日本核融合示範爐：Q-DEMO 與四條民間路線的挑戰

發電10秒。連續運轉24小時。每秒一次反應，持續數天。日本機構與企業面向2030年代提出的核融合發電目標，跨度如此之大。而這些數字，都還有待實證。

透過核融合反應釋放能量，再從中取出電力，扣除裝置本身的用電，將剩餘電力送往外部。長期運轉還需要補充燃料，並在設備受損時進行更換。愈接近電廠，電漿周圍就愈浮現出大量需要製造業投入的工作。既要驗證必要的核融合性能，也要讓涵蓋熱能、燃料與維護的發電系統成立，兩者缺一不可。

Q-DEMO、FAST、Helix KANATA、EX-Fusion、LINEA。這五項計畫，除了回答如何讓反應發生，也必須回答如何製造、如何運轉。研究機構、大學、設備製造商與新創企業，各自打算從哪裡著手？本文依據截至2026年11月9日的一手資料，追蹤這些嘗試。技術路線、功率、運轉時間與規模，則整理在後半部的六張比較表中。

要思考電廠，先得釐清三個數字。核融合反應釋放能量的速率，是「核融合功率」；發電設備輸出的電力，是「發電端電功率」；扣除廠內用電後剩下的，才是「淨電功率」。

即使核融合功率達到200 MW，也不代表能向外輸送200 MW 的電力。就算運轉時淨功率已經為正，後面仍有包含啟停過程的電能收支，以及全年供電的課題。連接研究裝置與電力事業的，不只是功率，還包括能在什麼狀態下持續幾秒、幾小時。

低碳投資促進機構（GIO）公布的發電示範推進專案補助金資料，呈現了四條民間路線的目前位置。Starlight Engine 與 Kyoto Fusioneering、Helical Fusion、EX-Fusion 與 Hamamatsu Photonics，以及 LINEA Innovations 的四項提案，均列為「有條件入選」。依照刊載資料，待審查委員會確認各項條件已獲滿足後，才會進入正式入選與補助金核定。GIO 審查進展及各專案概要

Q-DEMO 背後，是日本大型裝置研究與原型爐設計的積累。QST 主導研究一座以 ITER 技術為基礎、規模與 ITER 相當的原型爐。這是為了提早實現而重新檢討原有 JA DEMO 的延續路線，並非分別建造 JA DEMO 與 Q-DEMO 的計畫。

負責設計的「原型爐設計聯合特別團隊」成立於2015年6月。團隊設於 QST 六所研究基地，由研究機構、大學與產業界共同推進概念設計與研發，形成全日本協作體系。文部科學省11月9日的參考資料顯示，截至2025年11月，共有226名參與者，其中產業界109人、大學等機構67人、QST 50人。這份組成，也顯示將研究轉化為裝置的參與者有多廣。聯合特別團隊官方介紹／文部科學省參考資料3，PDF 第8頁

這項協作也影響了反應爐的大小。QST 表示，與產業界討論製造可行性後，判斷若要提前建設，就必須採取與 ITER 相當的規模，而非沿用先前的大型方案。追求性能的設計，需要與實際能夠製造的條件相互調整。「全日本協作」的內涵，也體現在這類設計判斷之中。不過，聯合設計與研發體系，和未來電廠建設、營運主體的確定，仍是不同的問題。QST 對 Q-DEMO 概念設計的說明

下一個節點，是讓設計進一步具體化。文部科學省11月9日的資料提出，計畫根據2026會計年度 C&R（檢查與審查）的結果，於2027會計年度轉入工程設計與全尺寸技術開發。這項轉換以審查結果為前提。文部科學省參考資料3，PDF 第17頁

發電也將透過同一裝置的分階段升級推進。概念設計概要提出，第一階段以數分鐘的短脈衝實現淨功率約為零的發電；第二階段實現30分鐘以上運轉與燃料增殖；第三階段實現約100 MW 淨電功率的穩態運轉。第一階段的核融合功率為532 MW，淨電功率則為10.7 MW，燃燒時間347秒。發電端電功率為203 MW，扣除廠內用電後，數字呈現的意義大不相同。以上均為表1的概念設計值，並非發電實績。QST 概念設計概要，表1

把龐大的反應功率轉化為可用電力，其間必須有取熱設備、燃料增殖與回收系統，以及更換零件的維護工作持續發揮作用。將可沿用的既有技術與必須為發電重新開發的部分接起來，正是 Q-DEMO 分階段開發的基礎。基本構成可參閱Q-DEMO 入門。

FAST 是 Fusion by Advanced Superconducting Tokamak 的縮寫。這項由 Starlight Engine 推進的高溫超導托卡馬克計畫，也有 Kyoto Fusioneering 參與聯盟，致力於利用高溫超導實現小型化，並整合發電所需的反應爐工程技術。

計畫列出兩種運轉條件。發電示範為核融合功率200 MW、淨電功率2 MW，持續10秒；基本運轉則以50 MW 核融合功率持續1,000秒，未列出淨功率數值。它將高功率下確認發電的條件，與較長時間運轉的條件分開。如果把10秒與1,000秒合併成一項性能，反而會看不清開發目的。FAST 官方介紹／GIO 專案概要

即使時間很短，要取得淨電力，也必須把整套裝置連接起來。包層接收熱量，熱循環將熱量送出，設備的組合還必須考慮後續維護。2026年7月的官方公告指出，工程設計與建設準備正在推進，日本國內場址則處於徵集與篩選階段。爐心的小型化能在多大程度上落實為可建造、可運轉的電廠，將是下一個焦點。Starlight Engine 進展／候選場址徵集

Helical Fusion 的首台發電機組 Helix KANATA，利用雙螺旋線圈產生的磁場約束電漿。GIO 專案概要提出的2030年代目標，是核融合功率約200 MW、淨電功率約10 MW，以及連續運轉24小時。後續則安排淨電功率50 MW、運轉365天的「商業化前發電示範」。延長時間，是這項計畫的核心。GIO 專案概要

負責前期驗證的是最終示範裝置 Helix HARUKA。它將推進關鍵技術的整合示範，並把成果用於 KANATA 的設計與建設。正在製造、建設的 Phase 1，是用於磁體示範的裝置，公布的建設地點位於土岐市 NIFS 園區內。本次查核的資料未能確認 KANATA 的建設地點，不能將 HARUKA 開工算作發電爐開工。Helical Fusion 選址公告

要以24小時為目標，接收熱量的設備和處理燃料的系統，也必須在這段時間持續運作。再往365天推進，就得把零件壽命與更換方式納入運轉計畫。公司能否將作為基礎的 LHD 研究經驗，接到高溫超導線圈、液態金屬壁包層、維護與電廠整合上？長時間運轉的設計思路，將作為發電設備接受檢驗。

雷射路線反覆執行對微小燃料靶的照射。由 EX-Fusion 主導、Hamamatsu Photonics 參與聯盟的提案，目標是透過直接驅動與快點火實現 D-T 核融合：先用雷射壓縮燃料，再用另一束雷射迅速加熱。

2030年代的目標是核融合功率19 MW、淨電功率1.26 MW，並以1 Hz，也就是每秒一次反應的頻率，持續運轉數天。2026至2028會計年度，將推進實現這些目標所需的核心工程要素開發與系統整合。GIO 專案概要

一次照射結束，下一份燃料就必須接上。量產品質一致的燃料、送入裝置、追蹤移動中的靶，並在預定時刻照射。愈以電廠為目標，除了雷射性能，讓這一連串流程穩定重複的技術就愈重要。這是精密加工、控制、光學與量產技術交會之處。本次一手資料尚未確認發電示範爐的專屬名稱與建設地點。

LINEA Innovations 提出束流輔助 FRC／磁鏡混合路線。FRC 即場反位形，是一種磁約束構型，該路線使用高能粒子束。其最終燃料目標是氫與硼11，即 p-¹¹B。相較於採用 D-T 的另外四條路線，它從燃料本身開始探索不同方向。

GIO 專案概要中的2030年代目標，是數 MW 的核融合功率、約100秒運轉，以及透過直接能量轉換裝置確認「發電端有顯著電力輸出」。資料未列出淨電功率的數值目標，其目標是結合反應區與能量回收，再確認其輸出。LINEA 技術介紹／GIO 專案概要

2026至2028會計年度，計畫處於完善核心設備、量測與評估基礎，並銜接後續整合裝置的階段。建立反應區、注入束流、回收能量，各環節消耗的電力與損失的能量相加，才構成整座電廠的收支。要達到公司追求的低成本與較低維護負擔，就必須以實際裝置驗證這條路。

以下數值是面向2030年代發電示範的公開目標或概念設計值，並非已實現的性能。在功率與運轉時間表中，FAST 因運轉目的不同而採用不同條件，因此分為兩列。

托卡馬克與螺旋式裝置都以磁場約束電漿，但線圈配置與電漿電流的運用方式不同。雷射路線反覆照射微小燃料靶，LINEA 則將高能粒子與電漿結合。同樣是「核融合發電」，需要製造的設備組合卻大不相同。

「不明」指本次比較的公開資料未提供數值，並不意味著零。LINEA 的發電端輸出並非數值目標，而是以確認能否透過直接能量轉換取出電力的形式提出。

資料對 Q-DEMO 使用「燃燒時間」，對其他提案使用「連續運轉時間」，兩者在稱謂上有所不同。這些數值均不代表年運轉率。EX-Fusion 的數天並不是維持單一電漿的時間，而是指每秒重複一次反應的運轉。目標時期也不是已承諾的完工或商業運轉年份。

「大半徑」指從環形結構的中心軸到電漿或線圈中心的距離。「小半徑」指電漿截面的半徑。兩者都不是整座反應爐的直徑或建築物的寬度。

「不明」指本次查核的一手資料中，未能確定與所比較計畫階段相對應的公開數值。爐心、裝置整體與場址是不同的尺度，不能直接用來比較大小排名。

Q-DEMO 的最多約100 ha 是設計假設，FAST 的原則上不少於60 ha 是候選場址徵集條件，兩者均非已取得的土地面積。KANATA 的約10 m 起，是官網所述目標運轉一年以上的構想尺寸，尚不能確認是否與上文24小時、淨電功率約10 MW 的發電示範條件屬於同一設計版本。

LINEA 在2025年提交政府的資料中，還提出了「全長30 m、100 MW 級」的商用爐構想。但這與本次討論的數 MW 級發電示範裝置屬於不同階段，因此上表沒有將30 m 用作示範裝置的尺寸。

數值來源為QST 概念設計概要表1和GIO 四個專案概要。10秒、24小時、1 Hz 這些目標，顯示各計畫分別選擇了不同的課題。評價發電示範時，也有只看數字高低無法掌握的部分。

五項計畫面臨的共同難題，是即使證明了某一項性能，仍有其他技術必須到位，才能成為電廠。文部科學省2026年11月9日任務小組參考資料介紹的4月8日社會應用任務小組決定，對2030年代發電示範提出兩項要求：證明具有市場潛力的系統在技術上可行，以及系統性地取得商業發電廠所需完整技術體系的基礎認識。

這裡並不只比誰的 MW 數字更高、運轉時間更長，而是要問，通往商業化的目標與步驟，是否有科學和工程依據。其後的「商業化前發電示範」，則是在經濟可行的前提下，從技術上證明系統能夠作為商業專案成立。取出一次電力，與建立販售電力的事業之間，仍有需要驗證的過程。《面向社會應用的工作方向》，第7至8頁

支持方針是並行培育多個發電系統，數年後再經過評估，決定重點支持哪些系統儘早實現示範，同時繼續支持其他有潛力路線的研發。這套安排保留選項，也讓研發成果成為下一次判斷的依據。未來幾年將今天提出的數字轉化為試驗與運轉資料的進展，將成為下一次判斷的材料。同一資料，第5至6頁

Q-DEMO 中產業界參與的製造可行性研究、FAST 的熱循環，以及 EX-Fusion 所追求的燃料供應與反覆照射，都是為了走向電廠而連接研究與製造的工作。不同路線並列，也意味著企業的參與入口不只一個。

但把優秀零組件聚在一起，不會自動成為電廠。還得將分別測試過的設備接起來，讓各設備承受各自所需的溫度與負載，並使整套系統運作到必要的時間；為維護停機後，還要能重新運轉。填補零件性能與電廠性能之間差距的工作，並不是功率表中的一欄能容納的。

五項計畫並列，並不等於已決定在日本建造五座反應爐。Q-DEMO 的設計基地、HARUKA 的建設場址，也不能直接當作未來電廠的所在地。能否將資金、選址、安全保障與採購具體化，進一步造出裝置並取得運轉資料？今天的計畫，正面臨這份能力的考驗。

無論是發電10秒、運轉24小時，還是每秒一次反覆反應，都需要有人把圖面變成設備、把設備接起來，再讓它們持續運作。從六所的共同設計，到新創企業與製造商的開發現場，這些參與者已經在計畫之中。把圖面上的數字，變成運轉中的電廠。這五項計畫，正試圖將日本累積的研究與製造實力，放到真正產生電力的考驗之中。