日本引领核聚变发电？日本公司开始建造最终验证装置

日本Helical Fusion公司于 2025 年 10 月 27 日在东京都内及线上举行记者会，宣布正式着手制造/建设螺旋型核聚变反应堆的最终验证装置"Helix HARUKA"。

能源使用越多，日本国内"财富"流失海外越多

日本的能源自给率仅为 15%，存在与美、中、德等国相比自给率较低的课题。Helical Fusion 的CEO 田口昂哉指出："我国能源大部分依赖海外进口。我们使用的能源越多，国内的'财富'就越多地流失到海外。日本在石油、天然气等地下资源方面并不丰富。用技术解决这个问题的手段就是核聚变发电。如果能实现核聚变发电，将有望达成能源自给率超过 100%，甚至成为能源供应国。"

根据美国调查公司的报告推测，2023 年全世界电力需求市场的规模约为 300 万亿日元（约合13.91万亿元），预计未来将相当于汽车市场的规模。

核聚变发电是一种下一代发电方式，利用在超高温高密度环境下约束氢同位素发生核聚变反应所产生的巨大能量进行发电。具体而言，是将氚和氘在超高温超高压力下加热成等离子体状态，使双方原子核相互碰撞合并引发核聚变反应产生中子，然后通过包层从中子中提取热能用于发电。

Helical Fusion 以核聚变科学研究所和京都大学等的技术为基础，正在推进一项旨在实现螺旋型核聚变反应堆商用发电站的"Helix Program"计划。

螺旋型核聚变反应堆由螺旋线圈（高温超导线圈）、等离子体、极向线圈等构成，指使用多个螺旋状螺旋线圈来约束 1 亿摄氏度的氢气体（等离子体）的类型。与托卡马克型相比，其等离子体性能稍逊，但等离子体约束时间更长，适合永久性运行。通过将螺旋线圈本身制成螺旋状，使电流产生的磁场叠加并扭曲磁场。这种用磁场笼子约束等离子体的方法被称为"磁场约束方式"。

高温超导线圈是指利用超导技术制成的强电磁铁，不使用绝缘体制造而成，由多个高温超导磁体等构成，在超导状态下通电会产生磁场。

该公司已使用小型装置完成螺旋型核聚变反应堆的概念验证，并通过大型螺旋装置（LHD）实现了等离子体温度 1 亿摄氏度、等离子体约束时间 3000 秒以上的成果。此前剩余的重大课题是完成螺旋型核聚变反应堆的关键部件"高温超导磁体"和"包层兼偏滤器"的单独验证，但本次记者会也公布了高温超导磁体单独验证的完成。

高温超导磁体的单独验证是指？

Helical Fusion 在模拟核聚变堆内磁场环境的情况下，使用面向实机的大型超导导体制成的高温超导线圈，于 2025 年 9 月成功进行了超导状态下的通电试验。

CEO田口表示："基于此次成果，我们认定高温超导磁体的单独验证已经完成，并决定着手最终验证装置'Helix HARUKA'的制造/建设。"

关于此次成果的意义，他强调道："关键在于模拟了核聚变堆内的磁场环境。堆内不仅是高温超导线圈，其他线圈等也会产生磁场（外部磁场）。受外部磁场影响，高温超导线圈的磁场会难以控制等离子体。我们测试了本公司的高温超导线圈能否解决这类问题。"

此外，另一个重要点是制造了使用面向实机的大型超导导体的高温超导线圈。"将该高温超导线圈放入试验装置，在施加外部磁场影响的同时进行通电，确认了其能够维持超导状态。这些验证的完成在世界上尚属首次。"（田口）

本次性能测试是作为与日本核聚变科学研究所（NIFS）共同研究的一环进行的。通过使用 NIFS 拥有的实验装置"大口径高磁场导体试验装置"，得以在模拟核聚变堆磁场环境的情况下通入大电流并取得成果。

旨在成为核聚变堆集成商的原因

Helical Fusion 目前已完成螺旋型核聚变反应堆商用化所需的概念验证、高温等离子体与稳态等离子体验证、超导通电试验及环境试验，并且也能进行实现稳态/净发电的核聚变堆设计。包层兼偏滤器正在开发中。剩余的课题是完成包层兼偏滤器的开发，以及建设用于集成验证的螺旋型核聚变反应堆和能够进行稳态/净发电的同型核聚变堆。

"美国的私营核聚变能源公司 Commonwealth Fusion Systems（CFS）目前正在开发托卡马克型核聚变反应堆，但仅完成了概念验证、高温等离子体验证和超导通电试验。包层/偏滤器的开发尚未着手，用于集成验证的核聚变堆建设也未着手，实现稳态/净发电的核聚变堆设计在原理上存在困难，建设也未着手。虽然有时会看到核聚变发电开发欧美领先的新闻，但在技术开发方面，日本才处于领先地位。"（田口）

该公司表示执着于螺旋型核聚变反应堆的设计/集成。关于其原因，田口说道："我司并非仅仅开发超导线圈或包层/偏滤器。我们认为必须开发整个螺旋型核聚变反应堆。为什么呢？因为只开发组件或材料是无法在行业竞争中取胜的。例如，领先行业的 NVIDIA、Apple、Space Exploration Technologies（SpaceX）的共同点是，它们集成系统并提供成品。也就是说，不成为集成商就无法引领行业。这是我们从目睹日本企业未能成为集成商而遭受损失的案例中学到的教训。"

此外，他还表明了通过成为核聚变堆的集成商来争取市场领导地位的意图。"如果一直停留在许多日本企业迄今所处的供应商位置上，即使拥有强大的制造能力，也会陷入与他国企业的价格竞争。必须薄利竞争，我们认为这导致了日本企业整体的弱化。我司通过成为核聚变堆的集成商，掌握零部件和材料的价格决定权，转向品质竞争。由此，日本的产品和技术能够以公正的价格销售，从而增强产业的竞争力。"（田口）

另外，在 Helix Program 中，目标在 2020 年代内完成关键开发要素"包层兼偏滤器"的单独验证，并在 2030 年代内，通过 Helix HARUKA 完成集成验证，并通过发电首机"Helix KANATA"实现世界首次的实用发电。同时，该公司正在材料、燃料、零部件、加工、制造、建设、通信等各个领域募集参与 Helix Program 的日本合作伙伴企业。