可控核聚變實驗發(fā)展迅速 我國中科院進(jìn)入到商業(yè)化準(zhǔn)備階段

1、可控核聚變發(fā)展尚處于導(dǎo)入階段，未來將帶動核電裝機增長

根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國可控核聚變行業(yè)現(xiàn)狀深度研究與發(fā)展前景分析報告（2025-2032年）》顯示，核聚變是一種高效、清潔的能源利用方式。聚變反應(yīng)是兩個或多個較輕的原子核在高溫高壓條件下重新結(jié)合成質(zhì)量較重的原子核并釋放巨大能量的過程。根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，聚變反應(yīng)前后的原子核質(zhì)量減小并釋放巨大的能量。作為一種源自原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的能量形式，核聚變的能量密度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)，且?guī)缀醪划a(chǎn)生放射性污染。基于核聚變反應(yīng)具有能量密度高、高效、清潔的特性，其在能源、軍事和科研等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，被視為人類未來最理想的能源解決方案。

按燃料和技術(shù)成熟度分類，人工核聚變可分為氘氚（DT）聚變，氘氘（DD）聚變、氘氦（D3He）聚變等。點火條件方面，D-T反應(yīng)所需溫度約1億攝氏度，遠(yuǎn)低于氘-氘和氘-氦3等聚變的啟動溫度。從燃料獲取的角度看，氘可以從海水中大量提取，氚也可以通過與鋰反應(yīng)等方式進(jìn)行增殖，實現(xiàn)燃料閉環(huán)。氘-氚聚變擁有最豐富的施工經(jīng)驗，從上世紀(jì)的JET、TFTR到如今ITER與東方超環(huán)，D-T反應(yīng)技術(shù)已被多次驗證，系統(tǒng)組件如超導(dǎo)磁體、氚處理裝置和中子防護(hù)材料也趨于成熟。雖然中子輻射對材料帶來侵蝕、氚的放射性管理等問題依然存在，但整體而言，氘-氚聚變是目前全球主流聚變裝置采用的最佳路徑。

可控核聚變的商業(yè)化落地需要逐級驗證科學(xué)可行性與經(jīng)濟(jì)可行性實現(xiàn)技術(shù)躍遷。實驗堆階段需攻克能量凈增益與穩(wěn)定點火兩大基礎(chǔ)科學(xué)難題，通過高溫等離子體約束技術(shù)實現(xiàn)可控的聚變反應(yīng)；示范堆階段需將實驗成果工程化，在連續(xù)運行、燃料自持循環(huán)等維度提升Q值至商業(yè)化門檻，并驗證成本可控性；商用堆則依賴規(guī)模化技術(shù)與工業(yè)體系支撐，通過持續(xù)點火與高Q值運行實現(xiàn)穩(wěn)定供電。從單次點火到持續(xù)反應(yīng)，從能量虧損到經(jīng)濟(jì)增益，每個階段均為下一層級提供不可替代的技術(shù)驗證與風(fēng)險緩釋。目前國內(nèi)外在運的核聚變反應(yīng)堆以實驗堆為主，因此從生命周期來看，行業(yè)尚處于導(dǎo)入期階段。2024年實驗堆的數(shù)量占到總聚變項目的87%（其余13%并不是實現(xiàn)穩(wěn)定運行的商業(yè)堆，而是部分通過等離子體放電實驗積累的工程數(shù)據(jù)。

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

資料來源：IAEA，觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

可控核聚變的嘗試早在上世紀(jì)六十年代便已經(jīng)開始：1958年首臺托克馬克裝置T-1正式投入運行，1968年蘇聯(lián)科學(xué)家在第三代托克馬克T-3上取得了電子溫度1keV、質(zhì)子溫度0.5keV，以及聚變?nèi)胤e等于10^18/m^(-3)·s的顯著成果。蘇聯(lián)科學(xué)家的嘗試在國際上引發(fā)了托克馬克技術(shù)的熱潮，各國相繼開啟磁約束聚變研究計劃。

20世紀(jì)80年代，美國TFTR、歐洲JET、日本JT-60等大型托克馬克裝置的相繼建成，標(biāo)志著磁約束聚變進(jìn)入規(guī)?；瘜嶒炿A段。通過優(yōu)化磁場位形、中性束注入加熱和偏濾器設(shè)計，聚變?nèi)胤e指標(biāo)在1980-2000年間實現(xiàn)了五個數(shù)量級的跨越式提升。1985年美蘇日內(nèi)瓦峰會上倡議啟動國際熱核聚變實驗堆（ITER），計劃通過超導(dǎo)磁體技術(shù)實現(xiàn)更大體積和400秒以上的脈沖的等離子體約束。ITER設(shè)計目標(biāo)是將三重積提升至Q≥10。雖然ITER項目還未落地，但在實驗堆中三重積的提升意味著以托克馬克為代表的核聚變技術(shù)正在快速發(fā)展。

進(jìn)入 21世紀(jì)以來，無論是聚變堆建設(shè)規(guī)模還是托克馬克技術(shù)創(chuàng)新速度都呈現(xiàn)出顯著加速趨勢。2022 年 12 月，美國國家點火設(shè)施（NIF）首次實現(xiàn)了凈能量增益；歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）在 2023 年開展了最后的氘-氚實驗，僅使用 0.2 毫克氘氚燃料就產(chǎn)生 5 秒的高聚變功率，創(chuàng)造了 69MJ 的突破性記錄；JT-60SA是日本與歐盟聯(lián)合開發(fā)的超導(dǎo)托克馬克裝置，于 2023 年 11 月成功點火，達(dá)到滿功率后可將等離子體加熱至 2 億攝氏度并維持約 100 秒；2024 年 10月，美國 DIII-D 國家核聚變設(shè)施宣布突破 20 萬次等離子脈沖，實現(xiàn)在超出Greenwald 密度上限 20%的條件下實現(xiàn)等離子體的高質(zhì)量約束；2025 年 1月，中國全超導(dǎo)托克馬克核聚變實驗裝置（EAST）首次創(chuàng)下“1 億攝氏度1000 秒”的長脈沖高約束模等離子體運行世界紀(jì)錄。目前核聚變正處于發(fā)展的黃金時期，未來隨著中國的 BEST、CFETR 等項目的落地以及 ITER 項目的成功運行，可控核聚變將突破聚變點火與能量凈增益的關(guān)鍵瓶頸，為商業(yè)化運行提供有力支撐。

ITER 是全球最大的國際熱核聚變實驗堆合作項目。ITER 由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國 7 方共同參與建造，歐盟作為 ITER 設(shè)施的主辦方，貢獻(xiàn)的費用有 45％左右，其他六方各貢獻(xiàn)約 9％。我國于 2006 年正式簽約加入 ITER 計劃，承擔(dān)了涉及磁體支撐系統(tǒng)、磁體饋線系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、輝光放電清洗系統(tǒng)、氣體注入系統(tǒng)以及可耐受極高溫的反應(yīng)堆堆芯“第一壁”等多個核心關(guān)鍵部件和系統(tǒng)的研制任務(wù)，建立了聚變堆的重要部件或系統(tǒng)的設(shè)計、制造、檢驗、運行和維護(hù)維修的技術(shù)規(guī)范及測試平臺。當(dāng)前 ITER已進(jìn)入裝配關(guān)鍵階段，中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體是目前 ITER 項目主機安裝的唯一承包商，極大提高了我國在國際大科學(xué)工程中的參與度與話語權(quán)。2025 年 4 月 11 日，中國成功交付 ITER 磁體饋線系統(tǒng)中最后一套校正場線圈內(nèi)饋線部件，標(biāo)志著 ITER 磁體饋線系統(tǒng)中所有超大部件的研制順利完成。ITER 磁體饋線直徑達(dá) 16 米、高 3 米，是系統(tǒng)內(nèi)尺寸最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的組件。未來 3-5 年，我國將繼續(xù)承擔(dān)一批關(guān)鍵部件核心任務(wù)，例如全鎢第一壁、產(chǎn)氚測試包層、燃料注入等，并積極爭取更多研發(fā)任務(wù)，如射頻負(fù)離子源中性束加熱、聚變產(chǎn)物診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)、等離子體控制等。中國在核聚變領(lǐng)域的角色已經(jīng)從追趕者逐漸變?yōu)榱酥匾獏⑴c者。

可控核聚變的發(fā)展有望驅(qū)動全球核能裝機容量發(fā)展，截止2023年全球核能裝機容量約為372GW，預(yù)計未來有望持續(xù)增長。

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

2、各國可控核聚變依賴政策推動，國內(nèi)發(fā)展進(jìn)入密集招標(biāo)階段

《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》強調(diào)了對受控核聚變前期研發(fā)的支持，并鼓勵積極開展國際合作，以提升中國在該領(lǐng)域的國際競爭力；《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》等文件明確提出，要聚焦核聚變等未來能源領(lǐng)域，打造全鏈條的未來能源裝備體系，推動相關(guān)技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化。此外，2024 年 9 月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《聚變裝置分級分類監(jiān)管要求（征求意見稿）》，針對國內(nèi)聚變研究裝置技術(shù)路線和輻射安全風(fēng)險不同的現(xiàn)狀，提出分級分類監(jiān)管方法，旨在有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人員安全，適應(yīng)聚變技術(shù)發(fā)展的新需求。國家通過一系列政策支持、推動和規(guī)范可控核聚變技術(shù)的發(fā)展。

我國可控核聚變主要相關(guān)政策

資料來源：公開資料整理

除了國內(nèi)，全球范圍內(nèi)同樣正在加速可控核聚變技術(shù)發(fā)展方面的“競賽”：例如美國，2020 年 4 月 23 日，美國國務(wù)卿公布了美國核燃料工作組提出的《恢復(fù)美國核能競爭優(yōu)勢：確保美國國家安全的戰(zhàn)略》。2024 年，美國能源部制定了一個十年愿景，并推出了一個基于里程碑的核聚變發(fā)展計劃，以成本分擔(dān)的模式向 8 家相關(guān)公司提供贈款資助（就像為太空項目提供資金的模式），目的是在核聚變領(lǐng)域找到下一個 SpaceX（美國最大的聯(lián)邦承包商之一）。2025年 1 月 16 日，美國能源部宣布為聚變創(chuàng)新研究引擎合作組織中的六個項目提供 1.07 億美元資金。

各國政府大力支持可控核聚變發(fā)展

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

可控核聚變核心商業(yè)模式是發(fā)電，產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游原材料、中游設(shè)備、下游應(yīng)用三大環(huán)節(jié)：

（1）上游主要是有色金屬與超導(dǎo)材料（鎢、銅等）、鋼材、特種氣體（氘、氚）等。

（2） 中游主要為設(shè)備，包括磁體、偏濾器、第一壁、冷卻設(shè)備等。

（3） 下游主要為核電廠與運營商，也可以應(yīng)用在醫(yī)療等領(lǐng)域。

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

國內(nèi)目前可控核聚變主要發(fā)展的兩條主線分別為中核集團(tuán)、中科院主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈推進(jìn)，其中中科院的BEST 裝置當(dāng)前正處于密集的招標(biāo)階段。

中核集團(tuán)：下屬核工業(yè)西南物理研究院環(huán)流三號 23 年 8 月首次實現(xiàn) 100 萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，根據(jù)規(guī)劃，環(huán)流三號有望在 2045 年左右進(jìn)入釋放階段；中核集團(tuán)與聯(lián)創(chuàng)光電聯(lián)合推進(jìn)的星火一號項目總投資達(dá) 200 億元，計劃 2029 年實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電。

中科院：中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院自主設(shè)計、建設(shè)、運行了世界上首臺全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），在 2025 年 1 月實現(xiàn) 1066 秒長脈沖高約束模等離子體運行，刷新世界紀(jì)錄。目前緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）已于 2025 年 5 月啟動總裝，目前進(jìn)入密集招標(biāo)期，BEST 項目預(yù)計在 27 年完成。

可控核聚變作為尚未大規(guī)模商業(yè)化的產(chǎn)業(yè)，仍然面臨諸多風(fēng)險和不確定性：

（1）技術(shù)風(fēng)險

可控核聚變已完成科學(xué)可行性驗證，當(dāng)前處于工程可行性驗證階段，仍有諸多關(guān)鍵技術(shù)問題仍需要持續(xù)突破，若技術(shù)進(jìn)展不及預(yù)期，則可控核聚變商業(yè)化進(jìn)程將受到阻礙。

（2）資金風(fēng)險

目前我國及世界范圍內(nèi)的可控核聚變投資仍以國家主導(dǎo)，民間資本可控核聚變公司尚未進(jìn)入大規(guī)模投資階段，若產(chǎn)業(yè)政策轉(zhuǎn)向?qū)е峦顿Y規(guī)模下降，則會對可控核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

（3）需求風(fēng)險

核聚變能源市場需求仍處于起步階段，市場需求量有限，下游應(yīng)用場景仍有不確定性。此外，核聚變能源的下游市場需求情況受到其經(jīng)濟(jì)性、政策環(huán)境、以及與其他可再生能源技術(shù)的競爭等因素影響。（YM）