可控核聚变项目进展与市场空间如何？

AI 将助力可控核聚变商业化加速实现。

一、可控核聚变项目进展

1、国家队进展

（1）EAST 连续多次创下新世界记录，BEST 有望率先建成首个紧凑型装置。东方超环(EAST)：1990 年，中科院等离子体物理研究所采用易货贸易的方式将苏联的 T-7 托卡马克引 进，并花费 3 年时间将其升级为合肥超环(HT-7)，即一台可产生长脉冲高温等离子体的中型托卡马克装 置。在 HT-7 的经验基础上，我国自主研制并建成世界上第一台全超导聚变实验反应堆——东方超环 (Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST)，标志着聚变能发展步入全超导托卡马克 时代，向着实现稳态核聚变能源方向发展。 EAST 项目于 1998 年获我国政府批准，由中国科学院等离子体物理研究所承担研究建设工作，并在 2005 年底完成装置组装，最终于 2006 年 9 月开始测试并获得等离子体。 2025 年 1 月 20 日，EAST 在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成 1 亿摄氏度 1000 秒“高质量燃烧”，标 志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，对人类加快实现聚变发电具有重要意义。 EAST 形如“巨罐”，汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一体，近百万 个零部件协同工作，拥有专利近 2000 项。十余年来，EAST 历经 15 万多次实验，最终实现“亿度千秒” 的长脉冲高约束模等离子体运行，攀上新的科学高峰。

BEST（燃烧等离子体实验超导托卡马克装置，Burning plasma Experimental Superconducting Tokamak）：将在 EAST 装置基础上，首次演示聚变能发电，引领燃烧等离子物 理研究，为中国聚变能的发展做出前瞻性和开创性贡献，并将率先建成世界首个紧凑型聚变能实验装置。 BEST 如果按计划时间建成，将会成为世界首个紧凑型燃烧等离子体物理实验装置。它将实现聚变能量 增益 Q≥1（即输出能量大于等于输入能量，获得能量收益）和 Q=5，并在全世界范围内首次演示聚变能 发电。

最新进展：2025 年 3 月首块顶板浇筑，计划 2027 年建成，有望实现全球首次燃烧等离子体实验。5 月 1 日，BEST 工程总装启动仪式举行，比原计划进度提前了两个月。要将包括超导磁体系统、磁体馈线 系统、杜瓦等核心部件安装至主机基坑内。

（2）环流系列亦多次取得大幅跃升式进展。环流 3 号(HL-3)：作为我国专门从事磁约束聚变以及等离子体研究的科研机构，核工业 585 所(现核工 业西南物理研究院)自建立以来，先后研发了 20 多种不同类型的聚变研究装置，其中包括中国环流器一 号装置(HL-1)、中国环流器新一号装置(HL-1M)、中国环流器二号 A 装置(HL-2A)以及中国环流器三号 装置(HL-3)等。HL-3 装置作为 HL-2A 的改造升级装置，是我国自主研发的新一代先进磁约束核聚变实 验研究装置，该装置线圈系统均采用铜导体水冷线圈绕制而成。 最新进展：3 月 28 日，环流三号国内首次实现原子核温度 1.17 亿度、电子温度 1.6 亿度，综合参数聚变 三乘积实现大幅跃升，中国聚变挺进燃烧实验。

（3）CFETR 有望填补 ITER 与商业堆之间的空白。中国聚变工程试验反应堆(China fusion engineering test reactor，CFETR)：是我国自主设计研 制并联合国际合作的重大科学工程，旨在验证聚变的可行性，并为未来商业化聚变堆的建设提供基础。 其概念设计已于 2014 年完成，过程设计于 2017-2020 年由 CFETR 设计团队开展，计划于 2035 年前完 成建设，并于 2050 年开展试验。 CFETR 旨在填补 ITER 与未来聚变商业示范堆(DEMO)之间的关键工程技术空白，直接面向未来核 聚变能源的实际应用。 更高能量增益与稳态运行：不仅要实现更高的能量增益(Q>10)，还将运行模式延长至稳态运行，达到小 时级连续运行，这是未来商业发电必备的状态。

解决燃料供应难题：致力于实现氚自持，目标氚增殖因子 TBR>1.1，即聚变反应每消耗 10 个氚就通过 增殖包层产生 11 个氚，要多出 1 是因为存在衰变等损耗，从根本上解决核聚变燃料供应这一卡脖子难题。 为商用电站提供数据支持：集成了热能转换系统，进行核聚变发电功能测试，为后续核聚变商用电站设 计提供至关重要的数据支持。 2025 年，我国聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT，中文名“夸父”）——八分之一真空室及 总体安装系统，正式通过验收。CRAFT 装置和 CFETR 之间的关系可以理解为实验室与工厂的关系， 通过 CRAFT 装置，科学家可以测试和优化核聚变反应堆的各个关键子系统，确保 CFETR 的设计和 运行达到预期目标。央视报道 CRAFT 预计于 2025 年年底全面建成，将成为国际聚变领域参数最高、 功能最完备的综合性研究及测试平台，将为聚变实验堆和工程堆核心部件的研发及建设保驾护航。

（4）聚变-裂变混合堆实验有望陆续落地。“星火”项目：2023 年 11 月，中核集团与江西省政府签署《全面战略合作框架协议》，联创光电超导和 中核聚变（成都）签订协议，双方携手计划联合建设聚变-裂变混合实验堆项目。2024 年 12 月，联创光 电中标中核集团“星火一号”项目首个订单，金额 4180 万，标志着该项目正式启动。根据规划，“星火”项 目计划在 2025 年完成聚变裂变混合堆实验技术验证，2029 年发出第一度电并入电网，2035 至 2040 年开始大规模商业化。 Z-箍缩(Z-FFR)：2008 年，中国工程物理研究院提出了 Z-FFR 概念，主要由 Z-箍缩驱动器、聚变靶 与爆室、深次临界裂变包层等构成。Z-FFR 的聚变功率大幅降低且中子更加富裕，有望综合解决聚变氚 自持、高聚变增益、耐辐照损伤、裂变燃料增殖、超铀元素嬗变等关键科学问题和工程挑战。经过了多 年的理论研究，2021 年用于验证 Z 箍缩聚变点火的科学可行性“电磁驱动大科学装置”项目获得四川省发 改委立项，投资规模达到 50 亿元。按照发展规划，将在 2035 年开始建设 1000MW 级电功率 Z 箍缩聚 变裂变混合堆，2040 年进行发电演示，之后进入商业推广阶段。

2、民营企业

近年来，中国可控核聚变民营企业在政策引导与资本加持下加速崛起，形成国家项目与民营公司共同推 进的格局。以能量奇点、星环聚能、聚变新能、瀚海聚能、新奥集团为代表的民营企业，通过高温超导 托卡马克、场反位形（FRC）等前沿技术路径，实现实验装置的快速迭代，并吸引中国核电等央企战略 投资。尽管商业化仍需长期投入，但民营企业正通过技术国产化替代和产业链协同，逐步构建可控核聚 变的完整生态，呈现出加速崛起的良好态势。

二、市场空间

1、AI 将助力可控核聚变商业化加速实现

AI 在数据分析、智能预测、实时控制等方面的优势，正在成为推动核聚变研究和应用进步的重要力量。 托卡马克聚变装置的难点之一就是精确控制和约束内部的等离子体，而随着人工智能的不断发展，AI 在 核聚变科研中的应用正变得日益广泛和深入，从数据分析到模拟预测，再到控制反应过程，AI 的技术正 在为核聚变研究带来革命性的进展。以下是几个典型应用场景：

（1）数据解析与规律发现：核聚变实验生成的数据量庞大且复杂，AI 配合机器学习算法能够有效地处 理这些数据，并从中发现模式和规律，这一能力特别有助于分析等离子体的行为，揭示影响其稳定性的 关键要素，并为控制等离子体以避免不稳定现象提供策略； （2）实验预测与过程模拟：AI 在理论物理与实验物理之间架起了一座桥梁，利用 AI 模型对历史实验 数据进行学习，可以高效预测核聚变实验的可能结果，从而缩短实验周期，降低研发成本，帮助科研人 员更好地利用现有资源，降低能源消耗，同时 AI 模拟技术为研究人员提供了一个安全的实验预演平台， 帮助他们预测实验的潜在结果和可能遇到的问题； （3）反应堆设计革新：AI 的分析和预测能力不仅限于实验数据，它们还参与到核聚变反应堆的设计阶 段，运用 AI 算法研究人员能够对反应器的内部结构、选用材料和冷却方案等进行优化，提升整个反应 堆系统的效率和稳定性，显著加快了设计从概念到实现的步伐； （4）对等离子体进行实时控制：核聚变过程中，等离子体的温度、压力、密度和磁场等参数需要被精 确控制，AI 能够实时监测等离子体状态，预测其行为变化，并自动调节相关参数，确保核聚变反应的持 续稳定，这种智能控制不仅提高了反应的稳定性和安全性，还大大减轻了科研人员的工作负担； （5）故障预防与设备维护：AI 通过持续监测核聚变反应器的运行状态，结合数据分析，能够预测潜在 的设备故障和性能退化，这种基于 AI 的预测性维护减少了意外停机时间，从而提升了核聚变反应器的 运行安全性和经济效益。

AI 技术在等离子体控制方面取得重大进展。2022 年，谷歌旗下的 Deepmind 与瑞士洛桑联邦理工学院 瑞士等离子体中心联合，开发了一个人工智能深度强化学习系统，并成功实现对托卡马克内部核聚变等 离子体的控制，随后在一年之后的 2023 年，Deepmind 宣布改进后的算法将等离子体形状精度提高了 65%，并且将训练时间减少了 3 倍。2024 年 2 月，普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的研究人员 在《Natural》上发表论文，宣布其使用美国聚变设施的实验数据，训练了一个可以预测等离子体不稳 定性的人工智能模型，提前 300 毫秒预测了核聚变等离子不稳定态，实现了对等离子体的超前干预，以 应对等离子体的逃逸。这项工作成功证明了 AI 在有效控制聚变反应方面的潜力，但这只是推动聚变研 究领域的第一步。

2、磁约束聚变堆市场空间广阔，商业化后空间更大

经测算，当前全球正在规划中的托卡马克聚变堆设备投资市场空间约 148 亿美元，若考虑其他技术路线、 未来新增的聚变装置规划，市场空间更为广阔。 具体测算方法：根据《IAEA WORLD FUSION OUTLOOK 2024》，当前全球聚变堆规划数量为 45 座； 在现有的聚变装置中，采用托卡马克路线的数量占比约 50%，则规划中的托卡马克装置约 22 座；参考 美国普林斯顿等离子体物理实验室与美国能源部一同在 21 世纪初设计的名为“FIRE”的托克马克项目的 成本预算，每座托卡马克总投资额按 12 亿美元计算，则上述 22 个托卡马克装置总投资价值量约为 268 亿美元；其中，设备价值量占比约 55%，则由此计算得全球正在规划中的托卡马克聚变堆设备投资市场 空间约 148 亿美元。此外，若考虑其他技术路线、未来新增的聚变装置规划，市场空间更为广阔。 以上空间测算均基于聚变实验堆，未来商业化后，商业堆价值量或更大，核聚变设备市场空间十分广阔。