摘要：9月24日，在第二十五届中国国际工业博览会上，中国聚变公司公开亮相，公司将在上海新建一个聚变实验装置，以验证其所研制的高温超导磁体，该装置暂命名为“中国环流四号（HL-4）”。中国聚变公司作为中核集团直属二级单位，它代管着核工业西南物理研究院，背后还有中国石油

9月24日，在第二十五届中国国际工业博览会上，中国聚变公司公开亮相，公司将在上海新建一个聚变实验装置，以验证其所研制的高温超导磁体，该装置暂命名为“中国环流四号（HL-4）”。中国聚变公司作为中核集团直属二级单位，它代管着核工业西南物理研究院，背后还有中国石油昆仑资本、中国核电等多家央国企股东加持。这种 “国家队” 阵容，直指2050年聚变能源商用的终极目标，路线图也十分清晰：先建实验堆，再搞示范堆，最终实现商用堆落地，上海与成都则形成两地联动的研发格局。

我国聚变能源发展已经进入加速期。2024年七部门发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》已将核聚变列为重点支持领域，而中国核学会专家早有预判：2050年前后有望实现聚变商用发电。

今天我们为大家解析一下可控核聚变行业。

可控核聚变的定义

可控核聚变是指通过人工手段创造极端物理条件，将轻原子核（如氢同位素）约束并加热至等离子体态，使其克服库仑斥力发生聚变反应，同时实现能量的持续、可控输出的过程。这一过程与太阳核心的能量产生机制一致，但需在实验室环境中对反应条件进行精确调控，区别于氢弹的不可控聚变爆炸。

核聚变与核裂变的核心差异

核聚变与核裂变虽同属核反应，但在反应本质、燃料特性与安全风险上存在根本区别。从反应原理看，核聚变是轻核聚合为重核（如氘氚聚变为氦），而核裂变是重核分裂为轻核（如铀235裂变）；燃料来源方面，核聚变燃料氘广泛存在于海水（每立方米含33克），氚可通过锂增殖获取，而核裂变得依赖稀缺的铀、钚资源；产物安全性上，核聚变产物仅为无放射性的氦气，无长寿命核废料，核裂变则产生需封存数万年的高放射性废料。此外，核聚变反应需持续维持极端条件，一旦约束失效会瞬间终止，不存在“堆芯熔毁”风险，安全性显著优于核裂变。

数据来源：行行查 | 行业研究数据库 www.hanghangcha.com

可控核聚变为何被称为“终极清洁能源”

可控核聚变的能源价值体现在三个维度：能量密度天花板——1克氘氚聚变释放能量相当于8吨石油，是化学燃料的百万倍；燃料近乎无限——全球海水氘储量约45万亿吨，按当前能耗可支撑人类使用上亿年，月球土壤中的氦-3更能满足数千年需求；环境友好性——全生命周期零碳排放，无温室气体与放射性污染。这种“取之不尽、用之不竭”的清洁特性，使其成为应对气候变化与能源短缺的战略方向，若实现商业化，将彻底重构全球能源格局。

可控核聚变技术的推进进程可以分为四个关键阶段。首先，科学可行性验证阶段，主要目标是产生并约束高温等离子体，解决其物理稳定性问题，并验证关键部件在极端条件下的可靠性。接着，工程可行性验证阶段，重点在于实现氚自持循环和能量净增益的稳态运行，同时进行材料与部件的长期性能测试。第三阶段为示范反应堆阶段，旨在验证聚变电站的经济性，建立标准化设计和施工规范，并完善相关法规和安全体系。最后，商业应用堆阶段，目标是实现单机功率达到吉瓦级，建立完整的燃料供应链和退役拆解产业链，形成多元化的商业运营模式。整个推进过程逐步从科学实验走向工程实践，最终实现商业化应用，为未来能源提供可靠解决方案。

核聚变反应的基本条件

核聚变反应需满足“三重积”（温度×压力×约束时间）阈值，才能实现能量净输出。具体而言，首先需要极高温度——需达到1亿摄氏度以上，以克服原子核间的库仑斥力（太阳核心温度仅1500万摄氏度，因自身巨大质量产生高压弥补温度不足）；其次需要高压环境——通过磁场或惯性压缩使等离子体达到高密度状态；最后需要足够约束时间——维持等离子体稳定以保证反应持续进行。当前国际主流装置的目标是将三重积提升至10²¹ K·s/m³以上，这也是实现能量增益的关键指标。

可控核聚变的主流燃料类型及特性

目前可控核聚变研究以氢同位素燃料为主，主要包括三种类型：氘-氚（D-T）燃料是当前最成熟的选项，其反应截面最大，所需温度压力最低，但氚具有12.3年半衰期，需通过锂（Li）与聚变中子反应增殖（Li-6 + n → T + He）；氘-氘（D-D）燃料无需氚，但反应截面仅为D-T的1/500，需更高三重积条件；氘-氦3（D-He3）燃料产物无高能中子，装置辐照损伤小，但氦3在地球储量极少，主要依赖月球开采或氚衰变获取。当前研究以D-T燃料为核心，同时探索未来D-He3清洁燃料的可行性。

可控核聚变的主流约束方式

实现核聚变约束的主流技术分为两类：磁约束与惯性约束。磁约束利用强磁场将带电等离子体束缚在真空室中，避免与器壁接触，主要包括托卡马克（环形磁约束装置）和仿星器（扭曲磁场装置）。托卡马克因约束效率高成为当前主流，代表装置有ITER和中国EAST；仿星器则具有等离子体稳定性好的优势，但结构更复杂。惯性约束通过高功率激光或粒子束瞬间压缩燃料靶丸，使其达到聚变条件，美国NIF是该路线的代表，2025年实现Q值4.13的突破。此外，磁惯性约束等混合技术也在探索中，试图结合两种路径的优势。

可控核聚变装置的核心组成

可控核聚变装置是多系统集成的复杂工程，这些系统需在极端条件下协同工作，对材料与工程精度提出极高要求。可控核聚变领域的主要装置包括：

（1）磁约束装置：
①托卡马克（ITER）：这是一种典型的磁约束装置，通过强大的磁场来控制和约束高温等离子体，以实现核聚变反应。ITER作为国际热核实验反应堆项目，是目前全球规模最大、最具影响力的可控核聚变实验装置。
②球形托卡马克（NCST）：与传统托卡马克相比，球形托卡马克具有更紧凑的设计，能够更有效地约束等离子体，提高能量利用率。NCST是中国科学院等离子体物理研究所研发的装置。
③仿星器（W7-X）：仿星器是一种非对称的磁约束装置，设计上模仿了天然恒星的磁场结构，旨在提供更稳定的等离子体约束条件。W7-X是德国亥姆霍兹联合会开发的装置，其复杂的设计能够减少等离子体的湍流，提高稳定性。

（2）惯性约束装置：
①激光约束（NIF）：国家点火设施（NIF）利用高能激光束聚焦在微小的燃料靶上，瞬间产生极高的温度和压力，引发核聚变反应。这种装置主要用于研究核聚变的基本原理和潜在应用。
②Z箍缩（ZAP）：Z箍缩装置通过电流产生的强大磁场来压缩等离子体，实现核聚变反应。ZAP装置的特点是能够在短时间内产生极高的能量密度，适用于研究高能量密度物理现象。

（3）磁惯性约束装置：
磁惯性FRC（Helion）：磁惯性约束融合（FRC）结合了磁约束和惯性约束的优点，利用磁场和外部驱动来维持等离子体的稳定性和高密度状态。Helion公司正在开发这种类型的装置，旨在实现更高效、更经济的核聚变能源生产。

可控核聚变的关键技术挑战

可控核聚变的规模化应用仍面临三大关键挑战：
（1）材料耐辐照问题：聚变产生的14MeV高能中子会导致材料晶格损伤与嬗变，需研发低活化钢、功能性陶瓷等抗辐照材料，目前部分材料性能仅能匹配近堆芯环境；
（2）氚自持难题：需实现氚增殖率（TBR）>1才能满足燃料循环，MIT实验测得TBR约3.57×10⁻⁴，距商业化目标仍有差距；
（3）等离子体控制：高温等离子体易发生不稳定性（如边缘局域模），需开发精准控制技术，当前AI预测与控制已实现提前300毫秒预警，稳定性验证有望提前至2026年。

可控核聚变产业链结构可以分为上游原材料产业、中游和下游应用产业三个主要部分。

首先，在上游原材料产业方面，主要包括第一壁材料、金属钨合金化合物、金属铜、金属银、钇钡铜氧化物、二氧化铈、哈市合金、锰氧化物、氧化镁、氧化铝、高温超导带材以及重水（Li⁶）等。这些材料是构建可控核聚变装置的基础，每种材料都有其特定的功能和作用，比如第一壁材料需要具备耐高温和抗辐射的特性，而高温超导带材则用于制造高效的磁场。

其次，在中游环节，核心设备和配套设备是关键组成部分。核心设备包括第一壁、偏滤器和高温超导磁体，这些设备直接关系到核聚变反应的进行和控制。配套设备则涵盖蒸汽发生器、真空泵、燃料处理系统、汽轮机、低温系统、功率半导体、控制软件和探测装置等，它们为核聚变反应提供必要的支持和保障，确保整个系统的稳定运行。

最后，在下游应用产业方面，可控核聚变技术的应用领域非常广泛，主要包括发电、医疗、科研和其他产业。发电是最重要的应用方向之一，通过核聚变反应产生的巨大能量可以转化为电能，为社会提供清洁、安全的能源。在医疗领域，核聚变技术可以用于开发新型的治疗手段和药物。在科研领域，核聚变研究本身就是一个重要的科学前沿，推动着物理学、材料科学等多个学科的发展。此外，核聚变技术还有望在其他产业中找到更多的应用场景，展现出广阔的发展前景。

据上海超导招股说明书数据显示，2024年至2030年全球可控核聚变装置用高温超导材料市场规模将呈现显著增长趋势，复合年增长率（CAGR）达到59.3%。具体来看，市场规模从2024年的3亿元起步，到2025年预计将增长至6.1亿元，同比增长率达到103%。随后几年，市场规模将持续扩大，分别在2026年、2027年、2028年、2029年和2030年达到11.3亿元、17.3亿元、25.5亿元、35.5亿元和49亿元。与此同时，同比增速虽然有所放缓，但仍保持在较高水平。2025年的同比增速为103%，之后逐年下降，分别为85%、53%、47%、39%和38%。这表明尽管增速逐渐趋于平稳，但该市场的扩张势头依然强劲，显示出高温超导材料在可控核聚变装置领域的广泛应用前景和巨大潜力。

全球核聚变研究在2025年取得多项里程碑成果：
（1）中国EAST装置首次实现1亿摄氏度下1066秒稳态长脉冲高约束模运行，创世界纪录；中国环流三号实现“双亿度”（离子与电子温度均达1亿度）等离子体运行，具备聚变燃烧相关高参数能力；
（2）美国NIF实现Q=4.13的能量增益（输出8.6 MJ，输入2.08 MJ），是全球首次突破Q>4；ITER项目完成超导磁体系统全部组件建造，进入组装阶段；
（3）法国WEST装置在5000万摄氏度下将等离子体维持1337秒，刷新稳定时间纪录。

可控核聚变行业正加速从基础实验向工程化应用跨越。2025年EAST千秒级稳态运行、NIF Q值突破4.13等成果，验证了长脉冲约束与能量增益的可行性。但商业化仍面临材料耐辐照、氚自持及系统能效三大瓶颈，如NIF整体能量投入产出比仍不满足经济性要求。当前技术推进超预期，国际合作与AI控制技术加速突破，若持续攻克核心难题，商用能量输出系统有望在2035年前建成，为全球能源转型提供终极解决方案。

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来源：行行查