托卡馬克
磁約束
- 如何實現？
- 外部線圈與電漿電流共同產生扭轉磁場。
- 通往發電的挑戰
- 為實現發電，研究電流維持、控制與穩定長時間運轉。
- 研究裝置示例
- JT-60SA、ITER
FUSION ENERGY GUIDE
什麼是融合能源？
依據第一手資料，了解融合能源的原理、與分裂的區別、燃料、安全性及商業化挑戰。從三種技術路線的比較圖，進一步探索日本的研究、企業與政策。
融合能源來自輕原子核結合時釋放的能量。太陽也透過核融合發光，但地面發電設施使用的燃料與維持反應的方法不同。
本指南協助您理解原理、發電所面臨的挑戰與產業動向。可繼續閱讀比較圖、術語與解說文章，深入了解具體主題。
依據：QST基礎解說 ↓融合原理及其與分裂的差異
融合是輕原子核結合的反應，分裂是重原子核分裂的反應。融合與目前核電廠採用的分裂在反應原理上不同。
在使用氘與氚的D-T方式中，包層把反應產生的中子能量轉化為熱，並傳送至發電設備。除了產生反應，還需要把熱轉換為電能。
來源：QST：基礎解讀 ／ NIFS：燃料與熱回收
燃料是什麼？僅靠海水就能發電嗎？
D-T方式的燃料是氫的同位素氘與氚。取得氘的資源，與製備可供應反應爐的燃料所需的程序，應區分看待。
自然界中的氚極少。透過鋰與中子反應增殖氚，並回收、純化與再利用的燃料循環，仍有待建立。資源豐富並不意味著燃料能夠自動實現穩定供應。
來源：NIFS：燃料與熱回收 ／ QST：爐工程
優勢、安全與放射性廢棄物的挑戰
融合反應本身不排放二氧化碳，加上燃料資源豐富，有望有助於減碳與能源穩定供應。發電成本及穩定運轉仍需進一步驗證。
融合反應需要維持燃料、高溫等條件才能持續。它與分裂鏈式反應的性質不同，停止所需的燃料供應或電源後，反應就會停止。
另一方面，D-T系統需要處理放射性氚、中子與活化的結構材料。除了屏蔽、包容及廢棄物管理，也需要針對高溫、強磁場等設備風險採取安全措施。「反應容易停止」不等於「不需要管理」。
來源：日本內閣府：國家戰略 ／ QST：爐工程
何時實現應用？實驗成果與發電驗證
日本以2030年代實現融合發電驗證為目標。這是研發目標，並非確定開始向家庭供電的日期。產生反應、取得淨電力，以及經濟而持續地供電，是不同階段。
能量增益數值的意義取決於比較輸入與輸出時所採用的範圍。需要評估整座發電設施，包括加熱、冷卻等用電、燃料供應、材料壽命與設備更換。
來源：日本內閣府：國家戰略 ／ QST：基礎解讀 ／ QST：爐工程
了解日本的研究、企業與政策
區分研究機構與裝置的角色，以及企業供應的設備和技術，有助於理解新聞意義。可從裝置、供應鏈與政策三個方向，了解研究走向產業的路徑。
本指南來源與原始資料
- QST：常見問題 ↗
融合反應、燃料、電漿與能量增益
- NIFS：燃料循環與能量提取原理 ↗
氘氚路線的熱回收、毯層與氚增殖
- QST：毯層研究開發部門 ↗
燃料增殖、屏蔽、熱回收與安全操作技術
- 日本內閣府：融合能源創新戰略 ↗
國家戰略、實際部署路徑與安全保障的基本原則
以上解說依據公開資料編輯，不表示研究機構的審閱或推薦。各圖下方均標明圖像來源。
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融合入門閱讀順序
從原理、方式、研究裝置到發電，可從感興趣的階段開始。
- 01
理解基本原理
從核融合釋放能量的原理開始。
- 02
比較三種方式
了解托卡馬克、螺旋型裝置與雷射核融合的差異。
查看可儲存的比較圖 ↓ - 03
了解裝置與研究
了解JT-60SA與ITER各自要研究和驗證什麼。
- 04
了解通往發電的道路
了解示範爐及整個發電系統所需的技術。
融合如何發生？三種主要方式對比
比較約束方式與發電面臨的挑戰。可儲存此圖，用於說明與複習。
螺旋／仿星器系統
磁約束：仿星器、螺旋管等
- 如何實現？
- 透過外部線圈的三維形狀產生扭轉磁場。
- 通往發電的挑戰
- 約束磁場不依賴大電漿電流，具有適於穩態運轉的性質。複雜磁場與線圈的性能和可製造性需要兼顧。
- 研究裝置示例
- LHD、Wendelstein 7-X
雷射融合
慣性約束的一種
- 如何實現？
- 利用雷射快速壓縮、加熱小型燃料靶，在其膨脹前的短時間內產生融合反應。
- 通往發電的挑戰
- 發電需要同時實現高效雷射、重複運轉，以及靶的製造與注入。
- 研究裝置示例
- NIF
本圖不表示方式優劣或商業化排名。研究裝置成果與發電設施驗證屬於不同階段。
儲存比較圖PNG ↓
FUSION INDUSTRY獨立製作的比較圖，圖中註明來源fusionindustry.jp/learn。
讀圖說明與補充
- 本圖並非涵蓋所有方式的分類，而是說明原理的示意圖，並非裝置設計圖。
- LHD為螺旋管裝置，Wendelstein7-X為最佳化仿星器，兩者線圈形狀不同。
- 托卡馬克也進行長時間與穩態運轉研究。
- NIF採用間接驅動，這並非所有雷射融合方式共同使用的機制。實現點火與驗證發電設施是不同階段。
核融合能源
融合
從核融合反應到供電，分別解釋燃料、約束、熱量回收和廠內耗電。透過第一手資料核實核融合能源的優點、挑戰、應用目標及商業化所需條件。
閱讀定義與相關資訊
QST
日本國立研究開發法人量子科學技術研究開發機構
QST是量子科學技術研究開發機構的縮寫。這一日本研究機構以那珂和六所為基地，承擔ITER、JT-60SA及原型爐開發。
閱讀定義與相關資訊那珂研究所
那珂核融合科學技術研究所
位於茨城縣那珂市的QST研究所，推進JT-60SA電漿研究，以及支持ITER的設備與爐工程研究。
閱讀定義與相關資訊
六所研究所
六所核融合能源研究所
位於青森縣六所村的QST研究所，透過原型爐設計、材料、中子源、包層和燃料研究，將核融合連接到發電系統。
閱讀定義與相關資訊
ITER
ITER（聚變實驗堆）
ITER是正在法國南部建設的國際聚變實驗裝置，研究燃燒等離子體與裝置技術，但不發電或輸電。
閱讀定義與相關資訊JT-60SA
JT-60SA（JT-60超先進裝置）
JT-60SA是位於量子科學技術研究開發機構那珂研究所的日歐聯合超導托卡馬克，承擔支持ITER、示範堆等離子體研究及人才培養任務。
閱讀定義與相關資訊
Q-DEMO
Q-DEMO（ITER規模聚變示範堆概念設計）
Q-DEMO是量子科學技術研究開發機構公佈概念設計的ITER尺寸聚變示範堆，擬分階段驗證發電、燃料增殖和穩態運行，並非實機發電實績。
閱讀定義與相關資訊
FRC
場反位形
此路線利用稱為場反位形的電漿結構。Helion的磁壓縮與TAE的束驅動在運行方式和燃料策略上有所不同。
閱讀定義與相關資訊
核分裂
核融合使輕原子核結合，核分裂使重原子核分裂。本文梳理兩者的原理及技術挑戰。
閱讀定義與相關資訊
活化
活化與放射性廢物
核融合仍需要管理活化材料和氚。具體條件因路線、材料和燃料而異。
閱讀定義與相關資訊
串列磁鏡
串列磁鏡把中央電漿區與兩端塞區連接起來，利用電勢差減少粒子流失。了解中央室、端塞與熱屏障的差別，以及為什麼WHAM不是完整的串列磁鏡。
閱讀定義與相關資訊
高溫超導磁體
採用高溫超導材料的磁體
用於產生強磁場的磁體技術。CFS將REBCO高溫超導材料用於更緊湊的高磁場托卡馬克。
閱讀定義與相關資訊
磁鏡
磁鏡利用沿路徑增強的磁場，使部分帶電粒子反射。了解反射條件、端部損失以及 WHAM 實驗裝置。
閱讀定義與相關資訊
磁鏡比
鏡比比較端部較強磁場與中央較弱磁場。最大磁場相同，鏡比也可能不同；單一數字不足以判斷裝置性能。
閱讀定義與相關資訊
商業化
核融合能源商業化
不要只比較企業的目標年份，還應看計畫驗證什麼、目前處於哪個階段。
閱讀定義與相關資訊
損失錐
損失錐表示未被磁鏡反射而逃逸的粒子速度方向。它屬於速度空間，並不是容器中的圓錐形孔洞。
閱讀定義與相關資訊
托卡馬克
托卡馬克磁約束
托卡馬克在環形容器內利用磁場約束高溫電漿。涵蓋加熱、控制和材料的整合設計十分重要。
閱讀定義與相關資訊
直接能量轉換（DEC）
直接能量轉換
DEC無需先經過熱機，就能回收帶電粒子的動能。了解它與磁鏡端部排出的粒子流如何配合，以及WHAM示範為何不等於淨發電。
閱讀定義與相關資訊
電漿增益Q
核融合功率與外部電漿加熱功率之比
電漿能量增益Q與扣除整座電廠耗電後的淨電力是不同指標。比較數值前應先確認測量邊界。
閱讀定義與相關資訊
燃料循環
核融合燃料循環
核融合燃料並不是送入裝置後就完成了使命。本文區分D–T系統中未反應燃料的回收、已消耗氚的補充，以及將燃料處理到可再次使用狀態的設備與製程。
閱讀定義與相關資訊
包層
核融合爐包層
在D–T核融合爐中，包層將中子能量轉化為熱量，並參與氚增殖。熱量提取和材料耐久性至關重要。
閱讀定義與相關資訊
雷射核融合
雷射驅動慣性約束核融合
利用雷射壓縮、加熱微小燃料靶。用於發電時，難點之一是整合高重複頻率照射和靶供給。
閱讀定義與相關資訊
仿星器
仿星器（stellarator）
仿星器如何利用三維磁場約束電漿？從螺旋線圈與模組化線圈、磁面和旋轉變換，到最佳化、排熱及LHD與W7-X的實驗成果，逐步理解其優勢與通往核融合電廠的挑戰。
閱讀定義與相關資訊每個頁面解釋一個關鍵詞。機構和裝置的術語條目與專案資訊共用頁面。各時期的新聞與深入分析，請參閱各頁面的相關文章。
回顧基礎知識
什麼是融合能源？不必先掌握所有縮寫，可從原理、方式、裝置到發電挑戰，選擇需要的部分開始學習。
初學者應該從哪裡開始？
先了解融合能源的原理。在本頁術語搜尋中查找不熟悉的詞彙，再閱讀感興趣的方式與裝置解說。
融合與分裂有什麼不同？
融合是輕原子核結合的反應，分裂是重原子核分裂的反應。除反應原理外，還可了解燃料、控制與發電挑戰的不同。
ITER與JT-60SA、Q-DEMO有什麼不同？
它們的目的與研發階段各不相同。與其只記住名稱，不如關注每個裝置或計畫要研究、驗證什麼，從而理解研究通向發電的路徑。