深入解讀IFMIF-DONES：六所的加速器技術如何連接西班牙的材料試驗

在六所測試的加速器技術，開始與西班牙新研究設施的供應計畫銜接。Fusion for Energy（F4E）於2026年10月21日宣布，為IFMIF-DONES簽署首批歐洲方面的採購安排，涉及注入器和鋼材。

IFMIF-DONES是一座利用中子研究核融合爐材料的設施。但在它周圍，還出現了IFMIF、EVEDA、LIPAc等名稱，以及9 MeV、40 MeV、125 mA等數字。日本驗證了什麼，西班牙又將建設什麼？如果混淆這些數字，也會嚴重誤讀技術進展。

本文沿著從加速器到材料輻照的過程，分別解釋六所核融合能源研究所承擔的技術驗證，以及DONES計畫開展的試驗。文中照片展示的是六所的真實LIPAc裝置，並非西班牙已經建成的DONES設施。

本文看點

• 為什麼需要材料輻照試驗，以及DONES的工作原理
• IFMIF、EVEDA、LIPAc與DONES的不同角色
• 六所研究所的成果與2026年的進展階段
• 與採購銜接的技術，以及材料壽命評估的局限

以氘和氚為燃料的D-T核融合，會產生能量約為14.1 MeV的中子。MeV表示單個粒子的能量，與表示發電站功率的MW不同。

材料受到中子照射後，原子可能被撞離晶體中的原有位置，造成損傷；核反應也可能生成其他元素。QST所介紹的材料研究課題，就是弄清這些變化如何影響強度等性質。只對全新材料進行高溫試驗，不能代表材料長期受輻照後的狀態。

這裡需要的，不是一句“不會損壞的金屬”，而是帶有條件的資料：什麼材料，能夠在什麼溫度、承受多少輻照的位置使用。即使在同一座核融合爐中，承載結構的鋼材與直接承受熱負荷部分的材料，也有不同作用。即便材料名稱相同，也不能脫離使用條件談壽命。

“低活化材料”一詞也需要謹慎理解。它指通過調整材料成分等方式，減少活化造成的長期負擔，並不意味著“不會產生放射性”。QST的材料研究說明將輻照導致的性質變化與低活化材料開發，列為兩個分別重要的課題。

理解材料試驗意義的一個關鍵，是包圍電漿的“包層”。在未來D-T核融合發電爐中，包層預計將接收中子能量並轉化為熱，再通過冷卻劑送往發電系統。含鋰的增殖包層還希望利用鋰與中子的反應生產燃料氚，將其回收並送回燃料循環。它支撐著熱量提取和燃料生產這兩項重要功能。

不過，能夠接收熱量與能夠長期保持完好，是不同的問題。構成包層並容納冷卻劑、增殖材料的結構材料，也會受到中子照射。如果不知道其強度、脆性等如何因輻照而變化，就缺乏確定使用溫度和更換週期等設計依據。因此，DONES所追求的接近核融合爐中子環境的材料輻照資料，將支持結構材料等的選擇與評估。

DONES主要研究的是小型材料試樣，並非把完整包層整體運行起來，以驗證發電或燃料自給。整個包層的冷卻、氚增殖與回收，以及接頭和部件的完整性，還須結合其他試驗和設計評估確認。此外，DONES的液態鋰是產生中子的靶，不是與發電爐增殖包層相同的裝置。

IFMIF-DONES是International Fusion Materials Irradiation Facility – DEMO-Oriented Neutron Source的縮寫。其目標是為未來核融合爐，尤其是示範爐DEMO，開展材料試驗和評價。建設地點位於西班牙南部格拉納達附近的埃斯庫薩爾（Escúzar）。

它不產生用於發電的核融合電漿，而是利用加速器產生中子，照射材料試樣。研究人員通過小試樣考察輻照後的性質，為反應爐設計和材料選擇提供資料。DONES官方說明同樣把材料試驗與適用性鑒定放在核心位置。

利用ITER等核融合實驗裝置研究反應與運行，同建設能夠詳細比較材料的輻照設施，並不是競爭關係，而是相互補充。考慮建設發電爐時，既需要“反應能夠成立的證據”，也需要“部件能夠在該環境中使用的證據”。

不過，不能因此斷言，DONES這一座設施就是所有燃料和所有核融合方案唯一共同的前提。本文主要討論承受較高中子材料負荷的D-T核融合爐，以及支持其材料開發的研究基礎設施。

按照DONES設計，作為氘原子核的氘核被加速後，撞擊流動的液態鋰。由此發生的核反應產生中子，再照射位於鋰靶後方試驗模組中的材料。

官方設施規格給出的氘核能量為40 MeV，束流電流為125 mA。液態鋰的設計厚度為25 mm，流速約15 m/s。這些是設施希望達到的條件，而不是已建成設施的運行實績。

由40 MeV和125 mA計算得到的束流功率為5 MW。這是加速粒子在單位時間內攜帶的能量，即束流功率，不是說“DONES能夠發電5 MW”。相反，靶和冷卻系統必須處理大量輸入熱量。用於測試材料的裝置本身，也面臨熱負荷和運行穩定性的難題。

這裡的40 MeV是入射氘核的能量，14.1 MeV則是D-T核融合產生的中子能量。兩者屬於不同粒子、不同階段，不能直接按數值大小比較性能。

此外，加速器與鋰產生的中子，並非全部具有相同的14.1 MeV能量。其目標是接近與核融合爐密切相關的能譜和輻照條件。因此，不能只說“與核融合爐相同”，而應明確它要再現哪些條件。

這一領域難以理解的一個原因，是構想、研究活動與驗證裝置的名稱同時出現。可以這樣整理它們的關係。

• IFMIF：用於核融合材料輻照的國際中子源構想。傳統設計採用兩套40 MeV、125 mA氘核加速器。
• IFMIF/EVEDA：推進IFMIF工程設計與關鍵技術驗證的活動。EVEDA是Engineering Validation and Engineering Design Activities的縮寫。
• LIPAc：為驗證上述加速器技術而建在六所的原型加速器。目標是以9 MeV、125 mA連續運行，並不是DONES的40 MeV設施本身。
• IFMIF-DONES：利用既有IFMIF研究成果，在西班牙具體建設的材料輻照設施。官方規格列出一束40 MeV、125 mA束流。

對照IFMIF官方概述與EVEDA說明，可以看出，“IFMIF在六所建成後改名為DONES”是錯誤理解。六所是重要的技術驗證基地，但與西班牙的材料輻照設施既不在同一地點，也不是同一裝置。

EVEDA也不只涉及加速器，還包括液態鋰系統和試驗系統的驗證。例如，日本的鋰試驗迴路ELTL建在大洗，不能與六所的LIPAc混為一談。

位於青森縣六所村的QST六所核融合能源研究所，正在日歐合作框架下組裝和測試LIPAc。在2007年啟動的“廣泛途徑”（BA）活動中，歐洲製造的設備在日本基地集成，由雙方共同確認性能。

全長約36 m的束線上，連接著提供粒子的注入器、加速與輸運及診斷設備、超導射頻加速段等。僅有某一台設備性能優秀並不足夠，還必須把束流正確傳遞給下一設備，並控制整個裝置。

LIPAc報告稱，2019年曾以0.1%的佔空比，用短脈衝加速5 MeV、125 mA氘核束流。佔空比表示總時間中實際出束時間所佔的比例。峰值電流達到目標，與能夠連續維持該狀態，並不是一回事。

隨後在2024年的5 MeV階段試驗中，報告的佔空比為8.75%，高能束流輸運段的電流約119 mA。不能把2019年的125 mA與2024年的佔空比拼成一項達成紀錄。在一致條件下比較，才能看清向連續運行邁進的進展，以及尚存的距離。

QST等機構研究者撰寫的IFMIF/EVEDA技術報告展示了分階段試驗的安排。從低佔空比開始逐步擴展運行條件，並不是單純刷新紀錄，而是在確認裝置能否應對熱負荷和束流損失等問題。

因此，僅憑“六所實現了125 mA”這一資訊，不能判斷DONES的全部運行準備已經就緒。必須把能量、電流和運行持續性作為一組條件理解。

Fusion for Energy（F4E）於2026年4月29日宣布，LIPAc已達到完整加速器配置。包含超導加速段的束線全部組裝到位，是重要里程碑，但不意味著已經實現9 MeV、125 mA的連續束流運行。4月公告仍把這一運行範圍作為目標。

隨後，9月10日公告稱，首輪常溫老練試驗取得成功。這一過程逐步輸入射頻功率，監測真空、溫度和放電等，為設備進入下一階段做準備。

該公告提出的後續安排，是於2026年12月開始冷卻超導加速段，此後在2027年春季前進入束流運行。這是計畫，不是已經完成的步驟。截至2026年10月，不能把目標連續運行視為已經實現。

DONES派出的成員也參與其中。六所提供的，不只是設計圖或某一個數值，也讓未來使用該技術的一方有機會現場學習裝置啟動、監測和問題處理。

2026年10月21日，F4E宣布簽署面向DONES的首批兩項歐洲採購安排，涉及氘核束流注入器以及低活化鋼EUROFER97的原材料。F4E說明，注入器技術此前已在日本LIPAc上進行測試。

這是產業層面的重要連接點：在研究裝置中驗證的技術，正在轉化為下一座設施的具體供應範圍。但簽署採購安排，並不意味著設備已經交付或通過驗收。材料所需數量的說明，也必須與實際供應及使用記錄分開理解。F4E的10月21日公告可以看作標誌這一出發點的消息。

DONES方面的10月19日指導委員會報告說明，主建築現場施工已經開始，2027年工作計畫也獲批准。這是建設與設備供應準備並行推進的階段，應與利用中子開展材料輻照的正式運行區分開來。

DONES的價值，在於能夠在接近核融合爐的中子環境中研究材料變化。但小試樣的結果，不會自動給出真實大型部件的壽命。

例如，即使選出了在試樣試驗中表現良好的材料，仍需另外評估將其加工成部件、進行連接、形成冷卻流道並反復運行的情況。如何處理輻照條件差異，以及結果適用於部件的哪些部位，仍需設計方作出判斷。這不是輕視材料輻照試驗，而是正確使用資料所需的限定。

輻照損傷中的dpa（displacements per atom），是表示材料中每個原子平均被撞離位置次數的指標，與MeV或運行年數不同。不能僅因達到某個dpa，就一概聲稱“完整再現了發電爐若干年的運行”。必須同時瞭解結果對應的溫度、中子能譜等條件。IAEA技術資料中的材料輻照說明也指出，除dpa外，損傷速率、雜質生成和溫度都是重要條件。

DONES建成或開始輻照試驗，也不會直接保證發電爐的經濟性或商業化時間。獲取材料資料，與判斷整個發電站能否成立，應分開看待。

把後續進展分成以下四項，就不容易誤讀。

1. 六所LIPAc：冷卻與束流試驗推進後，在怎樣的能量、電流和佔空比下，實現了多長時間的穩定運行？
2. 西班牙DONES：建設，以及設備製造、運抵、安裝和驗收，各自推進到了哪一步？
3. 材料輻照：能夠在怎樣的溫度和輻照條件下，測試哪些材料？
4. 資料利用：所得結果如何用於材料選擇或部件設計決策？

IFMIF-DONES深入研究的是核融合“能否燃燒”之後的另一個問題：“在那種環境中能夠使用什麼材料？”六所研究所則負責用真實裝置驗證所需加速器技術，並讓人員積累運行經驗。沿著技術驗證、輻照和材料評估這條鏈條觀察，就能看清日本研究與核融合產業的連接位置。