原型堆（DEMO）

原型堆（DEMO）是继ITER科学验证之后，实际进行发电和输电的下一代核聚变装置。目标为核聚变输出功率2000-3000 MW，Q值25-40，净电力输出300-500 MW，追求实现氚自给自足（TBR > 1.05）和30-50%的运行率。

各方的DEMO计划

EU-DEMO（欧洲）由EUROfusion主导，目标在2051年开始运行。是大半径9.0 m、核聚变输出功率2000 MW的大型装置，正在研究HCPB（氦冷却卵石床）和WCLL（水冷锂铅）两种包层概念。

JA-DEMO（日本）由QST和NIFS等机构为中心，目标在2045年左右开始运行。重视通过高自举电流比（0.7-0.8）实现稳态运行的设计特点是，与JT-60SA和IFMIF-DONES等BA活动设施的合作。

CFETR（中国）由ASIPP主导，提出了2035-40年第一阶段运行开始的最快时间表。采用分两阶段的计划，第一阶段进行工程试验，第二阶段进行正式的发电验证。

K-DEMO（韩国）以采用高温超导（HTS）线圈为设计前提，目标在2050年以后开始运行。

氚自给自足是DEMO最大的课题。1 GW的核聚变输出功率每年消耗约56公斤的氚，但全世界的供应量只有约25公斤。需要通过包层内锂与中子的核反应生成氚，实现TBR > 1.05。

稳态运行的实现需要通过自举电流和外部电流驱动（NBI、ECCD、LHCD）的组合，在没有感应的情况下维持等离子体电流。

偏滤器的热负荷问题也很严重，针对达到数十MW/m²的热流密度，正在推进脱离运行和先进偏滤器配置的研究开发。

材料需要耐受50-100 dpa的中子辐照损伤，低活化铁素体钢（F82H、EUROFER97）和SiC/SiC复合材料正在开发中。IFMIF-DONES的辐照试验是材料认证的关键。

远程维护的设备更换也不可或缺。D-T运行后的真空容器内成为人类无法进入的高辐射环境，需要所有炉内设备通过远程操作进行更换和维护的技术。

DEMO的发电验证是向社会展示核聚变能源可靠性的决定性里程碑。如果在2050-60年代多个DEMO成功运行并完成发电验证，21世纪后半叶核聚变发电有可能成为实用电源的重要组成部分。

2023年以后，各国制定了核聚变战略，民间企业的参与也相继出现。公共计划和民间企业双轮驱动，对核聚变能源的早日实现充满期待。