聚变反应原理、研究方式与政策梳理

全球范围内的聚变研究主要集中在磁约束聚变和惯性约束聚变两种主要的技术路径上。

1.聚变基本原理

聚变反应原理是轻原子核如氘、氚在超 1 亿℃高温高压下克服库仑斥力聚合成较重原子核，如氦并释放巨大能量，能级 在 17.6MeV / 次反应之上。 选择氘（D）- 氚（T）聚变因二者反应截面大、所需点火温度相对最低，约 1.5 亿℃，且氘可从海水提取，1 升海水含 30mg 氘，氚能通过锂吸收中子再生，燃料获取便捷、能量密度极高（1kg 氘氚聚变能量≈400 万吨石油）。

2.聚变研究的主要方式

全球范围内的聚变研究主要集中在磁约束聚变和惯性约束聚变两种主要的技术路径上。 世界上的磁约束聚变装置主要有托卡马克、仿星器、磁镜三种类型；惯性约束聚变的主要方式是激光和Z箍缩。

磁约束聚变装置：托卡马克

利用环形磁场（环向场线圈）+ 极向磁场（等离子体电流 / 极向场线圈）形成螺旋形磁力线，强磁场约束高温等离子体 至1 亿℃以上，使其达到聚变条件（劳逊判据：nτT>1021）。 优点：磁场约束效率高，易实现高温等离子体，技术成熟度最高，全球 90% 核聚变研究基于托卡马克。 缺点：依赖等离子体电流维持磁场，易引发磁流体不稳定性；结构复杂，超导磁体需液氦冷却（4.2K），运行成本高。

磁约束聚变装置：仿星器

通过三维螺旋形外部磁场线圈（无等离子体电流）约束等离子体，利用自然对称性避免电流引发的不稳定性，实现长时 间连续运行。代表装置：W7-X，德国建造的最大仿星器，由100 个超导线圈形成复杂磁场，目标验证无电流约束的稳定 性和长脉冲运行，已实现 30 分钟氦等离子体放电。 优势：无等离子体电流，避免破裂风险，适合稳态运行；磁场结构自然稳定，对材料要求较低（热负荷分布更均匀）。 缺点：磁场设计复杂，建造成本是同规模托卡马克的 2-3 倍；同等尺寸下约束时间比托卡马克短 50%。

惯性约束聚变：Z 箍缩惯性约束聚变

惯性约束聚变通过高功率驱动器（激光、离子束等）在极短时间（纳秒级）内均匀轰击微型燃料靶丸（氘氚混合物）， 利用靶丸物质消融反冲产生的惯性压力，将燃料压缩至超高密度。 优势： 小型化潜力：单装置尺寸远小于磁约束装置，适合分布式能源布局；无需稳态约束，通过重复脉冲实现连续能 量输出，可模拟核武器物理，推动极端条件下的物质科学研究。 缺点：驱动器效率低；靶丸制备苛刻；辐照不均匀性导致压缩效率下降能量输出断续；依赖高效能量转换与储能系统。

3.中国国内对可控核聚变的政策支持总结：双碳目标与能源体系规划

国家顶层设计与战略定位（包括双碳目标与能源体系规划）： 《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》 （中共中央、国务院，2021 年）：明确将可控核聚变列为 “探索开发” 的前沿技术，作为实现 “双碳” 目标的重要战略储备能源。 《2030 年前碳达峰行动方案》（国务院，2021 年）：提出 “推进可控核 聚变技术研究和工程测试”，纳入 “能源绿色低碳转型行动” 重点任务。 《“十四五” 现代能源体系规划》（国家发改委、国家能源局，2022 年）：在 “前瞻布局前沿能源技术” 专栏中明确支持 “受控核聚变基础 研究和技术研发”，首次将其纳入国家级五年规划。 核能 “三步走” 战略深化： 延续 1983 年提出的 “热堆 - 快堆 - 聚变堆” 发展路径，2023 年《中国核 能发展报告》重申 “聚变堆是最终解决能源问题的根本途径”，明确 2030 年建成CFETR 工程堆、2050 年建成PFPP 原型电站的时间表。

可控核聚变的政策支持总结：科研专项与财政投入

国家磁约束核聚变能发展研究专项（2008 年启动）：累计部署 220 个项目，安排经费超 60 亿元，支持 EAST、HL2M 等装置建设及核心技术攻关（如高温超导磁体、偏滤器材料）。 “十三五” 国家重大科技基础设施：投资 50 亿元建设CRAFT（聚变堆主机关键系统综合研究设施），2025 年完成验 收，为 CFETR 提供技术验证平台。 中核集团专项规划：未来五年投入超 500 亿元，重点支持 CFETR 工程堆建设（200 亿元）、“星火一号” 混合堆研 发（150 亿元）及高温超导磁体国产化。

可控核聚变的政策支持总结：社会资本引导

中国聚变能源有限公司（筹）：2023 年 12月揭牌；中国核电（10 亿元）、浙能电力（7.5 亿元）首批增资 17.5 亿 元，目标通过市场化机制加速商业化进程。 地方政府配套：安徽、四川等地设立聚变产业园，提供税收优惠、用地支持，吸引联创光电、星环聚能等企业落地。 上海的核电工业支持着重要的核电装机容量，通过新项目和升级，旨在助力中国到 2025 年达到 70GW 的核电装机目标。