可控核聚变：终极能源冲刺倒计时，中国如何领跑“人造太阳”？

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核心观点：

• 可控核聚变为人类提供一种近乎无限、清洁且安全的“终极能源”。全球资本过去五年行业总投资额从约19亿美元激增至97亿美元。中国不仅将核聚变能纳入“十五五”规划建议，更在《原子能法》中首次将其写入国家法律，明确了战略地位。
  
• 产业链中游以托卡马克核聚变实验装置最为常见，相关设备包括磁体系统、真空系统(包括偏滤器、第一壁)、加热与电流驱动系统等核聚变主机设备以及压力容器、蒸汽发生器、汽轮机、各类泵阀等其他设备。
  
• 技术路线：托卡马克（环形磁约束装置）是国际公认的主流路线。惯性约束聚变（ICF）在经历半个多世纪的发展后，以美国国家点火装置（NIF）为代表的研究，通过间接驱动方案在2021年之后多次实现净能量增益（Q>1），从而在科学上验证了惯性约束点火的可行性。
  
• 国产化生态成型：形成“国家队（中国聚变能源公司等）引领+民企创新”格局，关键部件（超导材料、偏滤器、电源）实现自主可控，供应链已获实质性订单。
  
• 核心挑战与趋势：需突破耐辐照材料、氚自持循环、极端工程集成三大瓶颈；AI赋能研发加速，资本与政策双轮驱动，产业正从科研转向工程验证与商业化落地。    
  

（1）背景
可控核聚变，旨在模拟太阳的发光发热原理，在地球上创造安全、可控的“人造太阳”，为人类提供一种近乎无限、清洁且安全的“终极能源”。
（2）行业定义及发展历程
1）定义及分类
核聚变是指质量较小的原子核在极高温度和压力条件下，互相碰撞聚合形成质量更大的原子核，并释放出巨大能量的过程。核聚变是太阳和恒星维持其能量产生的主要机制。要实现并利用这一反应，必须同时满足三个苛刻的条件：1、极高的温度：将燃料加热到上亿摄氏度，使其成为带电的等离子体状态。2、足够高的等离子体密度。3、足够长的能量约束时间。这三个条件的乘积被称为 “聚变三重积” 。只有当它超过一个临界值（劳森判据），聚变反应输出能量才能大于输入能量，实现能量“净增益”。
图表1 可控核聚变核心三要素

信息来源：融中研究
2）发展历程
图表2 可控核聚变发展历程

信息来源：融中研究
（3）政策梳理及发展方向
图表3 可控核聚变相关政策梳理

信息来源：融中研究
核能属于未来能源，政策旨在打造“采集-存储运输-应用”全链条的未来能源装备体系。工信部在《推动未来产业创新发展的实施意见》指出，加强前瞻谋划部署。
图表4 可控核聚变相关地方政策梳理

信息来源：融中咨询
各省市可控核聚变产业发展目标主要是技术攻关，为实现碳达峰和能源安全，推动核聚变能量增益实现工程化突破。整体来看，为加快推动可控核聚变产业的发展，各省市提出了相应的发展目标。
（4）市场规模及竞争格局
1）行业市场规模
行业普遍认为，2030年是可控核聚变行业的关键转折年份。政策、技术、商业化多维度预测。2030或是技术处商业化后的市场产出价值，而非研发投入。整体市场趋势呈现稳定、现行的持续增长，而非爆发式增长。这反映出当前行业对于可控核聚变的共识是：可控核聚变的商业化是渐进式的，需要逐一解决技术、市场等问题，例如发电稳定性、经济性等，不会一蹴而就。
图表5 可控核聚变市场规模

信息来源：公开数据，融中研究
从数据来看，整体市场趋势预测是温和的。当前行业认知及技术路线推演，揭示“方向性共识”，证实了资本与产业界对核聚变能商业化时间窗（2030-2040年代）的预期；显示了聚变能源作为一个未来战略产业，正从纯科研向可预见的商业活动过渡。
（5）产业链图谱
可控核聚变产业链上游主要为各类原材料，包括超导磁体材料、金属钨、钽等稀有金属、特种钢材、氘和氚等燃料等。中游主要为各类设备以及反应堆工程建设，以最常见的托卡马克核聚变实验装置为例，相关设备包括磁体系统、真空系统(包括偏滤器、第一壁)、加热与电流驱动系统等核聚变主机设备以及压力容器、蒸汽发生器、汽轮机、各类泵阀等其他设备。下游主要为核电站运营，用于科研及发电。
图表6 可控核聚变产业链图谱

信息来源：融中研究

（1） 
1） 技术路线划分
当前，磁约束聚变正处在从科学原理验证向工程集成与商业验证转型的关键阶段，其技术路径、发展现状与面临的挑战清晰地勾勒出这一“终极能源”的攻关全景。磁约束聚变的技术路线主要围绕如何构建更高效的“磁笼”展开。
主流技术路径——托卡马克及其进化。托卡马克（环形磁约束装置）是国际公认的主流路线。其发展正沿着两个方向演进：一是以国际热核聚变实验堆（ITER）为代表的大型传统路线，追求规模与综合参数；二是采用高温超导磁体的紧凑型托卡马克路线（如中国聚变公司、美国CFS公司的方向），旨在缩小体积、降低成本、加速商用进程。此外，仿星器（通过外部复杂线圈产生约束磁场）作为另一重要分支，也在持续研究中。
创新路径——场反位形（FRC）、球形托卡马克等。这些方案通常追求更简单的几何结构或更快的迭代速度，是许多私营公司探索的重点，例如新奥集团的“玄龙-50U”球形环装置。
2）技术发展现状

近年来，磁约束聚变在科学实验和工程推进上均取得了一系列里程碑式进展：
科学参数持续突破：中国的研究已实现从“跟跑”到“并跑”乃至“领跑”的转变。EAST装置实现了1亿摄氏度、稳态高约束模运行1066秒的世界纪录；“中国环流三号”创造了离子与电子温度均超1亿摄氏度的 “双亿度” 等离子体运行；新一代装置HL-2M的等离子体电流突破100万安培（1兆安），是向聚变点火迈进的重要一步。
工程化与商业化进程提速：全球聚变行业投资在五年内从19亿美元飙升至97亿美元。中国正构建 “国家队+民间队” 的双轮驱动生态。国家队的核心工程，如紧凑型聚变能实验装置（BEST） 计划在2030年前实现聚变能发电演示；同时，中核集团牵头组建了中国聚变能源有限公司，旨在整合资源加速商用。民营资本则活跃于多元技术路线，推动装置小型化和快速迭代。
实现可控核聚变商业化，需要跨越从科学可行到工程可行，再到商业可行的历程。商业化面前，仍有材料、工程与生态“三座大山”：
一是基础科学与核心材料的根本性瓶颈。实现聚变能的商业运用，需经历原理探索、规模实验、燃烧实验、实验堆、示范堆、商用堆六个阶段。业内专家表示，中国核聚变眼下将进入“燃烧实验”阶段。即便达成能量增益（Q>1），离商用发电仍有不小差距，亟需将增益倍数提高几十倍，同时确保装置能稳定运行数十年。材料是一大挑战。专家介绍，第一壁材料需要承受上亿摄氏度的高温等离子体的热负荷与中子辐照，目前尚无完美解决方案。更为棘手的是，氚燃料自持循环技术。氚在自然界存量极少，必须通过在堆内增殖生产并实现循环利用，而这一技术尚未取得根本突破。
二是极端苛刻的工程集成挑战。托卡马克装置是迄今为止人类建造的最复杂的能源机器之一，需要将超高真空、强磁场、波加热、精密控制等系统集成在一个有限空间内，并稳定运行数十年。超导磁体、偏滤器、包层等关键部件的性能与可靠性要求极高。
三是尚未成熟的产业生态与监管体系。聚变能商业化不仅是技术攻关，更是一场需要庞大产业生态支撑的系统工程。当前，产业链各环节之间缺乏紧密衔接，企业协同机制不足，影响了整体效率与创新能力。
资金与人才两大缺口，仍制约商业化进程。全球聚变领域商业投资已超百亿美元，但对照聚变电站数千亿的预估建造成本，投入规模仍相去甚远。作为多学科高度交叉的前沿领域，聚变能行业的专业人才储备明显不足。全球层面针对聚变电站的监管框架尚未成型，安全标准、审批机制、运营资质等配套制度亟待完善。翻越“三座大山”，从无捷径可循。这既需要锚定基础研究持续深耕，攻克物理与材料领域的终极难题；也考验着国家尖端工程集成与高端制造的硬核实力；最终，更取决于能否构建资本、人才、政策与产业链深度协同的创新生态。核聚变商业化的攻坚之路，注定是一场耐力、实力与战略定力的综合较量。
3）国产化情况
当前，中国磁约束聚变技术正实现从“跟跑”到“并跑”乃至部分“领跑”的深刻转变，其国产化进程已超越单一的部件制造，形成了从顶层战略、基础研究、工程验证到全产业链协同的完整自主创新体系。
图表7 中国磁约束聚变的国产化

信息来源：融中研究
4） 企业展示

图表8 中国磁约束聚变的代表企业

信息来源：融中研究整理
“国家队”主导系统整合：以中国聚变能源有限公司和聚变新能为代表的国家级平台，依托巨额资本和系统工程能力，负责整合资源、设定长期目标并建设核心大科学装置。
民营企业聚焦差异化技术突破：大量民营初创公司在主流（托卡马克）和创新（仿星器、Z箍缩）路线上并行探索，通过高温超导、球形环、重复重联等创新点，力求实现装置的小型化和经济性，并制定了比国家路线更激进的商业示范时间表。
供应链企业已获实质性订单：与尚处研发阶段的装置不同，为聚变装置提供低温、电源、电缆、部件制造等核心子系统的供应链企业已开始获得数亿甚至数十亿元的订单，产业正从纯研发向工程化、商业化迈进。
资本构成多元化：产业资金形成了 “国家资本+产业资本+风险投资” 的合力。中核、中石油等央企，安徽、上海等地方国资，以及蔚来资本、米哈游、红杉等市场化机构均深度参与，共同推动产业发展。
（2）惯性约束聚变技术分析
惯性约束聚变（ICF）在经历半个多世纪的发展后，正处在一个历史性节点：以美国国家点火装置（NIF）为代表的研究，通过间接驱动方案（即激光先轰击黑腔产生X射线，再由X射线压缩燃料靶丸）在2021年之后多次实现净能量增益（Q>1），从而在科学上验证了惯性约束点火的可行性。然而，从“科学原理可行”迈向“稳定、高效、经济的能源生产”，其技术路径更为多元，面临的瓶颈也异常严峻。目前，ICF主要围绕激光驱动和Z箍缩（电磁驱动）两大技术路线展开，各自内部又有细分。
1）技术路线划分
激光驱动惯性约束聚变：这是目前最成熟、取得成果最显著的路线。它又可分为间接驱动和直接驱动。NIF的成功标志着间接驱动路线的巨大突破，但该方案步骤繁复、能量转换效率低，且长期受“驱动赤字”等基础物理问题的困扰。更高效、但对称性控制难度极大的直接驱动方案（激光直接照射靶丸）也在以美国OMEGA装置等平台进行探索。2025年的研究指出，无论间接还是直接驱动，其核心激光系统的能量转换效率（从电网电到激光）目前仍然很低，将其转化为连续稳定运行的能源系统存在巨大的工程不确定性。中国在该领域正走出一条自主创新之路，基于“神光”系列装置，在流体力学不稳定性等关键基础问题上取得了重要进展。
Z箍缩惯性约束聚变：与激光驱动相比，Z箍缩（利用大电流脉冲产生的强大电磁力压缩靶丸）被认为能量转换效率和能量输出潜力更高。不过，彭先觉院士等专家指出，若采用Z箍缩进行“纯聚变”发电，一个百万千瓦电站可能需要数十个装置并联运行，其预估造价（如一座电站高达250亿美元）在经济上完全不具竞争力，且同样面临氚燃料自持这一共性世界难题。为破解困局，中国学者提出了更具创新性的 “Z箍缩聚变裂变混合堆（Z-FFR）”路线，即利用聚变产生的中子来驱动次临界裂变包层，通过裂变将能量“放大”。该方案被评估为可将建造成本大幅降低至约30亿美元，为聚变能的商业化落地开辟了一条新路径，目标是2035年左右建成示范电站。
2）国产化情况
中国惯性约束聚变（ICF）的国产化进程呈现出“基础研究扎实、技术路线创新、工程路径务实”的鲜明特征，正从跟随国际主流（激光驱动）转向引领一条更具工程可行性的中国特色道路（Z箍缩混合堆）。
在技术路线上，国产化研究覆盖了激光驱动和电磁驱动（Z箍缩）两大方向。以神光系列为代表的大型激光装置是国产激光ICF的基石。研究不仅服务于国家重大需求，其技术衍生应用（如精密制造、极端条件物理研究）也体现了“沿途下蛋”的产业思维。然而，如同国际同行一样，纯激光聚变走向能源应用面临能量转换效率低、成本高昂的核心瓶颈。为此，中国科学家团队在彭先觉院士的引领下，开创性地提出了更具现实意义的 Z箍缩聚变-裂变混合堆（Z-FFR）路线。该方案利用Z箍缩产生聚变中子，进而驱动一个深次临界裂变包层，将聚变能量放大10倍以上。这巧妙地绕过了纯聚变在能量增益和氚自持方面的极端困难，同时解决了裂变堆的核废料和安全问题，被彭院士评价为“未来核能发展的必然之路”。据估算，同样建设百万千瓦级电站，Z-FFR路线可将预估造价从纯聚变的约250亿美元大幅降低至约30亿美元，经济竞争力显著提升。
在产业化推进上，中国已形成了“国家队顶层设计+市场化主体运营”的协同体系。一方面，国家层面给予了战略定位和政策保障，“核聚变能”被明确纳入“十五五”规划建议，国家级产业平台和引导基金也已成立。另一方面，商业公司开始活跃。例如，国内首家专注于Z箍缩聚变商业化的公司——安东聚变，已规划了清晰的“三个五年”路线图，目标在2040年实现商业化发电。其核心集成放电模组“雷震子”测试顺利，并致力于解决重频运行、核心部件寿命等关键工程问题。同时，以彭先觉院士团队为核心组建的天府创新能源研究院和泽塔聚变科技公司，正作为“一体双翼”推进Z-FFR的工程验证与商业应用。
图表9 中国惯性约束聚变的国产化

信息来源：融中研究整理
3） 企业展示
图表10 中国惯性约束聚变的代表企业

信息来源：融中研究整理
综合来看，惯性约束聚变的商业生态呈现出与磁约束不同的特点：
技术路线高度多元化：在激光驱动这一主干上，衍生出快点火、不同激光器（蓝光/深紫外）、不同燃料（氘氚/氢硼） 等多种创新方案。同时，Z箍缩作为另一条重要分支，在中美两国均有商业公司重点推进。
科学验证引领，工程挑战严峻：美国NIF的突破为整个领域注入了强心剂。但所有企业都面临将一次性科学实验转化为可高频、稳定、经济运行的发电系统的核心挑战，这需要激光器效率、靶丸成本、重复频率等全方位的工程革新。
中国企业路径独特：在激光路线上，中国以国家大科学装置为核心。在更具工程创新性的Z箍缩路线上，以安东聚变为代表的中国公司，基于彭先觉院士提出的Z-FFR混合堆方案，走出了一条从原理到电站系统设计都兼顾工程可行性与经济性的特色路径，并制定了激进的商业化时间表。

（1）行业趋势走向
行业已告别纯科研时代，进入以工程验证和商业化落地为目标的密集攻关期。
资本与政策双重驱动：全球资本正以前所未有的规模涌入，过去五年行业总投资额从约19亿美元激增至97亿美元。中国在政策层面给予了顶级支持，不仅将核聚变能纳入“十五五”规划建议，更在《原子能法》中首次将其写入国家法律，明确了战略地位。
产业链与生态快速成型：行业已形成清晰的“国家队引领、民企创新、供应链支撑”的中国特色生态。以中国聚变能源有限公司为代表的“链主”负责大科学工程整合，而众多民营企业则在高温超导、球形环等创新路线上快速迭代。同时，上游材料（如超导带材）、中游部件（如真空室、偏滤器）的订单开始放量，标志着产业从研发迈向实质性的工程采购阶段。
（2） 技术趋势走向
技术发展呈现“主流深化”与“多元探索”并行，且与新兴技术加速融合的特点。
技术路线百家争鸣：磁约束（尤其是托卡马克）因最成熟，仍是主流和近期示范重点。惯性约束在NIF实现“净能量增益”后关注度飙升，其中Z箍缩路线因潜在的经济性优势，正从幕后走向台前。中国采取了多路线布局的策略。
工程瓶颈集中攻坚：当前研发焦点已从“能否实现”转向“如何稳定、经济地运行”。共性瓶颈集中在：能承受极端环境的耐辐照材料（如第一壁）、实现燃料自给自足的氚循环技术，以及将数万零件集成为可靠系统的极端工程能力。
AI赋能研发革命：人工智能正深度融入聚变研发的全流程。目前，AI在等离子体控制、实验数据分析和预测、以及装置故障诊断等方面已展现出实用价值，能显著提升实验效率和装置稳定性。未来，“AI+数字孪生”将可能彻底改变聚变堆的设计和运营模式。
（3）场景趋势走向
商业化应用将是一个由点到面、逐步拓展的长期过程。
明确的阶段性目标：全球形成了“实验堆→示范堆→商用堆”的共识路径。例如，中国的BEST装置目标是2030年实现全球首次聚变能发电演示，而中国聚变能源有限公司则规划了到2035年建成工程实验堆、2045年左右建成商用示范堆的路线图。
多元化的应用前景：远期来看，聚变能的应用远不止于发电。它有望作为稳定的电网基荷电源，并为高耗能产业（如制氢、海水淡化）提供高温热源。在特殊领域，如远洋舰船动力、深空探测能源等方面，聚变也拥有独特的想象空间。
冷静的长期视角：尽管趋势积极，但业内专家提醒，这仍是一场需要“跑马拉松”的耐力赛。技术突破、供应链成熟、监管体系建立以及“耐心资本”的长期支持，缺一不可。最终成功不仅取决于科技，还取决于工程、经济和政策的协同。

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