行研笔记 | 可控核聚变行业学习笔记

可控核聚变作为一种前沿能源技术，通过模拟太阳内部的核聚变过程，将轻元素（如氘、氚）在极端高温高压条件下聚合成重元素，并在此过程中释放巨大能量。与当前商用的核裂变技术相比，核聚变具有燃料储量丰富、固有安全性高、几乎零碳排放及不产生长寿命放射性废物等显著优势。根据科学研究，仅1克氘氚聚变燃料释放的能量相当于11.2吨标准煤，能量密度极高，被公认为解决人类能源问题的终极方案之一。

在全球能源转型和碳中和目标的大背景下，可控核聚变行业近年来呈现出爆发式增长态势。根据聚变工业协会(FIA)发布的《2025年全球聚变行业》报告，全球对可控核聚变的总投资额从2021年的19亿美元飙升至2025年的97亿美元，短短五年内增长超过五倍。仅2024年一年，行业就新增投资26亿美元，这一增长态势彰显了投资者信心的成熟、聚变技术的突破以及供应链的快速整合。国际能源署预测，到2030年，全球核聚变市场规模有望达到4965.5亿美元，2024至2030年间复合年均增长率为7.4%。

从技术路线来看，当前可控核聚变主要沿着磁约束和惯性约束两大路径并行发展。磁约束路线以托卡马克(Tokamak)、仿星器(Stellarator)和场反向位形(FRC)为代表，利用强大磁场约束高温等离子体；惯性约束则以美国国家点火装置(NIF)和我国"神光"系列装置为代表，通过高能激光或Z箍缩技术压缩靶丸实现聚变点火。多种技术路线交叉验证的发展模式已成为行业共识，不同路线各有突破，共同推动聚变能从实验室走向工程化。

并网发电作为可控核聚变最主要且最具颠覆性的应用场景，其核心目标是为电网提供稳定、高效、清洁的基荷电力。随着全球数字化进程加速，尤其是AI算力爆发带来的电力需求激增，核聚变发电的战略价值更加凸显。据麦肯锡预测，到2050年，数据中心用电量将占全球总用电量的5%-9%。这使得科技巨头纷纷布局核聚变能源，例如谷歌与Commonwealth Fusion Systems (CFS)、微软与Helion分别签订了购电协议，以保障未来能源供应。

当前，全球多个聚变项目已制定了明确的商业化发电时间表。美国CFS公司正在建设SPARC托卡马克装置，计划在2030年代初成为美国首个商业可控核聚变发电设施，预计可产生400兆瓦电力，足以满足15万户家庭用电需求。我国紧凑型聚变能实验装置(BEST)计划于2030年实现发电演示，预计2035年建成聚变工程示范堆，2050年前实现聚变能商业化发电。聚变工业协会(FIA)的调查显示，约76% 的受访聚变公司预计将在2035年前实现聚变电能并网。

除了大规模发电外，可控核聚变技术在非发电领域同样展现出广阔的应用前景。在核医疗领域，聚变过程中产生的中子流可用于生产医用同位素，如钼-99、镥-177等诊断和治疗用放射性同位素，缓解当前医用同位素供应不稳定的问题。聚变中子源还可用于癌症治疗研究，通过中子俘获疗法为肿瘤治疗提供新途径。

在航空航天领域，聚变能源的高能量密度特性使其成为深空探索的理想动力来源。聚变推进系统可比传统化学推进剂提供更强大的推力与更长的持续工作時間，大幅缩短星际旅行时间。此外，聚变能源在材料科学、基础物理研究及核废物嬗变等领域也有重要应用价值。

科研实验是当前可控核聚变最现实的应用场景之一。全球各大聚变装置为等离子体物理研究提供了独一无二的实验平台，推动了高温超导、真空技术、精密制造等相关领域的技术进步。以我国的EAST装置为例，其在2021年实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，创造了世界纪录，为未来聚变堆的稳态运行提供了关键数据。

可控核聚变产业链上游主要包括超导材料、耐高温材料、电源元件等核心材料和关键部件。这些领域技术壁垒高，直接决定了聚变装置的性能和商业化可行性。

超导材料：是磁约束聚变装置的核心，用于产生强大磁场约束等离子体。

耐高温抗辐射材料：直接面对聚变反应产生的极端环境，需承受上亿摄氏度高温和强烈中子辐照。目前研发重点包括低活化钢、碳化硅复合材料和耐高温钨合金等。

电源系统与电子元件：是聚变装置的关键支撑系统，特别是对于FRC、Z箍缩等脉冲式运行的装置，电源系统需匹配其脉冲式放电特性，成本占比较高。

产业链中游主要包括聚变主机装置的设计制造与系统集成，技术复杂度高，需要多方协作。根据光大证券分析，以ITER计划为例，磁体系统、真空室及其内部组件、电源系统三大核心环节，成本占比分别为28%、25%、15%。

磁体系统：是整个磁约束聚变装置的核心，聚变功率与场强的四次方成正比。高温超导材料凭借性能优势有望在磁体系统中获得广泛运用。

真空室及内部件：是托卡马克装置的首道安全屏障，高密度焊缝与紧凑结构并存的特点给真空室设计制造带来巨大挑战。真空室器壁设计直接影响托卡马克装置的寿命和使用效率。国光电气、合锻智能等企业在真空技术和相关部件领域有所布局。

系统集成与工程实施：需要专业机构承担，中国核建等企业承担了ITER核心部件制造与安装，为环流三号装置改造提供工程支持，在核聚变装置建造领域形成了显著技术壁垒。

产业链下游主要为聚变装置的运营、电力输送及多元化应用。当前阶段，下游主要以示范项目和实验研究为主，商业化运营尚未完全展开。

Commonwealth Fusion Systems (CFS)：美国聚变创业公司，源自麻省理工学院等离子体科学与聚变中心。CFS采用高温超导磁体技术，正在开发紧凑型托卡马克装置SPARC和ARC。该公司已累计融资超20亿美元，计划在波士顿郊外建设核聚变发电原型机SPARC，预计在2030年代初成为美国首个商业可控核聚变发电设施。

TAE Technologies：成立于1998年，是FRC（场反向位形）技术路线的领军企业。TAE专注于直线型磁场配置，通过技术简化降低系统成本。公司累计融资13.5亿美元，规划推进原型堆与电站落地。TAE的发展历程体现了FRC路线从概念验证到商业应用的完整路径。

Helion Energy：同样专注于FRC技术，计划在2028年向微软供电。公司已建成Trenta装置，正在建设Polaris，累计融资超10亿美元。Helion提出了直接能量转换概念，旨在跳过传统的热电转换环节，提高整体效率。

中国聚变能源有限公司：被称为核聚变“国家队”，是中核集团直属二级单位，注册资本150亿元。作为推进我国聚变工程化、商业化的核心主体，重点布局总体设计、技术验证和数字化研发等业务。

国光电气(688776)：在核聚变装置关键部件领域实力强劲，是ITER项目偏滤器的独家供应商，其真空室及热氦检漏设备技术全球领先。

安泰科技(000969)：为ITER项目提供了数万件钨铜零部件，产品覆盖聚变装置核心需求，如钨铜偏滤器、包层第一壁等。

西部超导(688122)：是国内低温超导材料的领军企业，ITER低温超导线材的国内唯一供应商，打破了国外垄断。

瀚海聚能：国内FRC技术领域的先锋企业，已建成HHMAX-901装置，聚焦发电与非发电领域商业化。公司展现了民营聚变企业在创新技术路线上的探索勇气，通过差异化竞争寻求突破。

星能玄光：另一家国内聚变创新企业，其Xeonova-1装置快速落地，计划2035年建设大型电站。公司反映了国内民营资本对聚变领域的日益关注和投入。

安东聚变：国内首家专注于Z箍缩（脉冲磁场惯性约束）路线的商业化团队，由中国工程院院士彭先觉领衔，致力于开发聚变驱动器系统。

可控核聚变技术正朝着多元化、高效化和紧凑化方向发展。多种技术路线并行突破，磁约束与惯性约束两大主流路径均在不断优化。在磁约束领域，高温超导磁体技术正成为托卡马克升级的重要方向，可使聚变装置体积更小、性能更强。在惯性约束领域，Z箍缩技术凭借安全性、经济性、持久性和环境友好性等方面的优势表现亮眼。

人工智能技术也正在与聚变领域深度融合，为稳定性测试、产品设计提供更多模型，有利于缩短验证周期。AI技术可用于预测和控制等离子体不稳定性，优化装置运行参数，提高聚变实验效率。

从工程实施角度看，模块化设计和标准化生产正成为新趋势。我国BEST装置采用模块化设计，体积比传统装置如ITER缩小40%，但聚变功率密度提升3倍。这种紧凑化设计可大幅降低建设成本和周期，加速技术迭代。

私人资本正成为推动聚变行业发展的重要力量。截至2025年7月，全球聚变能源领域累计股权融资总额达97亿美元。投资主体也从传统的政府资助扩展到风险投资、科技企业战略投资等多种形式。Open AI联合创始人山姆·奥特曼、谷歌及Alphabet等AI巨头均对聚变产业链进行了前瞻性投资。

在政策层面，全球主要国家正加大对聚变产业的支持力度。美国根据《聚变能源法案》简化商业核聚变装置许可证流程；我国"十四五"规划明确支持核聚变研发，中核集团牵头成立创新联合体，25家央企与科研机构协同攻关。政策支持正从单纯研发资助转向全链条支持，包括人才培养、基础设施建设和监管框架完善。

可控核聚变的商业化将遵循阶段性发展路径。根据彭先觉院士提出的Z箍缩技术发展框架，可分为三个阶段：关键技术攻关阶段(2024—2030年)、工程演示阶段(2031—2040年)和商业发电推广阶段(2040年以后)。其他技术路线也遵循类似的发展逻辑。

从市场切入角度看，聚变企业可能首先在非电网应用领域实现商业突破，如核医疗同位素生产、特殊材料处理等专用市场，随后逐步过渡到发电市场。这种"先专项后发电"的路径可帮助企业积累技术经验和运营能力，同时创造早期收入来源。