2025年可控核聚变行业深度：商业进程、市场空间、产业链及相关公司深度梳理

一、行业概述

1、核聚变有望成为人来的终极能源

核能的释放主要分为核聚变和核裂变。核聚变是两个轻原子核结合形成一个较重原子核，同时释放大量 能量的过程。与之相反，核裂变反应是通过中子轰击不稳定的重元素放射性同位素（如铀 235），使其 分裂成更小的原子并释放出更多中子。核裂变反应需要精密控制，否则可能会导致大量放射性污染物的 释放。

核聚变具备燃料丰富、能量密度大、清洁、安全性高等突出优点，被视为人类理想的终极能源： 燃料资源丰富：氢同位素存在广泛，可在海水中提取，燃料供应相对充足。氘在地球上主要以重水的形 式存储在海洋，含量占氢的 0.0156%，氚是一种半衰期仅为 12 年的放射性同位素，在自然界没有稳定 存在，一般利用中子轰击锂原子来制备； 能量密度大：单位质量核聚变释放的能量远高于其他形式的能源，以 100 万千瓦的电站一年所需燃料为 例，传统的燃煤电厂需要大约 200 万吨煤，燃油电厂需要约 130 万吨燃油，核裂变电厂需要约 30 吨 UO2，而核聚变燃料氘的消耗大概 0.6 吨； 清洁环保：氘氚核聚变反应的产物是惰性气体氦，不产生高放射性、长寿命的核废物，也不会产生有毒 有害气体或者温室气体； 安全性高：由于可控核聚变所需的上亿度高温和复杂磁场等苛刻条件，一旦反应堆出现问题，聚变反应 会立即停止，不会出现“失控”链式反应，从而具有固有安全性。

2、氘氚聚变或为实现核聚变的重要反应方式

实现核聚变的方式有多种，氘氚聚变目前为实验室主流反应，主要原因有以下几点：

氚氚聚变（DT 聚变）反应具有最大的反应截面。由于氢原子核只有质子，仅靠两个质子无法形成束缚 态，因此需要氢的同位素。氢有三种同位素，分别是氕（H）、氘（D）、氚（T）。在这些组合中，氚 氚聚变（DT 聚变）反应具有最大的反应截面，能够在最广泛的范围内发生反应，所需外部力量（例如 加热和加压）最小，反应难度最低。因此，DT 聚变是目前最主流的技术路线。

实验原料获取相对便利。氘燃料可以通过电解重水来获得，而氘在自然界中的总量较多且广泛分布，可 供人类使用数十亿年。虽然氚在自然界中总量较少且分散，但可以通过在聚变堆内使用中子轰击锂-6 来 产生。 温度阈值容易达到。在核聚变中，氘氚聚变相对容易实现。只需要将温度提升至 1.5 亿摄氏度以上（相 当于太阳核心温度的十倍）。 氢核比结合能最小。可控核聚变以氢为原料的选择源于氢拥有最低的比结合能，核内的质子和中子结合 较为松散，使其更易与其他原子核发生聚变。

3、如何实现可控的核聚变

实现可控的核聚变需要满足高温、高压等苛刻的反应条件。氢弹作为武器已实现了不可控核聚变，但要 作为能源使用，就必须实现能量可控制地缓慢释放，核聚变需要苛刻的反应条件，其中有 3 个条件最为 关键： 温度：聚变反应需要氘和氚原子核直接碰撞，这对于都带正电荷的两个原子核来说是十分困难的。温度 是微观粒子热运动的宏观表现，温度越高粒子所携带的动能也就越大，温度高到一定程度时，氘和氚核 才可以克服巨大的库伦势垒实现接触并发生融合反应； 粒子密度：较高的等离子体密度也至关重要，它可以增加粒子之间的碰撞频率，从而大大提高聚变反应 发生的概率； 约束时间：为了实现有效的核聚变，等离子体还需要在高温和高密度的状态下保持足够长的时间，即具 备一定的能量约束时间。较长的约束时间能够确保聚变反应持续稳定地进行，源源不断地产生能量。因 此，等离子体温度、粒子密度和约束时间的乘积必须大于某个特定值，才能产生有效的聚变功率，从而 实现核聚变反应的持续进行，这三者的乘积被称为“劳逊判据”，是判断核聚变反应是否能够自持并产生 净能量的重要条件之一。 因此，等离子体温度、粒子密度和约束时间的乘积必须大于某个特定值，才能产生有效的聚变功率，从 而实现核聚变反应的持续进行，这三者的乘积被称为“劳逊判据”，是判断核聚变反应是否能够自持并产 生净能量的重要条件之一。

此外，Q 值（Q-Value）也是衡量核聚变反应效率以及可行性的重要参数。尽管满足劳逊判据是触发核 聚变的基本条件，但要实现商业上的可行性，仅仅达到这个标准还不够，关键在于聚变反应释放的能量 必须大于维持聚变所需要的输入能量，核聚变装置输出能量与输入能量之间的比值被称为 Q 值，Q 值越 高，表明核聚变反应越有效率。当 Q 值大于 1 时，说明聚变输出的能量超过了输入能量，但是如果输出 效率低，成本过高，则依然难以商用，一般认为一个商业聚变堆的 Q 值至少需要达到 10。在理想条件下，如果 Q 值可以无限增大，则意味着系统在一次“点火”后释放出的能量足够支持核聚变自持续进行， 无需外部能量输入。

二、可控核聚变的实现方式

核聚变的约束方式主要有引力约束、惯性约束和磁约束三种方式。达到聚变条件后，还要对高温聚变物 质进行约束，以实现长脉冲稳态运行，即延长可控聚变反应时间，从而获得持续的核聚变能。在核聚变 反应过程中燃料通常被加温到 1 亿摄氏度以上，鉴于如此高的温度，唯有通过特定的场约束技术，才有 可能实现对热核聚变燃料的有效约束，实现可控聚变约束有三种途径，即引力（重力）约束、惯性约束 和磁约束。

1、引力约束：恒星内部核聚变反应的主要约束方式，目前在地球上无法 实现

恒星自身质量巨大，巨大的质量产生强大的引力，将氢原子核等物质紧紧地束缚在一起，这种强大的引 力克服了原子核之间由于带有相同电荷而产生的静电斥力，使得原子核能够靠近到足够近的距离，从而 在高温高压的环境下发生核聚变反应。这种约束方式依赖天体的超大质量，是一种天然存在的热核聚变 反应堆，然而由于人类无法在满足足够小体积的条件下制造出如此大质量的物体，因此以人类现阶段的 技术手段尚无法在地面上制造出可以实现引力约束核聚变的反应装置。

2、惯性约束：一种利用粒子的惯性来实现核聚变的方法，需要大量的能 量输入和精密的控制技术

惯性约束通常采用高能量的激光或粒子束将燃料加热和压缩为等离子体，在自身惯性作用下，等离子体 在极短的时间内来不及向四周飞散，在此过程中被压缩至高温、高密度的物理状态，从而发生核聚变反 应。这种约束方式约束的时间尺度较短，形成的等离子体具有较高的温度和密度等特征参数，需要大量 的能量输入和精密的控制技术。

3、磁约束：聚变能量约束时间长、技术成熟度高、工程可行性较强，是 目前实现聚变能开发的最有效途径

由于带电粒子在磁场中趋向于沿着磁力线运动，而横跨磁力线的运动将会受到限制，这时的磁场可以起 到约束带电粒子的作用。磁约束核聚变通过加热等外部手段将燃料温度提升，极高的温度使得燃料完全 电离形成等离子体，然后采用特殊结构的磁场形式把燃料离子和大量自由电子组成的处于热核反应状态 的高温等离子体约束在有限的体积内，使之受到控制地发生核聚变反应，并在此过程中释放出能量。增 强磁场可以大幅度地减小带电粒子横越磁力线的扩散和导热特性，使处于磁场中的高温等离子体与反应 容器的壁面隔开，从而保护壁面不受高温侵袭。由于磁约束的能量约束时间长、技术成熟度高、工程可 行性较强的特点，在可控性、经济性和商业化前景上相比其他约束方式更具有明确的优势，因此被认为 是目前最有希望实现大规模受控核聚变反应的一种约束方式。目前磁约束方案已经被广泛使用，占据了 62%的核聚变装置市场份额。 基于磁约束原理的托卡马克装置逐步在核聚变研究领域占据主导地位。基于磁约束的基本原理，发展出 了托卡马克、磁镜、仿星器、球形托卡马克、直线箍缩、环箍缩等多种类型磁约束核聚变装置，其中托 卡马克装置因其具有高效的等离子体约束和稳定的平衡能力，并且工程上设计建造相对简单、运行维护 方便，经过多年研究发展技术成熟且有多次成功的实验验证，再加上广泛的国际合作和强大的研究基础， 逐步成为目前主流的核聚变装置。托卡马克（Tokamak）由苏联科学家在 20 世纪 50 年代提出，名字 由俄语的“环形（Toroidal）”、“真空室（Kamera）”、“磁（Magnit）”、“线圈（Kotushka）”几个词组 成，因其工作中会产生环形等离子体电流，所以也被称为环流器。托卡马克的形状酷似一个“甜甜圈”， 拥有一个环形真空室，环形中心是一个铁芯变压器，通过变压器初级线圈电流的变化产生磁场，从而在 环形真空室内形成等离子体电流并加热等离子体。真空室外有不同方向的线圈，分别产生环向和纵向的 磁场，真空室内形成的环形等离子体电流则会提供极向磁场，最终形成环形螺旋状磁场，将等离子体约 束在真空室中心。

托卡马克装置已被实验证明具备科学可行性，目前最有可能首先实现商业化。在 20 世纪 90 年代，欧 盟的 JET、美国的 TFTR 和日本的 JT-60 这三个大型托卡马克装置在磁约束核聚变研究中获得许多重要 成果，等离子体温度达 4.4×108?，这一温度大大超过氘氚反应的点火的要求；在氘氚粒子密度为 1:1 的 实验中，脉冲聚变输出功率超过 16.2MW；聚变输出功率与外部输入功率之比 Q 等效值超过 1.25。这些 实验的成功，初步证实了基于氘氚的磁约束聚变途径作为核聚变反应堆的科学可行性，同时表明托卡马 克是最有可能首先实现聚变能商业化的途径。

托卡马克装置的主要部件包括真空室（Vacuum Vessle）、磁体（Magnets）、包层模块 （Blankets）、偏滤器（Divertor）、真空杜瓦（Cryostat）5 个部分，另外还有真空系统、低温系 统、氚增值、电源诊断系统等支持系统。其主要部件的作用为： 真空室：是一个重要的环形容器，其内部创造出一个高真空环境，以维持等离子体的存在。等离子体在 这样的环境下不会与任何物质接触，从而减少热损失并保持其超高温状态。真空室同时也承担着支撑整 个设施结构的作用； 磁体系统：由多个线圈组成，其中包括托卡马克的标志性环向场线圈和中央螺线管，这些线圈产生强大 的磁场，用来稳定和控制沸腾状态的等离子体，防止其接触到任何实体表面，此外外侧的极向场线圈用 以进一步控制等离子体，确保其均匀分布并维持在中心； 包层模块：位于真空室内侧，主要作用是隔热和辐射屏蔽，保护结构免受炽热等离子体产生的高热和中 子辐射的伤害，未来的增殖包层还将有助于氚的生成； 偏滤器：处于托卡马克装置的底部，功能类似于“烟灰缸”，负责从等离子体中清除杂质和废物，从而保 持整个环境的纯净和等离子体的稳定； 真空杜瓦：围绕着整个托卡马克装置的外壳，为内部组件提供额外的保温效果，确保设施内部在适宜的 温度下运行，同时也支撑整体结构。

4、聚变-裂变混合堆：结合了聚变能和裂变能的优势，同样具备商业化潜 力

核聚变-裂变混合堆是一种利用核聚变和裂变过程相结合来生产核燃料及发电的方法，是一种次临界能 源堆芯，其核心思想在于使用氘-氚聚变反应堆产生的高能中子，来激发聚变反应式外的铀-238 或钍232（这两个元素被认为是核废料）这类非易裂变材料的裂变，生成的钚-239 或铀-233 在热中子作用下 进一步裂变，从而释放巨大能量并输出大量中子。裂变能量以热的形式被导出用于发电，输出的中子输 运到产氚包层内与锂-6 反应产生氚，补充聚变消耗，实现聚变燃料自持。因为所用的裂变材料本身热中 子区不可维持链式反应，故这种裂变在热堆不会自发临界，因此聚变-裂变混合堆在安全性、经济性、 能源优化利用以及环境影响方面具有独特的优势，被认为是目前最具商业化机会的堆型之一，也被视为 纯聚变堆真正应用前的“过渡”堆型。目前国际上主要的混合堆项目有中国“星火一号”、中国 Z 箍缩驱动 聚变裂变混合能源堆（Z-FFR）、韩国聚变嬗变反应堆（FTR）等。

三、可控核聚变商业化进程

1、国际：世界各国积极探索，目前已进入工程可行性验证阶段

（1）实验堆加快落地，商业堆紧随其后

可控核聚变的商业化发展路径为实验堆→示范堆→商用堆。可控核聚变的商业化落地需要逐级验证科学 可行性与经济可行性实现技术跃迁。实验堆阶段需攻克能量净增益与稳定点火两大基础科学难题，通过 高温等离子体约束技术实现可控的聚变反应；示范堆阶段需将实验成果工程化，在连续运行、燃料自持 循环等维度提升 Q 值至商业化门槛，并验证成本可控性；商用堆则依赖规模化技术与工业体系支撑，通 过持续点火与高 Q 值运行实现稳定供电。从单次点火到持续反应，从能量亏损到经济增益，每个阶段均 为下一层级提供不可替代的技术验证与风险缓释。目前国内外在运的核聚变反应堆以实验堆为主，根据 IAEA 的数据统计，2024 年实验堆的数量占到总聚变项目的 87%（其余 13%并不是实现稳定运行的商业 堆，而是部分通过等离子体放电实验积累的工程数据，如 2024 年日本 JT-60SA 实现 403 秒超导运行 算作了“准聚变电站”范畴）。

（2）ITER 为全球最大的国际热核聚变实验堆合作项目之一

可控核聚变的科学可行性已被托卡马克装置证明，目前进入工程可行性验证阶段。核聚变产业的发展可 以分为五个阶段：科学理论、科学可行性、工程可行性、商业可行性与商业堆。自 1934 年澳大利亚物 理学家奥利芬特（Oliphant）首次实现氘-氘核聚变反应以来，几乎每个工业化国家都建立了自己的聚变 物理实验室，到 20 世纪 50 年代中期，核聚变装置已在苏联、英国、美国、法国、德国和日本运行，通 过在这些机器上的实验，科学家们对聚变过程的理解逐渐加深。1968 年，苏联取得了重大突破，其研 究人员利用托卡马克装置，获得之前从来没有的温度水平和等离子体约束时间，之后托卡马克就逐渐成 为了国际磁约束核聚变研究的主流设备，托卡马克装置的数量在全球范围内快速增加。直到 20 世纪 90 年代，欧盟的 JET、美国的 TFTR 和日本的 JT-60 这三个大型托卡马克装置在磁约束核聚变研究中获得 许多重要成果。当前全球已建成多个托卡马克装置。

ITER 是全球最大的国际热核聚变实验堆合作项目之一，旨在验证磁约束聚变能的工程技术可行性。 ITER 计划（国际热核聚变实验堆计划，International Thermonuclear Experimental Reactor）是 1985 年由美苏首脑倡议、国际原子能机构 IAEA 支持的超大型国际合作项目，实验堆位于法国南部，ITER的目标是从等离子体物理实验研究实现到大规模电力生产的核聚变发电厂的转变，ITER 建成后将成为 世界上最大的托卡马克装置。ITER 的主要科学目标是，第一阶段通过感应驱动获得聚变功率大于 500MW、Q 值大于 10、脉冲时间 500s 的燃烧等离子体；第二阶段，通过非感应驱动等离子体电流， 产生聚变功率大于 350MW、Q 值大于 5、燃烧时间持续 3000s 的等离子体，研究燃烧等离子体的稳态 运行，如果约束条件允许，将探索 Q 值大于 30 的稳态临界点火的燃烧等离子体(不排除点火)。ITER 项 目科学目标的实现将为商用聚变堆的建造奠定可靠的科学和工程技术基础。

ITER 项目由中国、美国、俄罗斯、欧洲等七方共同发起参与。ITER 成员国包括中国、欧盟（通过欧 洲原子能共同体 EURATOM）、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国，这七方成员作为 2016 年缔结 ITER 协议签署方，将分担项目建设、运营和退役的费用，同样还共享实验结果以及制造、施工和运营 阶段产生的任何知识产权，其中欧洲承担了最大的建造成本（45.6%），其余部分由中国、印度、日本、 韩国、俄罗斯和美国平均分配（各占 9.1%）。

ITER 目前仍处于建设当中，面临技术挑战进度有所推迟、预算上涨。ITER 的基础建设开始于 2010 年， 原计划于 2025 年完成建设并正式开始等离子体试验，并在 2033 年实现全等离子体流，而根据 ITER 理事会在 2024 年 6 月发布的最新版项目时间表，由于新冠肺炎全球的流程和部分部件面临的技术挑战， 项目的建设进度进一步推迟，计划于 2034 年开始研究操作（Start of Research Operation，SRO），并 在 2039 年开始氘-氚反应，较原计划推迟 4 年。另外，根据 2001 年最初的设计，ITER 项目预计的总 投资额为 50 亿欧元，但是随着设计的更改、施工成本的上升，其预算也提高到了 200 亿欧元。

（3）除了托卡马兊装置以外，激光惯性约束和仿星器的技术路线也取得了较大进展

目前装置中除了托卡马克以外，激光惯性约束和仿星器路线也取得了不错的进展：美国国家点火装置 （National Ignition Facility，NIF）是世界上最大的惯性约束聚变设施和最大的激光装置，由美国劳伦 斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）于 2009 年 2 月建造完成，2022 年 12 月 NIF 首次实现聚变点火，并 且实现了净能量增益（输入能量为 2.05MJ，输出能量达到 3.15MJ），随后在 2023 年连续三次实现点 火成功，并不断刷新净能量增益的记录；位于德国的 Wandelstein X-7 是目前是世界上最大的仿星器装 置之一，该装置在 2015 年 10 月完工，在 2023 年实现了 1.3 吉焦耳的能量周转，放电持续了 8 分钟， 创下新的记录。

2、国内：国家战略与民企创新共推中国可控核聚变加速突破

（1）中国可控核聚变发展历史

我国聚变研究开始于 20 世纪 50 年代，基本与国际同步。早在 1955 年，钱三强和李正武等一批具有远 见卓识的科学家，便提议开展中国的“可控热核反应”研究，以探索核聚变能的和平利用；1958 年，位于 北京的 401 所（现中国原子能科学研究院）及中国科学院物理研究所等科研单位陆续开展磁约束可控核 聚变研究，先后设计研制建造了包括脉冲磁镜、仿星器、角向箍缩装置和托卡马克等类型各异的磁约束 聚变研究装置；1972 年，受到苏联 T-3 托卡马克装置的启发，合肥中科院物理所开始小型托卡马克装置 的建设，取名 CT-6，意思是“中国托卡马克”。总体来说，从 20 世纪 50 年代的起步到 80 年代，更加专 注于理论基础研究及对各个技术路线的实验，属于“小规模多途径”的初步探索的阶段。 从 80 年代开始，在核能发展“三步走”路径的明确指引下，我国聚变能源的研究步入了快速成长的黄金 时期。1983 年，原国家计委、国家科委联合召开“核能发展技术政策论证会”，首次提出我国核能“热堆快堆-聚变堆三步走”的发展战略，在国家核能“三步走”发展路径的指引下，我国的聚变科学研究也步入 了快速发展的快车道。1984 年，在四川乐山建成的中国环流器一号（HL-1），是中国核聚变研究史上 的重要里程碑，这是中国核聚变领域的第一座大科学装置。后续建成了中国第一个超导托卡马克装置 HT-7、中国第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置中国环流器二号 A（HL-2A），世界上第一个全超导 非圆截面托卡马克装置东方超环（EAST）。 21 世纪以来，我国核聚变实现不断突破，已具备引领全球核聚变发展的潜力。通过多年的持续投入和 不懈努力，中国在核聚变领域取得了一系列重要成就，中国可控核聚变研究在国际上已处于非常先进的 水平。EAST 装置自 2006 年建成运行以来，等离子体运行次数超过 15 万次，不断刷新托卡马克装置高 约束模运行新的世界纪录，在 2012 年实现 30 秒高约束模，2016 年实现 60 秒高约束模，2017 年实现 101 秒高约束模，2023 年实现 403 秒高约束模，2025 年实现 1066 秒高约束模，在稳态等离子体运行 的工程和物理上始终保持国际引领。此外，中国环流三号（HL-3）在 2023 年 8 月 25 日，宣布首次实 现 100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行。并且在这一时期，能量奇点、新奥集团、星环聚能等 民营企业和民间资本陆续成立和加入可控核聚变的开发，中国在可控核聚变领域的研究正在加速前行。

（2）目前在核聚变领域初步形成了西物院和等离子体所牵头，多家商业公司积极参与 的栺局

我国的核聚变研究以核工业西南物理研究院和中科院等离子体物理研究所这两大科研机构为核心，都是 我国较早致力于可控核聚变和等离子体物理研究的专业科研院所，分别依托“中国环流（HL）系列”和 “东方超环（EAST）”，推动核聚变的基础研究和技术研发。 与此同时，2020 年之后国内也涌现了多家商业公司，包括聚变新能、中国聚变能源、新奥能源、能量 奇点、星环聚能等等，均都获得了数亿元的融资，这些商业公司的画像以高校与科学家为主，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。同时大多采用“科研院所 +商业公司”的协同模式，未来有望凭借其灵活的市场机制和创新能力，在推动核聚变技术应用和商业化 方面扮演着重要角色。 今年以来，聚变新能（安徽）、中国科学院等离子体所等公司的项目招标工作进入加速阶段，累计招标 已超过 46 项。

（3）中国根据自己的国情，制定了中国磁约束聚变能发展路线图

为了尽早地实现可控聚变核能的商业化，充分利用我国现有的托卡马克装置和资源，制定了一套完整的 符合我国国情的中国磁约束聚变发展路线示意图。中国磁约束聚变能的开发将分为 3 个阶段：第一阶段， 力争在 2025 年推动中国聚变工程试验堆立项并开始装置建设；第二阶段，到 2035 年建成中国聚变工 程试验堆，调试运行并开展物理实验；第三阶段，到 2050 年建成商业聚变示范电站。其中，CFETR 将 着力解决一系列存在于 ITER 和 DEMO 之间的科学与技术挑战，包括实现氘氚聚变等离子体稳态运行， 公斤级氚的增殖、循环与自持技术，可长时间承受高热符合、高中子辐照的第一壁和先进偏滤器材料技 术等。合肥综合性国家科学中心的“十三五”重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”项目 正在建设中，将瞄准聚变堆主机关键系统设计研制，建设国际一流开放性综合测试和研究设施，这为中 国掌握未来聚变堆必备的关键工程技术创造了有利条件。

（4）近几年支持政策不断推出，“从上到下”支持可控核聚变发展

在“双碳”目标下，从中央到地方政府制定了一系列政策，来支持可控核聚变的研究和发展，国务院 《2030 年前碳达峰行动方案》要求推进可控核聚变技术研究；国家发改委、国家能源局《“十四五”现 代能源体系规划》在专栏中指出支持受控核聚变的前期研发。

3、全球可控核聚变行业融资额持续高增

全球可控核聚变技术里程碑事件频频出现，行业投资额持续增高。自 ITER 成立各国开展研究合作后， 各国基于 ITER 技术平台开展探索并分别取得多项里程碑式成就。此外，近两年各国政府及企业在核聚 变领域陆续开展投资活动，投融资金额持续升高。核聚变行业目前已经进入加速阶段。

核聚变行业进入快速发展阶段。全球核聚变行业成立公司持续增多，2024 年核聚变公司已经增长至 45 家。2024 年行业累计融资金额已经超过 71 亿美元，相较于 23 年增加 9 亿美元。

核聚变行业普遍预期聚变商业化时点将近，商业化落地时间预计在 2031-35 年。根据《The global fusion in dustry in 2024》报告，多数公司对于核聚变实现发电、进入商业化落地阶段的预测时间在 2030 年附近。

4、核聚变目前仍面临较多的挑战

目前核聚变仍然面临较多问题。

（1）锂资源供需矛盾

氚燃料需求：1GW 聚变堆年消耗氚量约 50-100kg，需消耗锂-6 约 150-300kg（每 kg 氚需 3kg 锂-6）。 全球锂-6 储量少，陆基锂矿中锂-6 丰度 7.5%，可开采量约 1500 万吨（折合氚产能 5 万吨），仅能满足 1000 座 1GW 电站运行 50 年。 资源争夺风险：锂矿分布集中（智利、澳大利亚、中国占全球 70%），地缘政治影响供应链安全。锂-6 分离技术壁垒（同位素离心法能耗高，中国已掌握激光法分离技术，纯度 99.9%）。

（2）氚自持技术挑战

氚增殖包层（TBR）瓶颈：当前实验值 ITER 的 TBR=1.05（理论极限 1.15），需通过中子倍增剂（铍/ 铅）优化提升至 1.1 以上；中科院合肥物质院在 EAST 上实现 TBR=1.08，液态锂铅包层设计领先。 氚滞留与渗透损失：第一壁材料氚滞留率需＜5%（目前钨基材料滞留率约 10%）；氚回收技术突破 （日本 JAEA 开发低温蒸馏法，回收率＞95%）。

（3）海水提氚技术展望

技术现状：海水氚浓度极低（约 0.001-0.1Bq/L），提氚成本高达$3000 万/kg（为锂提氚的 100 倍）； 中国研发石墨烯/MOFs 复合吸附剂，对氚吸附容量提升至 5mg/g（传统材料小于 0.1mg/g）。 未来路径：一条路是高效吸附-催化分离一体化，日本京都大学开发光催化氚富集技术，海水处理成本 有望降至$100 万/kg。中国“海水提氚”专项规划，计划 2035 年建成千吨级海水提氚中试装置。另一条 路是氚-氘同位素分离，低温精馏法能耗优化（清华大学实现能耗降低 30%），激光同位素分离（美国 LLNL 实验室验证可行性，分离效率>90%）。

短期（2025-2035）：以 ITER 和 SPARC 验证氚增殖技术，推动锂-6 提纯产能扩张（年产能达 10 吨 级）。中期（2035-2050）：通过海水提氚技术突破（成本＜$500 万/kg）和氚闭环循环（损失率＜1%），支 撑千座级电站部署。 长期（2050 后）：向氘氘聚变过渡（需实现 1 亿度以上点火温度），彻底摆脱锂资源约束。

四、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。

五、产业链分析

1、产业链概述及成本拆分

产业链上游主要是各类原料供应：包括金属钨、铜等第一壁材料，各类有色金属等高温超导带材原料以 及氘氚燃料。这些原材料是建造核聚变装置的基础，钨和铜作为第一壁与偏滤器的主体材料，需承受高 达每秒数兆瓦的热负荷及中子辐照；超导材料中，低温超导材料（如 Nb3Sn）仍是 ITER 等传统装置的 主流选择，但高温超导带材（如 ReBCO）因可在更高温度下维持强磁场，正在被一些商业聚变公司所 试验应用；重水、Li6 则是实现核聚变反应的必要原料。 中游主要为各类设备：包括磁体、偏滤器、第一壁、磁体支撑等核聚变主机设备，以及压力容器、蒸汽 发生器、汽轮机、发电机、各类泵阀等其他设备。这些设备的设计与制造需要极高的精度与可靠性，以 保证核聚变装置能够安全稳定运行。其中超导磁体占总投资成本 20-30%，是装置运行的核心部件。 下游主要为核电站运营：是技术成果转化与商业化应用的核心环节，用于商业发电。

从聚变装置成本拆分来看，设备占比或超一半： ITER 实验堆（低温超导技术）：侧重工程实验验证，成本占比最高的是磁体系统（28%），或因低温 超导材料的高成本所致；真空室占比约 8%。 DEMO 示范堆（高温超导技术）：侧重商业化落地，高温超导的紧凑化设计有望大幅降低磁体成本 （12%）；真空室或受益于 3D 打印钨基复合材料和模块化工艺，成本降至 2%。其中，设备相关（容器 内部件、真空室、磁体、加热和电驱、低温和水冷系统、仪表和控制）合计占比 55%。 上述成本结构的变化，或揭示了未来技术的重要趋势：1）高温超导对降本的重要性；2）钨基材料或为 未来重点应用材料。

积极参与 ITER 项目，显著推动了国内产业链升级与技术创新。中国在 ITER 项目中负责 18 个采购包 的实物贡献，包括磁体支撑、校正场线圈、环向场线圈导体、极向场线圈导体导体、校正场线圈和馈线 导体、磁体馈线系统、第一壁、屏蔽包层等等核心部件。通过承担这些核心部件的制造和安装，推动了 我国在超导材料、特种钢材等关键材料领域，以及精密加工、焊接、装配等高端制造技术的进步，培育 出了较为完整且具备国际竞争力的可控核聚变产业链。

2、产业链重点环节

（1）磁体：约束等离子体的核心部件，高温超导是趋势

磁体系统是整个磁约束聚变装置的核心。磁约束聚变装置的磁体系统的主要作用是产生磁场，用来产生、 约束、控制等离子体，是整个装置最核心的部件。ITER 的磁体系统主要由四部分构成，包括环向磁场 （Toroidal Field，TF）线圈、中心螺线管（Central Solenoid，CS）磁体、极向磁场（Poloidal Field， PF）线圈以及校正线圈（Correction Coil，CC），其中纵向磁场和中心螺线管采用的是 Nb3Sn 的超导 线，用量超过 500 吨（总长度超过 10 万千米）。

近年采用低温超导和高温超导的核聚变装置越来越多。自 1911 年超导电性发现以来，已发现的超导材 料有上千种，但基于载流性能、热稳定性、成材能力等综合性能的筛选，具有实用化前景的超导材料并 不是很多。通常根据各种材料超导临界转变温度（Tc）以及超导电性的形成机理，将现有的几种实用化 超导材料分为低温超导材料和高温超导材料两大类。 一般将 Tc＜25K 的超导材料称为低温超导材料，目前已实现商业化的主要为 NbTi（Tc=9.5K）和 Nb3Sn（Tc=18K）这两种典型的实用化低温超导材料；Tc≥25K 的超导材料称为高温超导材料，目前具 有实用价值的高温超导材料有：铋系超导体（Bi2Sr2CaCu2O8和 Bi2Sr2Ca2Cu3O10）、REBa2Cu3O7-x超导 体（RE=Y，Gd 等稀土元素）、二硼化镁（MgB2）和铁基超导体等。 高温超导材料能够提供更强的磁场，使得聚变装置尺寸减小，降低聚变堆的成本。首先，超导体具有零 电阻效应，能够减少电流传输过程中的能量损耗，从而解决电阻和损耗的问题。其次，超导线圈的载流 能力强，能够提供更强的磁场强度。这对于磁约束可控核聚变非常重要，因为高温超导线圈可以提供足 够强的磁场来约束等离子体，提升等离子体的约束时间。此外，高磁场强度也有助于降低聚变堆的成本， 因为聚变功率与磁场强度的 4 次方成正比，而装置半径的 3 次方成反比。因此，高温超导材料能够提供 更强的磁场，使得聚变装置尺寸减小，进而降低聚变堆的成本。

在国际上，美国麻省理工学院的高温超导紧凑型托卡马克 SPARC 装置以及英国卡拉姆聚变能源中心负 责的 STEP 装置成为代表性项目。使用新型高温超导材料后，SPARC 反应堆的性能指标将与国际热核聚 变实验堆（ITER）相当，但其体积仅为 ITER 的 2%。SPARC 装置中高温超导磁体成本占比达 50%。

目前，这些项目都处于概念设计阶段。国内的多家民营企业，如新奥集团、星环聚能和能量奇点等，也 在进行相关研究。

稀土钡铜氧化物（rareearthbarium copper oxide，REBCO）带材，即第二代高温超导带材（简 称二代带材）经过 30 几年的技术发展形成了一种典型的多层复合结构。二代带材拥有高超导转变温度、 高载流能力、高不可逆场以及廉价的生产原料等优势，是产生强磁场或应用在强磁场环境中的关键材料 之一。 REBCO 带材一般由金属基带（Substrate）、缓冲层（Buffer Layer）、超导层、保护层等构成。 金属基带用来作为超导层的机械支撑基底，一般用镍及其合金、铜等；缓冲层由多层氧化物构成，如下 图中的 Al2O3、Y2O3等，用来防止金属基带与超导层之间的元素扩散，避免超导性能退化；REBCO 超 导层，承载超导电流的核心层；保护层，用银（Ag）或银合金，部分带材在银层外加覆铜（Cu）以增 强机械强度，防止 REBCO 层在空气中吸湿或氧化导致性能退化。

高温超导带材仍处于产业化初期。目前具备实用价值的铋系和钇系高温超导材料都属于氧化物陶瓷，在 制造供应商必须克服加工脆性、氧含量的精确控制与基体反应等问题，因此价格较为昂贵，与已经实现 商业化大规模应用的低温超导不同，仍处于产业化的初期。 目前国内的高温超导生产以上海超导和东部超导为主。REBCO 带材超导层镀膜技术主要包括脉冲激光 沉积（pulsed laser deposition，PLD）、金属有机化学气相沉积 （metalorganicchemicalvapordeposition，MOCVD）、金属有机盐沉积（metal organic deposition， MOD）以及反应共蒸发（reactive co-evaporation，RCE）4 种技术路线，缓冲层镀膜技术主要包括离 子束辅助沉积（ion beam assisted deposition，IBAD）和倾斜衬底沉积（inclined substrate deposition， ISD）2 种技术路线。 可控核聚变进展加速，将带来高温超导带材需求增长。根据上海翌曦科技发展有限公司创始人兼董事长 金之俭在接受采访时透露的数据，美国 CFS 公司的 SPARC 示范装置超导带材用量就接近 1 万公里，瞄 准实现聚变发电的 ARC 工程实验堆需求量可能会达到 2.4 万公里，而 2021 年全球的超导带材产能仅 3000 公里。未来随着以可控核聚变为代表的下游进展加速，有望带动高温超导带材需求快速提升、产 能快速增长和价格快速下降。

（2）偏滤器和偏滤器材料

偏滤器是核聚变装置的不可或缺的重要组件，工作环境极为严酷。偏滤器位于真空室上下方，其主要功 能为 1）排出来自聚变等离子体的能流和粒子流；2）有效地屏蔽来自器壁的杂质，减少对芯部等离子体 的污染；3）排出核聚变反应过程中所产生的氦灰等产物，并提取有用的热量用于发电。偏滤器同样直 接承受强粒子流和高热流的冲击，承受高能逃逸离子的沉淀能量，其表面热负荷远高于第一壁表面平均 值，服役环境同样十分苛刻。以 ITER 的偏滤器为例，主要由穹顶板、内外靶板、抽气系统、冷却系统 等组成，其中内、外靶板是受等离子体轰击最激烈的区域，同时也是装置中热负荷最严苛的区域。 国光电气具有偏滤器的生产能力。

偏滤器构成主要包括面向等离子体材料和热沉材料，偏滤器热沉材料的性能对聚变堆能否成功运行起着 关键作用。偏滤器的面向等离子体材料面对的工况与第一壁相似，所以同样钨基合金成为理想的材料选 择，我国 EAST 装置偏滤器历经 3 次升级换代，先后采用了 3 种不同类型的靶板材料，2006 年 EAST 第一次放电时靶板材料为奥氏体不锈钢，且无冷却结构；2008 年，经过升级改造，将偏滤器靶板材料 换成了石墨瓦，并增加了主动水冷结构；2014 年，EAST 偏滤器优化为类比 ITER 结构的水冷钨铜穿管 型模块。而为了维持偏滤器在严苛条件下的正常运行，目前主流的解决方案是在偏滤器的热沉材料中开 流道通冷却剂，带走等离子体与偏滤器相互作用产生的大量热量，从而确保偏滤器处于其许用温度范围 内，使偏滤器能够在聚变堆内正常服役。因此，偏滤器热沉材料的性能对聚变堆能否成功运行起着关键 作用。从另一个角度来说，偏滤器承受高热负荷的能力限制了聚变堆运行的最大功率，而热沉材料的热 物理性能和力学性能是提高偏滤器承受热负荷的关键。 铜及铜合金成为偏滤器热沉材料首选。为满足聚变堆偏滤器的服役环境，对热沉材料的性能提出了以下 基本要求：1）具有高的热导率；2）高温下具有较高的强度和断裂韧性等力学性能；3）具有良好的抗 中子辐照性能；4）具有长期服役的热稳定性；5）具有较强的耐腐蚀性能，低的均匀腐蚀，无局部腐蚀 (如晶间腐蚀或气蚀)；6）材料中氚的溶解度较低。可控核聚变领域近 30 年的研究和工程经验表明，铜 合金以高热导率、较高的强度、较好的热稳定性和抗中子辐照性能被认为是聚变堆偏滤器用热沉材料的 首要候选材料，也可能是水冷偏滤器热沉材料的唯一候选材料。

（3）第一壁及第一壁材料

第一壁是聚变装置的关键部件，对材料的要求极高。第一壁是聚变装置中直接面向高温等离子体的一层 固体结构，提供了包层系统与等离子体的界面并屏蔽等离子体运行时产生的高热负荷，它的主要作用是 防止杂质进入等离子体进而污染等离子体内部环境，快速地将等离子体辐射产生的热量传输出去，并防 止瞬态事件发生时所导致的其他部件损伤进而危及人身及设备安全，其工作环境极其苛刻，遭受着高温、 高热负荷、强束流粒子与中子辐照等综合作用。因此，根据第一壁的工作状态，第一壁材料应该满足高 熔点、低溅射率、低氚滞留、良好的热导率、与等离子体相兼容的特点。

第一壁材料的研究热点主要有钨及钨基合金、碳基材料和铍等，其中钨基合金可能是未来聚变堆理想的 第一壁材料。在第一壁材料的应用中，一般分为低原子序数材料和高原序数材料，低原子序数材料包括 石墨、硼、锂和铍等，高原子序数材料包括钼和钨等，目前第一壁材料研究热点主要有钨及钨基材料、 碳基材料（石墨、C/C 复合材料）和铍等，这三类材料各具特点： 铍：具有低的原子序数、高的热导率以及与等离子体适应性好、比强度大、弹性模量高、对等离子体污 染小、可作为氧吸收剂、中子吸收截面小且散射截面大等优点，自从铍在欧洲联合环（JET）中使用并 取得成功而备受关注，但是铍的缺点也很明显，熔化温度低、蒸气压高、物理溅射产额高、抗溅射能力 差、寿命短等，另外铍还具有较强的毒性，使其优先级逊于碳基材料和钨基材料； 碳基材料：具有低原子序数、高热导率和高抗热震能力，在高温时能保持一定的强度，与等离子体具有 良好的相容性以及对托卡马克装置中异常事件（包括等离子体破裂、边缘区域模）具有高承受能力，因 此在与等离子体直接接触的区域（如偏滤器垂直靶和收集板）会倾向于使用碳纤维复合材料（CFC）； 但是碳基材料存在两大缺陷，一是抗溅射能力差、化学腐蚀率较大，二是孔隙率较高，这使得其对氘和 氚具有较高的吸附性，研究人员开发出了掺杂石墨材料和碳纤维增强复合材料，该复合材料虽性能较传 统石墨材料有较大提升，但仍存在着与结构材料连接膨胀失配等问题； 钨及钨基合金：具有高熔点、高热导率、低溅射产额和高自溅射阈值、低蒸气压和低氚滞留性能，其缺 点是存在高原子序数杂质辐射以及低温脆性、再结晶脆性和中子辐射脆化等，研究人员采用合金化、碳 化物/氧化物弥散强化、复合材料等方式都可以改善钨的韧性，塑性变形后的弥散颗粒增韧钨可以有效 提高钨的韧性，但也存在着加工工艺复杂、纳米尺寸的第二相均分布困难等问题。 近年来，钨及钨基合金作为第一壁材料开始受到越来越多的关注和应用，ITER 在 2023 年已确定了将第 一壁材料从铍换成钨，中国 EAST 也是经历了向全钨的转换。因此，钨及钨基合金是目前最具应用前途 的一类第一壁材料。

中国在第一壁材料技术上已经取得了显著的进展，处于国际领先水平。根据 ITER 官方，我国承担了 10% 的 ITER 第一壁生产制造任务，中核集团核工业西南物理研究院牵头研发了第一壁采购包半原型部件， 在 2016 年成功通过高热负荷测试，在世界上率先通过认证。2022 年 11 月 22 日，ITER 增强热负荷第 一壁完成首件制造，其核心指标显著优于设计要求，具备了批量制造条件，这标志着中国全面突破 “ITER 增强热负荷第一壁”关键技术。中国的核聚变研究团队不仅解决了材料加工、制造、连接技术的 问题，还成功开发了模拟聚变实际运行工况的氦检漏技术，并成功立项了聚变堆承压部件高温高压热氦 检漏方法的国际标准，体现了中国在全球核聚变领域的技术实力和创新能力，展示了中国在核聚变核心 科技领域的全球领跑地位。

（4）真空室及真空杜瓦

真空室是实现核聚变的关键结构，它负责在聚变过程中容纳并约束高温的燃烧等离子体。这个空间不仅 是等离子体直接活动的区域，而且需要为室内的各个组成部分提供稳固的支撑。在反应器的运行过程中， 无论是正常还是异常状态，真空室都必须承受由此产生的重力、压力和电磁力等多种力量。ITER 真空 室是一个国际合作的成果，由欧洲、韩国和俄罗斯共同制造，配备了 44 个外部接口，这些接口使得控 制系统能够有效地监控内部情况。真空室内壁采用不锈钢材质，并特别覆盖了一层防辐射材料，用以隔 离由聚变反应产生的辐射。整个真空室由 9 个相同尺寸的扇形模块构成，每个模块占据 40 度的圆周， 这些模块的截面呈“D”形。 真空室内部有基本的室内部件和可置换的部件，包括孔栏、加热天线、包层模块、试验包层模块、偏滤 器模块以及诊断模块等。这些部件需要通过容器上的窗口进入容器内部再进行安装。真空室上开有三层 窗口，分别为上部窗口、赤道窗口和下部窗口。

ITER 的真空杜瓦，也被称作低温恒温器，充当着托卡马克装置中真空室以及限制高温等离子体的超导 磁体的“保温层”。真空杜瓦由不锈钢材料打造，整体重量高达 3850 吨，其中仅基座的重量就达到了 1250 吨，成为 ITER 项目中最重量级的单个部件。除了确保系统运行期间拥有一个恒定的真空环境外， 杜瓦还肩负着在诸如氦气泄漏或等离子体瓦解等紧急情况下维护整个设施安全的重要职责。 作为 ITER 装置中不可或缺的关键部分，真空杜瓦由顶盖、上环体、下环体和基座四个主要部分组成， 这些部分通过焊接或使用螺栓的方式紧密结合，形成一个完整的结构。 2020 年 5 月 28 日当地时间，ITER 项目中真空杜瓦的基座安全地安置在了设备基坑内的临时支承结构 上，标志着杜瓦基座的吊装工程成功完成。这一步骤的顺利完成，为 ITER 主要设备安装工作的开展揭 开了序幕。

六、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。

七、相关公司

1、合锻智能：受益于 BEST 项目资本开支建设，进入订单收获期

国内高端成形机床成套装备行业的领军企业。合肥锻压机床股份有限公司前身合肥锻压机床总厂，始建 于 1951 年。1997 年公司改制成为合肥锻压机床股份有限公司，后又在 2010 年进一步改制成为合肥合 锻机床股份有限公司，并于 2014 年 11 月 7 日在上海证券交易所主板挂牌上市。2016 年公司收购安徽中 科光电色选机械有限公司，切入到智能分选设备领域，形成了目前的以高端成形机床和智能分选设备为 主业的业务模式。公司的目前主要产品包括液压机、机压机和色选机等。 积极拓展可控核聚变业务，承接 BEST 项目核心关键部件制造任务。公司立足高端装备制造，利用自 身的资源优势，参与发起成立了聚变产业联盟，合肥合锻智能制造股份有限公司任副理事长单位，安徽 夸父尖端能源装备制造有限公司为理事单位，董事长严建文任副理事长，受聘为聚变产业联盟总工艺师， 并兼任聚变新能（安徽）有限公司董事长。产品方面，公司参与了聚变堆、真空室、偏滤器等核心部件 的制造预研工作，主要包括材料预研和性能验证与验收，焊接、成形、模具和检测等工艺的设计、验证、 制造和相关的标准制定工作；通过了等离子所组织的工艺评审会和生产准备会。2024 年上半年公司中 标聚变新能（安徽）有限公司 BEST 项目核心关键部件—真空室扇区、窗口延长段以及重力支撑等制造 任务。

2、联创光电：子公司联创超导与中科院合作建设混合堆

传统光电器件领军企业，积极布局激光和超导两大前沿科技产业。江西联创光电科技股份有限公司成立 于 1999 年 6 月，由江西省电子工业局整合旗下部分优质资产成立，并于 2001 年 3 月在上交所挂牌上市。 设立之初，公司以背光源产品、LED 器件、电线电缆产品等为主营业务。近年来，公司提出“进而有为、 退而有序”战略，不断调整业务结构，通过清理、整顿等方式逐步收缩特微、电缆、背光源等发展空间 较小的产业，集中精力向高科技、高壁垒、高利润的行业转移，重点发力激光和高温超导两大新兴业务。 目前来看，公司已形成以智能控制器、光耦、电缆、LED 等传统业务为基础，以激光器、高温超导作为 “进而有为”的两大增长动力的战略布局。 反无人机激光系统全产业链布局，激光业务有望迎来快速增长。公司的激光产业主要围绕高能激光反制 无人机系统为核心业务方向，拓展至高端激光器件和激光器，形成了从泵浦源核心器件，到激光器及下 游应用的全产业链布局，成果不断涌现。中久光电在 2024 年顺利取得出口许可，并首次实现了光刃-Ⅰ 型激光反无人机系统的交付，“光刃”品牌在国际上取得了良好知名度，带动订单量较快增长，为公司转 型升级注入新的动能。 领先布局超导业务，可控聚变应用打开成长空间。公司超导业务依托的是参股子公司江西联创光电超导 应用有限公司，截至 2024 年中公司持股 40%。联创超导是国内领先能够制造 15T 以上高场磁体的企业 之一，已将磁体技术在光伏 N 型晶硅炉和工业金属热处理领域实现商业化应用，拥有领先的高温超导磁 体技术。在可控核聚变应用领域，联创超导先后完成了 REBCO 集束缆线及基于集束缆线的高温超导 D 型磁体的设计，2024 年 4 月成功完成了基于集束缆线的 D 型高温超导磁体制备和低温测试，这是国内 首个基于高温超导集束缆线的 D 型超导线圈，为紧凑型核聚变堆用大口径高场超导磁体的自主研制提供 了有力支撑。

3、国光电气：核聚变关键部件第一壁、偏滤器核心供应商

国光电气为 ITER 项目提供了偏滤器等包层材料产品。成都国光电气股份有限公司成立于 1958 年，主 要产品涵盖微波器件（电真空及固态）及组件、真空接触器与灭弧室、工业微波能设备、机载厨房服务 设备、真空测控设备等十余个门类。国光电气累计获得国家、部、省级科技成果奖励 120 余项，持有专 利 80 余项，其中发明专利、实用新型专利。在核聚变领域，国光电气深度参与了 ITER 项目，提供了 多项关键设备及部件，包括应用于 HL-3 托克马克装置的 60 个偏滤器模块（含 38 套标准模块和 22 套 非标准模块）以及全球首台满足 ITER 要求的大型真空高温氦检漏设备。此外，包层第一壁板（FW） 样件采用铍瓦、CuCrZr 合金和 316L 不锈钢三层冶金结合技术，已进入工艺验证阶段；国光电气还研制了球床材料测量系统、带高温环境箱的电子万能试验机及多功能快速钎焊炉等工艺设备，用于 ITER 装 置材料试验与生产验证，覆盖热负荷管理、密封检测及材料连接等核心环节。

4、上海超导：全球第二代高温超导材料的核心供应商之一

上海超导是高温超导核心供应商。上海超导是一家专注于高温超导材料研发、生产及销售的高新技术企 业，核心产品为第二代高温超导带材，年产量与销量均超过千公里。上海超导的高温超导带材产品应用 于可控核聚变、超导电力及高场磁体等领域，客户覆盖全球 180 余家单位，包括南方电网、国家电网、 中科院等离子体所、美国 MIT、德国 KIT 等科研机构及企业。上海超导还承担了国家重点研发计划、 上海市科委重大专项等项目，拥有 70 余项自主知识产权，参与 1 项国际标准修订，牵头及参与 4 项国 家标准制定，并获得中国有色金属工业科学技术奖一等奖等三项行业奖项。同时，上海超导已为美国 CFS 公司提供了超过一百余公里采用 30 微米超薄基带的高性能高温超导带材，英国 TE 公司供应了宽 幅高性能高温超导带材，深度参与到了全球聚变行业的发展中。

5、西部超导：高端钛合金与超导材料领军企业，引领航空航天与可控核 聚变领域发展

高端钛合金与超导材料领军企业，公司的成立与 ITER 项目密切相关。西部超导成立于 2003 年，其前 身是西北有色金属研究院超导材料研究所，该研究所早在 20 世纪 80 年代就开始从事超导材料的研究， 具备深厚的技术积累。成立初期，公司主要专注于超导材料的研发与生产，填补了国内空白，为 ITER 项目提供了关键的超导材料，成为中国参与 ITER 项目的重要支撑力量。随着技术积累和市场拓展，西 部超导逐步将业务从单一的超导线材扩展到高端钛合金材料和高性能高温合金材料领域。目前是中国领 先的高端钛合金材料、超导材料和高性能高温合金材料研发、生产和销售企业。 高端钛合金及高温性能合金，支撑航空航天等军民高端装备发展。高端钛合金产品方面，公司作为国内 高端钛合金棒、丝材的主要供应商之一，产品以“国际先进、国内空白、解决急需”为定位，实现了多种 高端钛合金的完全国产化，填补了多项战机、舰船等关键材料的国内空白，产品的“高均匀性、高纯净 性、高稳定性”处于国内领先水平，推动了诸多钛合金材料技术标准的升级。高温性能合金方面，公司 作为国内高性能高温合金材料的新兴供应商之一，陆续承担了国内重点装备用多个高温合金材料的研制 任务，多个牌号高温合金大规格棒材获得发动机用料供货资格，多个重点型号航空发动机高温合金材料 已经通过了发动机的长试考核，具备了供货资格，已开始供货。 国内唯一低温超导线材商业化生产企业，有望直接受益未来可控核聚变的产业化发展。公司是目前国内 唯一实现超导线材商业化生产的企业，也是国际上唯一的 NbTi 铸锭、棒材、超导线材生产及超导磁体 制造全流程企业公司，自主开发了全套低温超导产品的生产技术，公司是 ITER 用低温超导线材在中国 的唯一供应商，也是 SIEMENS 和 GE 的合格供应商，生产的 MCZ 用磁体已实现批量供应。公司凭借 其在低温超导线材上的领先性，未来有望直接受益于下游相关需求的增长。

6、安泰科技：中国钢研优质资产，可控核聚变钨铜部件核心供应商

我国先进金属新材料领域的领军企业，聚焦“难熔钨钼”和“稀土永磁”两大核心产业。公司成立于 1998 年 12 月，由中国钢研科技集团有限公司（原钢铁研究总院）联合清华紫光（集团）总公司等单位共同 发起设立，是我国为突破关键新材料技术瓶颈、推动高端材料国产化而设立的重要科技型企业。公司自 成立以来，始终服务于国家战略需求，承担了多项国家级科研与产业化项目，在非晶带材、稀土永磁材 料、高温合金等领域实现技术突破，打破国外垄断。经过二十年的发展，公司已形成了“先进功能材料 及制品、特种粉末冶金材料及制品、高品质特钢及焊接材料、环保与高端科技服务业”四大业务板块， 作为我国新材料行业的领军企业，其技术创新与产业转化能力在国防军工、新能源、高端装备等领域发 挥了不可替代的作用。 可控核聚变装置偏滤器、包层第一壁等专用钨铜部件的核心供应商。公司控股子公司安泰中科于 2012 年 5 月由安泰科技股份有限公司和中科院等离子体所下属企业合肥科聚高技术有限责任公司共同出资建 立，作为全球可控核聚变装置的核心供应商，实现钨铜偏滤器、钨铜限制器、包层第一壁、钨硼中子屏 蔽材料等全系列涉钨产品的研发和生产。2013 年，安泰中科开始为 EAST 提供钨铜偏滤器，是国内第一 家具备聚变钨铜偏滤器生产能力的公司，技术方面公司具备从原材料到部件交付的全套技术，研制和生 产过程在公司内部形成闭环，不仅满足国内使用要求，还得到国际客户的高度认可，为法国 WEST 装置 和国际热核聚变 ITER 提供多批次的钨铜产品。

7、永鼎股份：切入高温超导带材领域，核聚变订单落地

永鼎股份子公司东部超导负责高温超导带材的研发与生产。江苏永鼎股份有限公司成立于 1994 年， 1997 年成为国内光缆行业首家民营上市公司，业务从通信线缆制造扩展至光纤光缆、光器件、通信工程 服务等全产业链领域。在高温超导业务方面，永鼎股份子公司东部超导是国内首家进入高温超导材料领 域的高新技术企业，核心产品为第二代高温超导带材及超导应用产品。2024 年，东部超导获评江苏省 重点新材料首批次应用示范指导目录、“科创江苏”创新创业大赛三等奖、苏州市光电科学技术奖三等奖 等 8 项荣誉。其累计申请专利 223 项，其中授权发明专利 53 项、实用新型专利 72 项、PCT 专利 6 件， 参与制定国家及团体标准 5 项。

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