可控核聚变战略意义、技术路线及政策梳理

可控核聚变战略意义非凡。

核聚变是能源领域的“终极解决方案”，有望引领新一轮的科技革命。核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素“氘”与“氚”聚变形成氦核并释放能量，该过程能释放出 17.6兆电子伏的能量，太阳正是通过这种反应来持续发光发热。可控核聚变模仿了太阳的核聚变反应,又称“人造太阳”是指在一定条件下控制核聚变的速度和规模.以实现安全、持续、平稳的能量输出的核聚变反应。目前我国正在运行的核电站都是核裂变电站，核裂变虽然能产生巨大的能量，但裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，而且存在棘手的废物处置问题;相比之下，1吨氘氚聚变反应释放的能量，相当于5.7吨裂变燃料或 700万吨原油燃烧释放的能量，地球上蕴藏的核聚变能约为全部可进行核裂变元素释出能量的1000万倍。因此，可控核聚变被认为是人类解决能源问题的重要出路，其一旦实现商业化落地，或将如蒸汽机、电气化的出现一样，主导新一轮科技革命，这也意味着人类能从根本上解决能源危机，进入能源取之不尽、用之不竭的时代。

可控核聚变可分为引力约束、惯性约束和磁约束三种技术路线，当前磁约束路线最为主流。在核聚变的三类约束方式中，引力约束无法在地球上实现，惯性约束由于电--激光转化的能量损耗较高且能量的输出和转移暂不成熟，仍有较多的技术难点需要克服,因此当前更常用于军事领域。相比之下,磁约束路线的能量转化效率更高反应也更为可控，是更具发展潜力、更成熟的路线，也因此成为了世界级、国家级工程以及众多民营企业的主流选择路线。

磁约束聚变是利用磁场与高热等离子体来引发核聚变反应的技术，目前可控磁约束聚变仍处于多条技术路线齐头并进的阶段。磁约束聚变通过加热氘、氚聚变燃料,使它成为等离子体形态，再利用强磁场来约束高热等离子体中的带电粒子，使它进行螺线运动，进一步加热等离子体，直到产生核聚变反应。为实现磁力约束，需要一个能经受高温、产生足够强的磁场、能将等离子体约束起来持续反应的装置。根据国家核安全局，在核能发展“三步走”路径的明确指引下，我国已成功建设了一系列独具特色的磁约束等离子体研究装置，包括环形托卡马克、球型托卡马克、反场箍缩、仿星器、直线型场反位形装置以及偶极磁场装置等多种类型的研究装置。

核聚变装置的发展阶段可被概括为“科学可行性”、“工程可行性”及“商业可行性”。托卡马克装置(Tokamak)、直线型场反位形装置(FRC)、Z缩聚变裂变混合堆(Z-FFR)是目前受较多项目采纳的核聚变装置路线。目前托卡马克是全球范围内投资额最大、技术发展最为成熟的路线，已处于工程可行性阶段，国际项目ITER以及国内的EAST、CRAFT、CFETR等大型科学装置均采用了托卡马克路线。当前采用FRC技术路径的多为核聚变创业公司，包括海外的HelionEnergy、TAETechnologies 以及国内的瀚海聚能、星能玄光、诺瓦聚变等，瀚海聚能在2025年7月实现等离子体点亮标志着FRC步入工程可行性阶段。Z-FFR为聚变裂变混合路线，由中国工程物理研究院在2008年提出,目前中核集团与联创光电联合推进建设的“星火一号”项目以及国光电气与天府创新能源研究院等共同出资成立的先觉聚能均计划采用 Z-FFR 路线。

三条路线对比而言:1)装置构成方面，三者的核心部件各不相同，托卡马克装置对超导磁体的需求量较大;FRC因需毫秒级脉冲能量输入,其对电源系统的要求较高:Z-FFR对驱动器系统和次临界能源堆的需求较高;2)商业化时间预期上，多数企业预计托卡马克装置有望在2030年代实现商业化供电;美国Helion的场反位形装置目标最早将于 2028年投入运营，并开始向微软数据中心交付50MW电力;Z-FFR预计将于2040年代进入商业化推广阶段。上述技术路线处于齐头并进的发展阶段，尽管目前托卡马克路线具备较为成熟的技术储备并已获得了较高的资本开支，但如若FRC的商业化落地进程先于托卡马克，则有可能带动可控核聚变主流技术路线的更迭,进而牵动技术路线的低成本复制和相关企业的投融资力度，这会对不同路线的装置需求量造成更为深远的影响，因此需要以辩证的思维去看待未来各个路线的发展。

磁约束聚变实现能量增益并走向商业化的关键科学标准包括“劳森判据”和“聚变能量增益因子(Q值)”的大小:

根据劳森判据,核聚变反应实现稳态运行的前提是聚变三乘积大于临界值。实现1)可控核聚变反应需要同时满足三个条件:足够高的温度，一定的粒子密度和一定的约束时间，以上三者的乘积被称为“聚变三乘积”。英国科学家提出的“劳森判据”阐述了核聚变反应堆能量平衡的前提条件，劳森判据建立的基础是能量守恒定律，即聚变产生功率需补偿等离子体辐射损失和系统热传导损耗。该判据包含温度、密度和约束时间三个核心参数，其中等离子体需维持1亿摄氏度以上高温使聚变燃料充分电离。判据指出，维持聚变能量平衡需要粒子密度(n)与约束时间(:)的乘积超过临界阈值 6x1013(n+>6x1013),当满足劳森数 nT>3x1021(单位:m·3·keV·s)时，聚变反应产生的能量将超过加热输入能量，实现自持燃烧。三乘积越高反应难度也越大，而氘-氚(D-T)反应在一亿多摄氏度时聚变三乘积可达最小值，相对氘-氘(D-D)、-氦3(D-He3)更低，也就是说氘氚点火温度的门槛相对较低,且在工程上最容易实现。这也是除了原料获取难易程度之外，氘和氚被选为核聚变主要原料的原因之一。

聚变能量增益因子(Q值)是核聚变反应产生的能量与输入装置能量之比,其意义体现在能量效率、技术可行性及商业化潜力等多个维度。从核聚变装置的理论可行性角度出发，Q=1是聚变反应自持的物理门槛，若要投入实际使用，则输出装置的能量需要高于输入的能量(也就是需要Q>1)，装置才具有可行性和实用性，且Q值越高能量转换效率越高。国际上公认Q值要达到10以上核电站才能有收益，而如果想成为商业化的核聚变发电站，Q值还需要达到30以上。

当今可控核聚变行业的最终目标是建成经济性能优异、安全可靠、无环境污染的核聚变电站,使之成为人类未来的永久能源。当能源不再稀缺,以资源为基础的国际秩序也将被改写，而率先掌握可控核聚变技术的国家将成为新一轮科技革命中的领先国，从而在全球能源领域掌握核心话语权。

可控核聚变行业具备很高的市场天花板和十分庞大的潜在市场规模，也是全球主要国家未来能源战略布局的重点方向。根据普林斯顿大学的研究人员测试，一座1000MW的核聚变电厂成本在27亿美元到97亿美元之间;若核聚变完全商业化,根据 Ignition Research的估算，到 2050年将成为至少1万亿美元的市场。然而，核聚变行业作为一个耗资巨大、投资回报周期较长的行业，在聚变堆尚未真正实现商业化落地、达到盈亏平衡之前，行业的持续发展离不开各国政策所提供的底层支持。

海外各个发达国家政府率先对可控核聚变行业加大财政投入，积极把握行业发展机遇。2025年1月，美国能源部(DOE)为核聚变创新研究引警(FIRE)合作组织提供1.07亿美元，并与“里程碑计划”8家企业达成协议动了超过3.5亿美元的私营投资，支持进一步创建聚变能创新生态系统;英国政府于同日宣布为2025-2026年“聚变未来计划”投资4.1亿英镑，计划2027年前向聚变能领域投资总额达6.5亿英镑;德国自2023年9月起，计划未来五年通过“聚变2040计划”增加投入3.7亿欧元(到2028年投入总额达到10亿欧元);日本大力支持核聚变技术开发，从2023年开始启动专项支持政策，支持小型化、精密化、独创性的新兴技术探索，加速未来核反应堆原型开发，推进核聚变相关基础研究。

国内政策为核聚变行业供给侧提供了较多支持,可控核聚变行业奇点已至。我国可控核聚变行业的发展起点可追溯至1983年，由国家科委牵头召开了核电技术政策论证会，与会单位议定了《核能发展技术政策要点》，并首次明了我国核电“热堆-快堆一聚变堆”的三步走战略。近年来党中央、国务院及有关部门陆续出台文件以落实核聚变能相关工作的部署:国家发展改革委、国家能源局在《"十四五"现代能源体系规划》中强调了对受控核聚变前期研发的支持，并鼓励积极开展国际合作，以提升我国在该领域的国际竞争力;工业和信息化部等七部门在《关于推动未来产业创新发展的实施意见》中将核聚变列为重点领域,推动超导材料等前沿新材料创新应用;2025年4月，国家能源局召开新闻发布会，明确表示“大力支持第四代核电技术、小型模块化反应堆、核聚变等前沿技术的研发攻关”，这是继生态环境部等国家部委提出后续将“开展聚变监管法规标准体系研究”后，官方再次给出的一个前瞻信号。2025年9月12日，第十四届全国人大常委会第十七次会议表决通过了原子能法，自2026年1月15日起施行，原子能法明确，国家鼓励和支持受控热核聚变的科学研究与技术开发,并会建立符合受控热核聚变特点、促进核聚变应用的监督管理制度，对聚变燃料、聚变装置(设施)实行分级分类管理。政策的陆续出台为可控核聚变行业发展提供了成长的沃土，未来核聚变技术有望在政策引领和国家级项目的带头示范作用下迎来突破。