可控核聚變：終極能源沖刺倒計時，中國如何領跑“人造太陽”？

核心觀點：

• 可控核聚變為人類提供一種近乎無限、清潔且安全的“終極能源”。全球資本過去五年行業總投資額從約19億美元激增至97億美元。中國不僅將核聚變能納入“十五五”規劃建議，更在《原子能法》中首次將其寫入國家法律，明確了戰略地位。
  
• 產業鏈中游以托卡馬克核聚變實驗裝置最為常見，相關設備包括磁體系統、真空系統(包括偏濾器、第一壁)、加熱與電流驅動系統等核聚變主機設備以及壓力容器、蒸汽發生器、汽輪機、各類泵閥等其他設備。
  
• 技術路線：托卡馬克（環形磁約束裝置）是國際公認的主流路線。慣性約束聚變（ICF）在經歷半個多世紀的發展后，以美國國家點火裝置（NIF）為代表的研究，通過間接驅動方案在2021年之后多次實現凈能量增益（Q>1），從而在科學上驗證了慣性約束點火的可行性。
  
• 國產化生態成型：形成“國家隊（中國聚變能源公司等）引領+民企創新”格局，關鍵部件（超導材料、偏濾器、電源）實現自主可控，供應鏈已獲實質性訂單。
  
• 核心挑戰與趨勢：需突破耐輻照材料、氚自持循環、極端工程集成三大瓶頸；AI賦能研發加速，資本與政策雙輪驅動，產業正從科研轉向工程驗證與商業化落地。
  

（1）背景

可控核聚變，旨在模擬太陽的發光發熱原理，在地球上創造安全、可控的“人造太陽”，為人類提供一種近乎無限、清潔且安全的“終極能源”。

（2）行業定義及發展歷程

1）定義及分類

核聚變是指質量較小的原子核在極高溫度和壓力條件下，互相碰撞聚合形成質量更大的原子核，并釋放出巨大能量的過程。核聚變是太陽和恒星維持其能量產生的主要機制。要實現并利用這一反應，必須同時滿足三個苛刻的條件：1、極高的溫度：將燃料加熱到上億攝氏度，使其成為帶電的等離子體狀態。2、足夠高的等離子體密度。3、足夠長的能量約束時間。這三個條件的乘積被稱為 “聚變三重積” 。只有當它超過一個臨界值（勞森判據），聚變反應輸出能量才能大于輸入能量，實現能量“凈增益”。

圖表1 可控核聚變核心三要素

信息來源：融中研究

2）發展歷程

圖表2 可控核聚變發展歷程

信息來源：融中研究

（3）政策梳理及發展方向

圖表3 可控核聚變相關政策梳理

信息來源：融中研究

核能屬于未來能源，政策旨在打造“采集-存儲運輸-應用”全鏈條的未來能源裝備體系。工信部在《推動未來產業創新發展的實施意見》指出，加強前瞻謀劃部署。

圖表4 可控核聚變相關地方政策梳理

信息來源：融中咨詢

各省市可控核聚變產業發展目標主要是技術攻關，為實現碳達峰和能源安全，推動核聚變能量增益實現工程化突破。整體來看，為加快推動可控核聚變產業的發展，各省市提出了相應的發展目標。

（4）市場規模及競爭格局

1）行業市場規模

行業普遍認為，2030年是可控核聚變行業的關鍵轉折年份。政策、技術、商業化多維度預測。2030或是技術處商業化后的市場產出價值，而非研發投入。整體市場趨勢呈現穩定、現行的持續增長，而非爆發式增長。這反映出當前行業對于可控核聚變的共識是：可控核聚變的商業化是漸進式的，需要逐一解決技術、市場等問題，例如發電穩定性、經濟性等，不會一蹴而就。

圖表5 可控核聚變市場規模

信息來源：公開數據，融中研究

從數據來看，整體市場趨勢預測是溫和的。當前行業認知及技術路線推演，揭示“方向性共識”，證實了資本與產業界對核聚變能商業化時間窗（2030-2040年代）的預期；顯示了聚變能源作為一個未來戰略產業，正從純科研向可預見的商業活動過渡。

（5）產業鏈圖譜

可控核聚變產業鏈上游主要為各類原材料，包括超導磁體材料、金屬鎢、鉭等稀有金屬、特種鋼材、氘和氚等燃料等。中游主要為各類設備以及反應堆工程建設，以最常見的托卡馬克核聚變實驗裝置為例，相關設備包括磁體系統、真空系統(包括偏濾器、第一壁)、加熱與電流驅動系統等核聚變主機設備以及壓力容器、蒸汽發生器、汽輪機、各類泵閥等其他設備。下游主要為核電站運營，用于科研及發電。

圖表6 可控核聚變產業鏈圖譜

信息來源：融中研究

1） 技術路線劃分

當前，磁約束聚變正處在從科學原理驗證向工程集成與商業驗證轉型的關鍵階段，其技術路徑、發展現狀與面臨的挑戰清晰地勾勒出這一“終極能源”的攻關全景。磁約束聚變的技術路線主要圍繞如何構建更高效的“磁籠”展開。

主流技術路徑——托卡馬克及其進化。托卡馬克（環形磁約束裝置）是國際公認的主流路線。其發展正沿著兩個方向演進：一是以國際熱核聚變實驗堆（ITER）為代表的大型傳統路線，追求規模與綜合參數；二是采用高溫超導磁體的緊湊型托卡馬克路線（如中國聚變公司、美國CFS公司的方向），旨在縮小體積、降低成本、加速商用進程。此外，仿星器（通過外部復雜線圈產生約束磁場）作為另一重要分支，也在持續研究中。

創新路徑——場反位形（FRC）、球形托卡馬克等。這些方案通常追求更簡單的幾何結構或更快的迭代速度，是許多私營公司探索的重點，例如新奧集團的“玄龍-50U”球形環裝置。

2）技術發展現狀

近年來，磁約束聚變在科學實驗和工程推進上均取得了一系列里程碑式進展：

科學參數持續突破：中國的研究已實現從“跟跑”到“并跑”乃至“領跑”的轉變。EAST裝置實現了1億攝氏度、穩態高約束模運行1066秒的世界紀錄；“中國環流三號”創造了離子與電子溫度均超1億攝氏度的 “雙億度” 等離子體運行；新一代裝置HL-2M的等離子體電流突破100萬安培（1兆安），是向聚變點火邁進的重要一步。

工程化與商業化進程提速：全球聚變行業投資在五年內從19億美元飆升至97億美元。中國正構建 “國家隊+民間隊” 的雙輪驅動生態。國家隊的核心工程，如緊湊型聚變能實驗裝置（BEST） 計劃在2030年前實現聚變能發電演示；同時，中核集團牽頭組建了中國聚變能源有限公司，旨在整合資源加速商用。民營資本則活躍于多元技術路線，推動裝置小型化和快速迭代。

實現可控核聚變商業化，需要跨越從科學可行到工程可行，再到商業可行的歷程。商業化面前，仍有材料、工程與生態“三座大山”：

一是基礎科學與核心材料的根本性瓶頸。實現聚變能的商業運用，需經歷原理探索、規模實驗、燃燒實驗、實驗堆、示范堆、商用堆六個階段。業內專家表示，中國核聚變眼下將進入“燃燒實驗”階段。即便達成能量增益（Q>1），離商用發電仍有不小差距，亟需將增益倍數提高幾十倍，同時確保裝置能穩定運行數十年。材料是一大挑戰。專家介紹，第一壁材料需要承受上億攝氏度的高溫等離子體的熱負荷與中子輻照，目前尚無完美解決方案。更為棘手的是，氚燃料自持循環技術。氚在自然界存量極少，必須通過在堆內增殖生產并實現循環利用，而這一技術尚未取得根本突破。

二是極端苛刻的工程集成挑戰。托卡馬克裝置是迄今為止人類建造的最復雜的能源機器之一，需要將超高真空、強磁場、波加熱、精密控制等系統集成在一個有限空間內，并穩定運行數十年。超導磁體、偏濾器、包層等關鍵部件的性能與可靠性要求極高。

三是尚未成熟的產業生態與監管體系。聚變能商業化不僅是技術攻關，更是一場需要龐大產業生態支撐的系統工程。當前，產業鏈各環節之間缺乏緊密銜接，企業協同機制不足，影響了整體效率與創新能力。

資金與人才兩大缺口，仍制約商業化進程。全球聚變領域商業投資已超百億美元，但對照聚變電站數千億的預估建造成本，投入規模仍相去甚遠。作為多學科高度交叉的前沿領域，聚變能行業的專業人才儲備明顯不足。全球層面針對聚變電站的監管框架尚未成型，安全標準、審批機制、運營資質等配套制度亟待完善。翻越“三座大山”，從無捷徑可循。這既需要錨定基礎研究持續深耕，攻克物理與材料領域的終極難題；也考驗著國家尖端工程集成與高端制造的硬核實力；最終，更取決于能否構建資本、人才、政策與產業鏈深度協同的創新生態。核聚變商業化的攻堅之路，注定是一場耐力、實力與戰略定力的綜合較量。

3）國產化情況

當前，中國磁約束聚變技術正實現從“跟跑”到“并跑”乃至部分“領跑”的深刻轉變，其國產化進程已超越單一的部件制造，形成了從頂層戰略、基礎研究、工程驗證到全產業鏈協同的完整自主創新體系。

圖表7 中國磁約束聚變的國產化

信息來源：融中研究

4） 企業展示

圖表8 中國磁約束聚變的代表企業

信息來源：融中研究整理

“國家隊”主導系統整合：以中國聚變能源有限公司和聚變新能為代表的國家級平臺，依托巨額資本和系統工程能力，負責整合資源、設定長期目標并建設核心大科學裝置。

民營企業聚焦差異化技術突破：大量民營初創公司在主流（托卡馬克）和創新（仿星器、Z箍縮）路線上并行探索，通過高溫超導、球形環、重復重聯等創新點，力求實現裝置的小型化和經濟性，并制定了比國家路線更激進的商業示范時間表。

供應鏈企業已獲實質性訂單：與尚處研發階段的裝置不同，為聚變裝置提供低溫、電源、電纜、部件制造等核心子系統的供應鏈企業已開始獲得數億甚至數十億元的訂單，產業正從純研發向工程化、商業化邁進。

資本構成多元化：產業資金形成了 “國家資本+產業資本+風險投資” 的合力。中核、中石油等央企，安徽、上海等地方國資，以及蔚來資本、米哈游、紅杉等市場化機構均深度參與，共同推動產業發展。

（2）慣性約束聚變技術分析

慣性約束聚變（ICF）在經歷半個多世紀的發展后，正處在一個歷史性節點：以美國國家點火裝置（NIF）為代表的研究，通過間接驅動方案（即激光先轟擊黑腔產生X射線，再由X射線壓縮燃料靶丸）在2021年之后多次實現凈能量增益（Q>1），從而在科學上驗證了慣性約束點火的可行性。然而，從“科學原理可行”邁向“穩定、高效、經濟的能源生產”，其技術路徑更為多元，面臨的瓶頸也異常嚴峻。目前，ICF主要圍繞激光驅動和Z箍縮（電磁驅動）兩大技術路線展開，各自內部又有細分。

1）技術路線劃分

激光驅動慣性約束聚變：這是目前最成熟、取得成果最顯著的路線。它又可分為間接驅動和直接驅動。NIF的成功標志著間接驅動路線的巨大突破，但該方案步驟繁復、能量轉換效率低，且長期受“驅動赤字”等基礎物理問題的困擾。更高效、但對稱性控制難度極大的直接驅動方案（激光直接照射靶丸）也在以美國OMEGA裝置等平臺進行探索。2025年的研究指出，無論間接還是直接驅動，其核心激光系統的能量轉換效率（從電網電到激光）目前仍然很低，將其轉化為連續穩定運行的能源系統存在巨大的工程不確定性。中國在該領域正走出一條自主創新之路，基于“神光”系列裝置，在流體力學不穩定性等關鍵基礎問題上取得了重要進展。

Z箍縮慣性約束聚變：與激光驅動相比，Z箍縮（利用大電流脈沖產生的強大電磁力壓縮靶丸）被認為能量轉換效率和能量輸出潛力更高。不過，彭先覺院士等專家指出，若采用Z箍縮進行“純聚變”發電，一個百萬千瓦電站可能需要數十個裝置并聯運行，其預估造價（如一座電站高達250億美元）在經濟上完全不具競爭力，且同樣面臨氚燃料自持這一共性世界難題。為破解困局，中國學者提出了更具創新性的 “Z箍縮聚變裂變混合堆（Z-FFR）”路線，即利用聚變產生的中子來驅動次臨界裂變包層，通過裂變將能量“放大”。該方案被評估為可將建造成本大幅降低至約30億美元，為聚變能的商業化落地開辟了一條新路徑，目標是2035年左右建成示范電站。

2）國產化情況

中國慣性約束聚變（ICF）的國產化進程呈現出“基礎研究扎實、技術路線創新、工程路徑務實”的鮮明特征，正從跟隨國際主流（激光驅動）轉向引領一條更具工程可行性的中國特色道路（Z箍縮混合堆）。

在技術路線上，國產化研究覆蓋了激光驅動和電磁驅動（Z箍縮）兩大方向。以神光系列為代表的大型激光裝置是國產激光ICF的基石。研究不僅服務于國家重大需求，其技術衍生應用（如精密制造、極端條件物理研究）也體現了“沿途下蛋”的產業思維。然而，如同國際同行一樣，純激光聚變走向能源應用面臨能量轉換效率低、成本高昂的核心瓶頸。為此，中國科學家團隊在彭先覺院士的引領下，開創性地提出了更具現實意義的 Z箍縮聚變-裂變混合堆（Z-FFR）路線。該方案利用Z箍縮產生聚變中子，進而驅動一個深次臨界裂變包層，將聚變能量放大10倍以上。這巧妙地繞過了純聚變在能量增益和氚自持方面的極端困難，同時解決了裂變堆的核廢料和安全問題，被彭院士評價為“未來核能發展的必然之路”。據估算，同樣建設百萬千瓦級電站，Z-FFR路線可將預估造價從純聚變的約250億美元大幅降低至約30億美元，經濟競爭力顯著提升。

在產業化推進上，中國已形成了“國家隊頂層設計+市場化主體運營”的協同體系。一方面，國家層面給予了戰略定位和政策保障，“核聚變能”被明確納入“十五五”規劃建議，國家級產業平臺和引導基金也已成立。另一方面，商業公司開始活躍。例如，國內首家專注于Z箍縮聚變商業化的公司——安東聚變，已規劃了清晰的“三個五年”路線圖，目標在2040年實現商業化發電。其核心集成放電模組“雷震子”測試順利，并致力于解決重頻運行、核心部件壽命等關鍵工程問題。同時，以彭先覺院士團隊為核心組建的天府創新能源研究院和澤塔聚變科技公司，正作為“一體雙翼”推進Z-FFR的工程驗證與商業應用。

圖表9 中國慣性約束聚變的國產化

信息來源：融中研究整理

3） 企業展示

圖表10 中國慣性約束聚變的代表企業

信息來源：融中研究整理

綜合來看，慣性約束聚變的商業生態呈現出與磁約束不同的特點：

技術路線高度多元化：在激光驅動這一主干上，衍生出快點火、不同激光器（藍光/深紫外）、不同燃料（氘氚/氫硼） 等多種創新方案。同時，Z箍縮作為另一條重要分支，在中美兩國均有商業公司重點推進。

科學驗證引領，工程挑戰嚴峻：美國NIF的突破為整個領域注入了強心劑。但所有企業都面臨將一次性科學實驗轉化為可高頻、穩定、經濟運行的發電系統的核心挑戰，這需要激光器效率、靶丸成本、重復頻率等全方位的工程革新。

中國企業路徑獨特：在激光路線上，中國以國家大科學裝置為核心。在更具工程創新性的Z箍縮路線上，以安東聚變為代表的中國公司，基于彭先覺院士提出的Z-FFR混合堆方案，走出了一條從原理到電站系統設計都兼顧工程可行性與經濟性的特色路徑，并制定了激進的商業化時間表。

（1）行業趨勢走向

行業已告別純科研時代，進入以工程驗證和商業化落地為目標的密集攻關期。

資本與政策雙重驅動：全球資本正以前所未有的規模涌入，過去五年行業總投資額從約19億美元激增至97億美元。中國在政策層面給予了頂級支持，不僅將核聚變能納入“十五五”規劃建議，更在《原子能法》中首次將其寫入國家法律，明確了戰略地位。

產業鏈與生態快速成型：行業已形成清晰的“國家隊引領、民企創新、供應鏈支撐”的中國特色生態。以中國聚變能源有限公司為代表的“鏈主”負責大科學工程整合，而眾多民營企業則在高溫超導、球形環等創新路線上快速迭代。同時，上游材料（如超導帶材）、中游部件（如真空室、偏濾器）的訂單開始放量，標志著產業從研發邁向實質性的工程采購階段。

（2） 技術趨勢走向

技術發展呈現“主流深化”與“多元探索”并行，且與新興技術加速融合的特點。

技術路線百家爭鳴：磁約束（尤其是托卡馬克）因最成熟，仍是主流和近期示范重點。慣性約束在NIF實現“凈能量增益”后關注度飆升，其中Z箍縮路線因潛在的經濟性優勢，正從幕后走向臺前。中國采取了多路線布局的策略。

工程瓶頸集中攻堅：當前研發焦點已從“能否實現”轉向“如何穩定、經濟地運行”。共性瓶頸集中在：能承受極端環境的耐輻照材料（如第一壁）、實現燃料自給自足的氚循環技術，以及將數萬零件集成為可靠系統的極端工程能力。

AI賦能研發革命：人工智能正深度融入聚變研發的全流程。目前，AI在等離子體控制、實驗數據分析和預測、以及裝置故障診斷等方面已展現出實用價值，能顯著提升實驗效率和裝置穩定性。未來，“AI+數字孿生”將可能徹底改變聚變堆的設計和運營模式。

（3）場景趨勢走向

商業化應用將是一個由點到面、逐步拓展的長期過程。

明確的階段性目標：全球形成了“實驗堆→示范堆→商用堆”的共識路徑。例如，中國的BEST裝置目標是2030年實現全球首次聚變能發電演示，而中國聚變能源有限公司則規劃了到2035年建成工程實驗堆、2045年左右建成商用示范堆的路線圖。

多元化的應用前景：遠期來看，聚變能的應用遠不止于發電。它有望作為穩定的電網基荷電源，并為高耗能產業（如制氫、海水淡化）提供高溫熱源。在特殊領域，如遠洋艦船動力、深空探測能源等方面，聚變也擁有獨特的想象空間。

冷靜的長期視角：盡管趨勢積極，但業內專家提醒，這仍是一場需要“跑馬拉松”的耐力賽。技術突破、供應鏈成熟、監管體系建立以及“耐心資本”的長期支持，缺一不可。最終成功不僅取決于科技，還取決于工程、經濟和政策的協同。