核聚變示范電廠

ITER是世界上最大的核聚變實驗裝置，其目的是證明如何通過聚變反應獲得凈能量。證明聚變能可以產生凈電力將是下一個重要步驟。這就是核聚變示范電廠（或稱DEMO）將起到的作用。

DEMO型反應堆更像是概念設計，而不是特定的聚變裝置構型。一些國家正在開發公共資助的DEMO的初步設計，但尚未最后確定。這將在ITER實驗的結果出來后進行。

DEMO計劃幾乎連續運行，才能產生超過50兆瓦的凈電力增益。它們將開始解決的關鍵挑戰是如何使聚變等離子體保持足夠長時間的穩定性，以便持續地產生能量。

雖然關于DEMO的很多事情仍未決定，但一種公認的DEMO可能是托卡馬克型反應堆，并將使用重氫同位素（氘和氚）作為燃料。然而，世界上可用的氚供應有限，DEMO本身將需要通過所謂的“增殖區”增殖和提取氚以供應足夠的氚。國際原子能機構核聚變物理學家Sehila González deVicente認為，還需要解決氚的燃料供應、耗盡、約束、提取和分離方面的挑戰。

DEMO型反應堆和現有實驗反應堆之間的另一個主要區別將是增加適當的系統和技術來捕獲聚變能并將其轉化為電能。

“DEMO型裝置需要設計和整合復雜的部件和系統，而這些部件和系統并不是現有聚變實驗裝置的一部分。諸如氚增殖區、發電、燃燒控制等部件都是必需的。”英國原子能管理局技術主管Elizabeth Surrey說，“DEMO的運行條件對材料特別不利，因為燃燒的等離子體會在壁上產生高中子通量和高功率密度。DEMO需要開發新的材料和技術。”

國際原子能機構的作用

各國研究小組都在探索DEMO概念和方案。國際原子能機構通過一系列技術會議，以及自2012年以來，通過其DEMO計劃定期講習班，促進國際協調和最佳實踐共享。這些平臺促進對物理和技術問題的討論，推動對DEMO計劃戰略的共享，以及分析潛在的行動方案。隨著時間的推移，專題重點已從廣泛的愿景轉向必須克服的詳細技術挑戰。

在2016年至2019年期間擔任了DEMO計劃過去三次講習班主持的Surrey說：“通過專注于確定問題和討論正在進行的研究和發展，國際原子能機構技術會議系列和DEMO計劃講習班使業界能夠以協作的方式確定要求和分析可能的解決方案。例如，當需要長時間或接近連續的等離子體運行時，等離子體控制成為DEMO型裝置的一個主要問題。”

世界各地計劃

盡管仍在探索實現聚變發電的各種途徑，但需要解決的科學和技術問題已得到廣泛認同。雖然每個國家有不同的時間表，但科學家們普遍認為，他們可以在2050年前建成并運行能夠發電的DEMO型反應堆。

在中國，中國聚變工程試驗堆（CFETR）計劃已取得重大進展。該裝置將有助于縮小ITER與DEMO之間的差距。中國聚變工程試驗堆將在本世紀20年代開工建設，隨后將在本世紀30年代建成DEMO型反應堆。

在歐洲， 歐洲聚變聯盟（EUROfusion）負責開發DEMO設計。該項目目前處于概念設計階段（2021—2027年），旨在通過產生幾百兆瓦的凈電力證明聚變的技術和經濟可行性。

印度已宣布計劃開始建造一個名為SST-2的裝置，以便在2027年左右對DEMO的反應堆概念和組件作出鑒定，然后將在2037年開始建造DEMO。日本聚變DEMO特別聯合設計小組目前正在進行穩態DEMO（JADEMO）的概念研究，計劃在2035年左右開始建設。

2012 年， 韓國啟動了“ K -DEMO”的概念設計研究，目標是在2037年之前開始建設，并有可能在2 0 5 0 年開始發電。在第一階段（2037—2050年），K-DEMO將被用來開發和測試組件，然后利用這些組件。在其第二階段，即2050年之后，預期它將演示凈發電。

俄羅斯聯邦正在規劃一個名為DEMO聚變中子源（DEMO-FNS）的聚變-裂變混合裝置，該裝置將收集聚變產生的中子，將鈾變成核燃料并銷毀放射性廢物。DEMO-FNS計劃在2023年前建成，是該國在2050年前建成核聚變電廠的快速戰略的一部分。

美國的核聚變專家最近發布了兩份報告，其中建議啟動一項國家研究和技術計劃，包括公私合作，以在2035—2040年最終實現核聚變的商業可行性，使美國成為核聚變領導者，并在2050年之前加速向低碳能源過渡。

與此同時，許多私人資助的商業企業也在發展核聚變電廠的概念方面取得了進展，利用多年來公共資助的研究和開發所產生的專門技術，并提出更加激進的時間表。