2025年可控核聚变行业研究：中美共振重点方向，可控核聚变产业化进程加速

可控核聚变是人类终极能源， 产业化进程有望加速

可控核聚变能源是人类社会未来的理想能源

世界范围内能源安全需求凸显，电力需求持续攀升。自2021年以来，化石燃料价格波动频繁，俄乌冲突 导致能源供应链危机进一步恶化，凸显了能源安全的重要性；生成式人工智能（AI）的普及和数据中心 的扩张显著增加了全球电力需求。预计到2030年智能计算年耗电量将达到5000亿千瓦时，占全球发电 总量的5%。为了应对能源安全与需求膨胀等诸多问题，核能逐渐成为发展焦点。

核能是一种高效且清洁的能源，可利用的核能包括核裂变、核聚变两种形式。核能源于原子核发生变化 时产生的质量损失，可利用的核能主要有核裂变、核聚变两种释放方式：核裂变是指重元素的原子核分 裂为较轻元素的原子核并释放出能量的过程，常用铀-235作为反应燃料;核聚变是质量较轻元素的原子 核互相聚合形成较重元素的原子核并释放能量的过程，常用氘氚作为反应燃料。

相对于核裂变，可控核聚变具有燃料来源更丰富、能量密度更大、安全性更高等显著优势。人类对核聚 变应用的终极理想是可控核聚变电站，希望能稳定可控地利用聚变释放出来的能量。未来可控核聚变一 旦实现，有望使石油脱离能源属性，改变能源格局。鉴于可控核聚变能源的巨大潜力，国务院国资委在 2023年实施未来产业启航行动，明确将其列为未来能源领域唯一的重要发展方向。

可控核聚变商业化的关键是实现净能量稳定输出

劳森判据是能否实现聚变点火的判定条件。根据劳森判据，当等离子体温度、等离子体密度和约束时间 这三个参数达到一定条件时（点火的聚变三乘积大于5 × 1021m− · s · ke），才能产生有效的能量输出。 其中，等离子体密度与等离子体温度提升在工程方面实现难度相对较高，而能量约束时间与装置的尺寸 R和磁场强度B正相关，故可以通过扩大半径或加强磁场来提升能量约束时间，从而提升总体约束性能。

聚变能源商业化的关键在于实现净能量输出，Q>1是前提条件。能量增益因子Q指的是聚变反应中输出 能量和输入能量之比，Q值达到1是科学上的“盈亏平衡点”。当Q值大于1时，理论上装置产生的能量 大于维持装置运行所消耗的能量，可初步实现净能量输出。一般认为商业化的基本要求是Q大于10。

国内边际变化：技术持续突破、产业投入加大

“EAST”、“HL-3”实现重大突破。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”，是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， 有望推进产业快速落地。3月28日，中核集团核工业西南物理研究院新一代人造太阳“HL-3”，在国 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。

中国核电和浙能电力拟增资参股中国聚变能源有限公司。2025年2月，中国核电和浙能电力分别发布 公告，拟以增资方式参股中国聚变能源有限公司。2月28日，中国核电公告称，公司拟以增资方式参 股中国聚变能源有限公司，投资金额为10亿元。旨在响应国家未来产业战略发展要求，推动聚变产 业发展。浙能电力同步公告，公司拟以增资方式参股中国聚变能源有限公司，投资金额约7.5亿元。

托卡马克为产业化重点方向， 混合堆有望先行商用进行过渡

磁约束与惯性约束是两大核心技术路线

通常对于核聚变中高温等离子体的约束方式有3种：引力约束、惯性约束以及磁约束。其中引力约束以目 前技术在地面上很难实现，工程中目前两大技术路线为惯性约束和磁约束。后续的发展中，又出现了结 合二者优点的磁惯性约束方案。 惯性约束聚变：通过激光产生的巨大的压强，使核燃料体积在极短的时间内变小，密度变大，原子核发 生聚变反应，释放出能量。 磁约束聚变：利用磁场来约束温度极高的等离子体的核燃料以使其发生聚变反应释能。 磁惯性约束聚变：结合惯性约束与磁约束两条技术路线的特点，约束时间和密度均处于两者之间。

托卡马克是目前产业化主流路线

磁约束被认为是目前最有前景的实现大规模受控核聚变反应的方法，托卡马克是目前产业化重点方向。 核聚变反应所需的燃料（氢的同位素氘和氚）在高温下被电离成等离子体状态，等离子体由大量带正电 的离子和带负电的电子组成。根据洛伦兹力定律，当带电粒子在磁场中运动时，会受到与粒子速度方向 垂直的洛伦兹力。这个力会使带电粒子的运动轨迹发生弯曲，从而被约束在磁场范围内。磁约束维持了 等离子体的稳定性，为核聚变反应的进行提供了必要条件。采用托卡马克装置的磁约束技术路线是最有 可能率先成功的方式，全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆（ITER），即采用了托卡马克装置。

可控核聚变产业链梳理

目前可控核聚变主要实现方案是托卡马克，产业链包括上游材料供应，中游超导磁体、第一壁相关结构、 真空模块及下游的电站运营等。上游覆盖有色金属（钨、铜等）、特种钢材、特种气体（氘、氚）等原 料供应。中游环节是产业链的核心，涉及到聚变技术的研发、装备制造以及相关软件的开发。下游是核 电建设和运营，应用场景包括发电、医疗和科研等领域。

磁体、包层模块和偏滤器是托卡马克的重要组成部件

托卡马克设备的主要组成部件包括磁场线圈相关设备、包层模块、偏滤器等： 磁体：磁体是托卡马克装置的主体工程，用来产生超强磁场约束等离子体。 偏滤器：偏滤器是等离子体与器壁相互作用的主要区域，用来排除氦灰、控制杂质并排出热量。包层模块：包层系统为整个ITER装置提供中子和高热负荷的屏蔽，是ITER的关键系统，由第一壁、屏蔽 块以及支撑结构等组成。其中第一壁直面内部高温等离子体，对装置起重要保护作用。

托卡马克主机成本中，磁体占比最高

ITER实验堆项目成本构成中，磁体占比28%。国际热核聚变实验反应堆（ITER）是国际核聚变研究的巨 型工程，是目前正在建设的世界上最大的实验性低温超导托卡马克核聚变反应堆。根据ITER项目数据， 在一个核聚变实验堆成本中，磁体占比约28%，堆内构件占比约17%，建筑占比约14%，真空室占比约 8%。高温超导强场磁体技术的突破形成了新的紧凑型聚变堆技术路线，其磁体占成本比重更高。以美国 CFS公司的商业化可控核聚变SPARC项目为例，该项目百亿研发预算中，高温超导磁体的支出预计占比 50%。

磁体：等离子体约束装置核心，高温超导是发展趋势

磁体为核聚变装置提供强磁场，约束等离子体运行轨迹。磁约束方案是一种利用强磁场对其内部带电粒 子进行运动约束的聚变形式，磁体是磁约束装置的核心。磁体可以为聚变装置提供强磁场，使带电粒子 在洛伦兹力的作用下被束缚于磁场线，围绕磁场线做螺旋运动，其中既包含了垂直磁场方向的圆周运动， 也包括了沿磁场方向的直线运动。

高温超导托卡马克是未来重点方向。超导磁体的使用大幅提高了磁场强度和稳定性，为实现可控核聚变 提供了关键的磁场条件。高温超导材料具有更高的临界温度和热稳定性，能够显著提升核聚变装置磁场 强度与聚变性能，压缩聚变装置体积，减少聚变装置成本，是未来重点方向。2021年9月，美国麻省理 工CFS团队成功研制了全球首个可用于核聚变的20T高温超导磁体，标志着高温超导核聚变装置进入功 能样机研制阶段。

偏滤器：热能转换与产物排放部

偏滤器通常位于真空室的上下方，控制等离子体与真空室壁面的相互作用。偏滤器是磁约束核聚变装置 最为关键的系统之一，直接承受强粒子流和高热流的冲击，服役环境十分苛刻，而满足偏滤器运行环境 的热沉材料是聚变堆正常运行的关键。

我国偏滤器技术较为领先，产业化进程加快。为配套EAST项目，2012年，中科院等离子体所启动偏滤 器升级改造计划。2018年，法国原子能和替代能源委员会开展的全钨偏滤器托卡马克核聚变实验装置 （WEST）对我国自主研制的偏滤器W/Cu部件达成采购意向。

可控核聚变行业格局：中美争先

全球加大可控核聚变投入，中美有望率先突破

上世纪90年代实现核聚变能科学可行性已得到证实，目前全球主要国家均推出政策、采取行动积极推进 核聚变的商业化进程。国内外的研究进展为实现核聚变的商业化奠定了坚实的基础，并展示了核聚变作 为清洁、可持续能源的巨大潜力。中国在磁约束核聚变技术方面进行了大量研究，如东方超环EAST、 HL-3等；美国、欧洲、日本等也均在不断推进核聚变研究，如美国的国家点火装置NIF、CFS；英国的 JET ；日本的JT60-SA等。

美国：私企主导，核聚变多路径发展

据FIA 2024年报告，美国公司数量最多，达到25家，布局多条可控核聚变技术路线： ✓ CFS（Commonwealth Fusion Systems）创立于2018年，系麻省理工学院（MIT）的衍生公司，参与美 国能源部（DOE）的INFUSE计划，采用磁约束路线，紧凑型高场托卡马克设计，目前融资已达20亿美 元，于2030年实现商用聚变。 Helion创立于2013年，采用磁惯性约束路线，反场配置（FRC）技术。OpenAI首席执行官山姆·奥特 曼为Helion注资3.75亿美元，微软与Helion签署购电协议，将在2028年采购由该公司生产的电力。 TAE Technologies，美国核聚变能源企业，最早成立于1998年，原名Tri Alpha Energy，2017年正式更 名TAE，采用磁惯性约束路线，FRC技术。2022年8月1日，TAE Technologies完成G-2轮融资，用于支 持建设下一代核反应堆平台Copernicus。

中科院BEST：进入分区完工交付阶段，预计2026年建设完成

BEST装置是全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）的后续项目，将在第一代EAST装置的基础上， 首次演示聚变能发电，并有望率先建成世界首个紧凑型聚变能实验装置。BEST装置将使用真实的原料 氘和氚进行可控核聚变反应，2025年3月5日首块顶板顺利浇筑，标志着工程全面进入分区完工、分区交 付的阶段。项目计划在2026年建设完成，有望在全球首次演示聚变能发电。

产业进展：聚变-裂变混合堆有望率先落地

“星火一号”：2023年11月12日，联创光电超导和中核聚变（成都）签订了协议，双方 计划联合建设聚变-裂变混合实验堆项目“星火一号”。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。项目计划Q值大于30，实现连续发电 功率100MW，工程总投资预计超过200亿元。

Z-FFR：中物院主导，采用磁惯性约束，Z箍缩技术，预期2040年实现Z-FFR商业化供 能目标论证发展规划。该计划设立了三阶段任务：①关键技术攻关（2024—2030年）针 对Z-FFR的聚变点火、长寿命重频驱动器和深度次临界能源包层3项关键技术同步开展攻 关；②工程演示阶段（2031—2040年）2035年建成1000兆瓦级热功率的池式综合试验 堆，采取逐级推进的方式，分步实现集成演示混合堆各项关键技术的演示目标；③商业 发电推广阶段（2040年以后）2035年开始建设1000兆瓦级电功率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。

报告节选：

编辑：火腿肠