATA 的设计与建设。正在制造、建设的 Phase 1 是用于磁体示范的装置，公布的建设场址位于土岐市 NIFS 园区内。本次核实的资料未能确认 KANATA 的建设地点，不能把 HARUKA 开工算作发电堆开工。Helical Fusion 选址公告

要运行24小时，承受热量的设备与处理燃料的系统，也必须在这段时间内持续工作。进一步迈向365天，则要把部件寿命与更换方法纳入运行计划。公司作为基础的 LHD 研究经验，能否与高温超导线圈、液态金属壁包层、维护和电站集成衔接起来？长时间运行的设计理念，将作为发电设备接受检验。

激光路线反复执行对微小燃料靶的照射过程。由 EX-Fusion 牵头、Hamamatsu Photonics 作为联合体成员的提案，目标是通过直接驱动、快点火实现 D-T 核聚变。先用激光压缩燃料，再用另一束激光迅速加热。

2030年代的目标为核聚变功率19 MW、净电功率1.26 MW，并以1 Hz、也就是每秒一次的频率，连续数天重复反应。2026至2028财年，项目将推进支撑这一目标的核心工程要素开发与系统集成。GIO 项目概要

一次照射结束，就需要下一份燃料。量产同等品质的燃料，将其送入装置，跟踪移动中的靶，再在预定时刻照射。越是以电站为目标，除了激光性能之外，让整套流程稳定重复的技术就越重要。这也是精密加工、控制、光学与量产技术交汇的地方。本次核实的一手资料尚不能确认发电示范堆的专属名称与建设地点。

LINEA Innovations 提出束流辅助 FRC／磁镜混合路线。FRC 即场反位形，是一种磁约束构型，该路线使用高能粒子束。最终燃料目标是氢与硼11，即 p-¹¹B。相比使用 D-T 的其他四条路线，它从燃料开始探索不同的道路。

GIO 项目概要给出的2030年代目标，是数 MW 的核聚变功率、约100秒运行，以及通过直接能量转换装置确认“发电端有显著电力输出”。资料没有给出净电功率的数值目标。目标是把反应区与能量回收结合起来，验证其输出。LINEA 技术介绍／GIO 项目概要

2026至2028财年，项目处于完善核心设备、测量与评估基础，并衔接后续集成装置的阶段。建立反应区、注入束流、回收能量，把各环节消耗的电力与损失的能量逐一计入，才能得到整座电站的收支。若要实现公司追求的低成本和较低维护负担，就需要用实际装置验证这条路径。

以下数值是面向2030年代发电示范的公开目标或概念设计值，并非已实现的性能。在功率与运行时间表中，FAST 因运行目的不同而采用不同条件，因此分为两行。

托卡马克与螺旋式装置都通过磁场约束等离子体，但线圈布局和等离子体电流的利用方式不同。激光路线反复照射微小燃料靶，LINEA 则结合高能粒子与等离子体。同样称为“核聚变发电”，需要制造的设备组合却大不相同。

“不明”指本次比较的公开资料未提供数值，并不意味着零。LINEA 的发电端输出并非数值目标，而是以确认能否通过直接能量转换提取电力的形式提出。

资料对 Q-DEMO 使用“燃烧时间”，对其他提案使用“连续运行时间”，两者在称谓上有所不同。这些数值均不代表年运行率。EX-Fusion 的数天并不是维持单个等离子体的时间，而是指每秒重复一次反应的运行。目标时期也不是已承诺的竣工或商业运行年份。

“大半径”指从环形结构的中心轴到等离子体或线圈中心的距离。“小半径”指等离子体截面的半径。两者都不是整座反应堆的直径或建筑物的宽度。

“不明”指核实的一手资料中，无法确定与所比较计划阶段相对应的公开数值。堆芯、整套装置与场址是不同尺度，不能直接据此排列大小。

Q-DEMO 的最多约100 ha 是设计假设，FAST 的原则上不少于60 ha 是候选场址征集条件，两者均非已取得的土地面积。KANATA 的约10 m 起，是官网所述目标运行一年以上的构想尺寸，尚不能确认是否与上文24小时、净电功率约10 MW 的发电示范条件属于同一设计版本。

LINEA 在2025年提交政府的资料中，还提出了“全长30 m、100 MW 级”的商用堆构想。但这与本次讨论的数 MW 级发电示范装置属于不同阶段，因此上表没有将30 m 用作示范装置的尺寸。

数值来源为QST 概念设计概要表1和GIO 四个项目概要。10秒、24小时、1 Hz 这些目标，显示各计划分别选取了不同课题。在评价发电示范时，也有一些内容无法仅用数字高低来衡量。

五个计划面对的共同难题是：即便证明了某一项性能，仍有其他技术需要补齐，才能组成电站。文部科学省2026年11月9日任务组参考资料介绍的社会应用任务组4月8日决定，赋予2030年代发电示范两项任务：证明具有市场潜力的系统在技术上可行，以及系统性地获取商业发电厂所需完整技术体系的基础认识。

这里的评价，不只是比较 MW 数值或运行时间，还要追问通往商业化的目标与步骤，是否具有科学和工程依据。后续的“商业化前发电示范”，则是在经济可行的前提下，从技术上证明系统能够作为商业项目成立。从取出第一份电力，到建立售电业务，其间仍有一系列环节需要验证。《面向社会应用的工作方向》，第7至8页

支持政策提出，并行培育多个发电系统，数年后通过评价，决定重点支持哪些系统尽早实现示范；其他有潜力路线的研发支持也将继续。这一安排在保留多种选择的同时，把研发成果用于下一步判断。未来几年将今天的计划数字转化为试验与运行数据的工作，将为下一步判断提供依据。同一资料，第5至6页

无论是产业界参与 Q-DEMO 的制造可行性讨论、FAST 的热循环，还是 EX-Fusion 追求的燃料供应与照射重复运行，都是为建造电站而连接研究与制造的工作。多条技术路线并行，也意味着企业参与的入口不止一个。

但优秀的部件聚在一起，不会自动变成一座电站。还需要把分别测试过的设备连接起来，在承受各自所需温度与负载的同时，让整个系统持续运行所需的时间。为维护而停机之后，还要能够重新启动。填补部件性能与电站性能之间差距的工作，装不进功率表中的一列。

五个计划同时存在，并不意味着已决定在日本建设五座反应堆。Q-DEMO 的设计基地、HARUKA 的建设场址，也不能直接当作未来电站的所在地。能否落实资金、选址、安全保障和采购，进一步把装置造出来，获得运行数据？这些计划目前接受的，正是这样的考验。

无论发电10秒、运行24小时，还是每秒重复一次，都需要有人把图纸变成设备，把设备连接起来，让它们持续运转。从六所的联合设计，到初创企业与制造商的研发现场，这些参与者已经出现在计划之中。把图纸上的数字，变成运转中的电站。这五个计划，正试图把日本积累的研究与制造能力，放到实际产生电力的考验中。