本文为节选内容

如需更多报告，联系客服

或扫码获取报告

政策助力叠加技术推动，全球核聚变产业加快发展。美国、中国、欧洲和日本等国家和地区在核聚变领域均制定了详细的战略部署和未来规划。美国Helion 项目计划在2028 年实现50 兆瓦的聚变发电，而中国则预计在2050 年前完成聚变商用发电。此外，各国在技术进展方面也取得了显著成就，如美国的DIII-D 国家聚变设施完成了关键的“脉冲”测试，中国的EAST 在1 亿摄氏度下实现了创纪录的长时间等离子体运行。这些技术进展为未来的能源转型提供了新的可能性。随着政策的持续助力和技术创新的不断推进，我们预计全球核聚变产业的发展步伐将进一步加快。

核聚变私营公司蓬勃发展，多数公司预计2031-2040 年可实现聚变商业化。自2017 年开始，聚变行业景气度持续上升，核聚变私营公司不断涌现。根据Fusion Industry Association，截至2024Q4，商业核聚变公司共有46 家，其中美国有25 家，占比一半以上。在预计可控核聚变何时能够低成本和高效率的用于商业化的调查问卷中，超过70%的受访公司认为在2031-2040 年能够实现商业化应用，核聚变私营公司对于可控核聚变的商业化应用预期乐观。

我国聚变工程发展路径分“实验堆-示范堆-商用堆”三步走，目前处于实验堆阶段。实现可控核聚变的商业化应用需要分三步走，即实验堆-示范堆-商用堆。实验堆是可控核聚变实现商业化的第一步，主要目的是验证聚变能源的科学原理和基础技术，ITER 是世界上最大的聚变实验堆装置。在完成先导实验堆的测试和验证之后，下一步是建造示范堆（DEMO），用于展示聚变能源技术在实际条件下的性能和可行性。最后一步是设计和建造商用堆，实现聚变能的商业化应用。目前，聚变工程仍处于实验堆阶段。2011 年，科技部基础司组织成立磁约束核聚变堆总体设计组，开始中国聚变工程试验堆（CFETR）的研究，计划到2035年建成CFETR，到2050 年开始建设商业聚变示范电站。

中国聚变实验堆EAST 的后续项目BEST 托卡马克（夸父启明）近期密集招标，预计将于2027 年建成， 将首次演示聚变能发电。BEST(Burning plasma ExperimentalSuperconducting Tokamak)装置为世界首个紧凑型聚变能实验装置，将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。据中国科学院等离子体物理研究所所长宋云涛，BEST 将进行氘氚实验，进而探索氚增殖的可行性，预计将在2027 年建成，近期已开始密集招标。2025 年5 月1 日， BEST 项目工程总装工作比原计划提前两个月开始，将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。

我国初创公司能量奇点已验证高温超导托卡马克的工程可行性，并创下21.7 特斯拉磁场强度的世界纪录。洪荒70 由能量奇点公司设计、研发和建造，拥有完全自主的知识产权，国产化率高达96%以上，是全球首台高温超导托卡马克装置（托卡马克原理详见附录1），同时也是全球首台由商业公司研发建设的超导托卡马克装置。洪荒70 的中心磁场强度达到0.6T，等离子体半径为0.75m，其磁体系统由26 个高温超导磁体组成。2024 年6 月18 日，洪荒70 装置采用局部螺旋磁通注入和离子回旋加热两种预电离方式，成功实现了等离子体放电，在全球范围内首次验证了高温超导托卡马克的工程可行性，也标志着我国在高温超导磁约束聚变这一关键技术领域取得了领先地位。2025 年3 月10 日，能量奇点自主研制的大孔径强场磁体产生了高达21.7 特斯拉的磁场，创下大孔径高温超导D 形磁体最高磁场纪录，强超过了美国在2021 年创造的20.1 特斯拉的纪录，标志着能量奇点在高温超导聚变磁体领域达到国际领先。

核聚变的温度、密度和约束时间反应条件需满足劳逊判据温度/密度/约束时间，帮助原子核克服库仑斥力实现聚变反应。核聚变本质是将原子核压缩到强相互作用力的作用范围而发生聚合的过程，但由于原子核带正电，聚合过程中会受到库仑力而相互排斥。库仑力属于电磁力，作用距离无限，且随着距离的减小而增加；而强相互作用力是短程力，作用距离在原子核直径的量级。当原子核被压缩到足够近的距离时，强相互作用力将克服库仑斥力，并将原子核束缚在一起，释放巨大能量。因此为了克服库仑力使原子核进入强相互作用力的范围而发生聚变需满足温度、密度和约束时间三个条件。

核聚变反应需满足劳逊判据，氘氚反应最容易实现。温度、密度和能量约束时间三者的乘积nτET 称为聚变三重积，根据劳逊判据，只有聚变三重积大于5×1021m-3·s·keV，才能产生有效的聚变功率输出。在主要的聚变反应中，由于氘氚反应的聚变截面（原子核发生聚变反应的概率）和反应率（原子核发生聚变碰撞的活跃程度）大于其他聚变反应，最容易发生聚变，因此目前国际聚变研究领域的主流是氘氚聚变反应。当温度为1.6 亿度时，氘氚反应三重积nτET 最小为2.6×1021m-3·s·keV，此时三重积的反应条件在工程上最容易实现。

托卡马克技术最为成熟，有望率先实现受控核聚变

托卡马克是利用磁场来约束高温等离子体的环形聚变实验设备。20 世纪50 年代，苏联科学家提出“托卡马克”（Tokamak）磁约束核聚变装置，它的名字由俄文中环形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnit）、线圈（kotushka）四个词的前几个字母组成。托卡马克通过环向场线圈、中心螺管线圈和极向场线圈构成的磁体系统在环形真空室中构造出一个闭合的螺旋形磁场，实现对高温等离子体的约束，使得聚变燃料在真空室中发生聚变反应。

中国建成世界首个全超导托卡马克装置EAST，403 秒高约束模等离子体运行创造世界纪录。EAST 由苏联T-7 超导托卡马克改装而来，是由我国设计建造的国际上第一个建成并投入运行的全超导托卡马克核聚变实验装置，其磁体系统全部采用超导磁体。EAST 装置具有三大科学目标：1MA 等离子体电流、1 亿摄氏度高温等离子体和1000 秒运行时间。EAST于2010 年运行1MA 等离子体电流，2021 年5 月28 日实现可重复的101 秒1.2 亿摄氏度和20 秒1.6 亿摄氏度等离子体运行，2021 年12 月30 日实现1056 秒长脉冲高参数等离子体运行，三大科学目标分别独立完成。2023 年4 月12 日EAST 实现高功率稳定的403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录。

托卡马克由五大主体结构组成，磁体系统是核心部件

托卡马克的结构从内到外依次是包层模块-真空室-冷屏-磁体系统-冷屏-真空杜瓦。托卡马克的主要装置包括磁体系统、真空室、包层模块、偏滤器、冷屏和外真空杜瓦以及支持系统。

托卡马克通过磁体系统的三组线圈产生螺旋形磁场约束等离子体。聚变反应需要在真空环境内发生，为此设置真空室，同时真空室还起到支撑结构的作用。由于真空室的材料和结构难以承受聚变反应的高温以及中子辐照，因此在真空室内侧设置包层模块实现热屏蔽和辐射屏蔽。此外，反应过程产生的杂质会影响等离子体的稳定运行，因此在装置的底部装有一圈偏滤器，用于排出杂质、氦灰。最后，在装置的最外侧装有真空杜瓦，在超导磁体和真空室、真空杜瓦之间设置冷屏，以保证装置内部部件在工作温度运行。

过去托卡马克装置尺寸不断扩大，以实现更好的等离子体约束性能。定标率公式基于各种托卡马克实验数据拟合所得，衡量了等离子体约束性能。典型的定标率公式可表示为τE=0.0562I0.93B0.15n0.41P-0.69R1.39α0.58κ0.78M0.19，其中τE 为能量约束时间，I 为等离子体电流，n 为等离子体密度，B 为磁场强度，P 为等离子体的加热功率，R 为等离子体环大半径，α为等离子体截面半径与环半径之比，κ为等离子体截面形状拉长比，M 为等离子体中粒子的质量数。由于磁场决定了指数第二大的等离子体电流的I 大小，因此根据定标率公式，托卡马克的约束性能很大程度上取决于等离子体环大半径R 和磁场强度B。最终聚变三乘积与托卡马克等离子体大半径的2.5 次方和磁场的3.5 次方成正比。因此在过去几十年中托卡马克实验装置越建越大，磁场越来越强，以实现更好的等离子体约束性能。

高温超导磁体能够增强等离子体稳定性，并推动托卡马克小型化。目前主流的托卡马克装置采用的是低温超导磁体（临界温度<25K），其稳定运行最高磁场强度在15T 左右，而高温超导磁体（临界温度≥25K）能够提供更高的磁场强度，其稳定运行最高磁场强度可达到45T。在托卡马克中，边缘安全因子qψ=BΦa/BθR，表示磁力线绕等离子体小环一圈，其对应需要绕大环的圈数，用于衡量等离子体平衡的稳定性。由于qψ与环向磁场强度BΦ成正比，因此高温超导磁体应用于环向场线圈，能够增强等离子体对不稳定性的抵抗能力，提高等离子体约束性能。并且聚变三乘积与托卡马克等离子体大半径的2.5 次方和磁场的3.5 次方成正比。因此，高温超导磁体的应用将进一步推动托卡马克小型化，降低装置建造成本