摘要：人类文明发展史本质上是一部能源利用史，但传统能源的局限性日益凸显：化石燃料有限且污染严重，核裂变产生放射性废物，可再生能源受自然条件制约
可控核聚变产业加速推进：中国技术突破与商业化前景深度分析
引言：能源革命的黎明
人类文明发展史本质上是一部能源利用史，但传统能源的局限性日益凸显：化石燃料有限且污染严重，核裂变产生放射性废物，可再生能源受自然条件制约
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。联合国数据显示，按当前消耗速度，地球石油储量仅能维持 43 年，天然气 66 年，煤炭 240 年，而人工智能等技术对电力的需求增速已远超预期，能源危机迫在眉睫
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在此背景下，可控核聚变因原料近乎无限（海水中氘储量可供人类使用数十亿年，1 升海水聚变能量相当于 300 升汽油）、产物清洁（仅释放无害氦气）、能量密度极高（1 公斤燃料抵 1 万吨煤炭），被国际能源署誉为 "人类能源问题的终极解决方案"
。中国作为能源消费大国和科技强国，正以前所未有的力度推进核聚变商业化，全超导托卡马克 EAST 装置 2025 年初实现 1 亿摄氏度 1066 秒稳态运行，用比太阳核心温度高 6 倍的等离子体火焰，标志着人类距离 "人造太阳" 的大规模应用更近一步
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核心优势对比
化石能源：储量有限（石油43年/天然气66年）、污染严重
核聚变：燃料无限（海水氘够数十亿年）、零排放（仅产氦气）、能量密度超化石能源千万倍
从科幻小说《三体》中的太空飞船动力，到 EAST 装置的亿度千秒突破，可控核聚变正从梦想走向现实，有望彻底重构全球能源格局，开启人类文明的能源革命新纪元
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核心技术突破：从实验室到工程化的跨越
可控核聚变从实验室走向工程化，需突破三大核心瓶颈：稳态运行控制（等离子体约束时间与稳定性）、材料耐辐照性能（第一壁与偏滤器耐高温腐蚀）及装置小型化成本（传统磁体系统体积与能耗）。中国团队通过多维度技术创新，在这些领域实现从跟跑到领跑的跨越。
技术瓶颈与解决方案
在稳态运行领域，EAST 装置通过多波协同加热（微波 + 中性束注入）与AI 实时控制技术，攻克等离子体芯部与边界物理集成难题。2025 年 1 月，其实现 1 亿摄氏度 1066 秒高约束模运行，创世界纪录，验证了 “高温、长时、高约束” 三位一体稳态运行的工程可行性，解决了高功率加热系统耦合、主动冷却等系列问题
。中国环流三号（HL-2M）则实现离子温度 1.17 亿度、电子温度 1.6 亿度 “双亿度” 突破，聚变三乘积达 10²⁰量级，标志进入燃烧实验阶段
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材料与磁体技术方面，中核科技研发的全钨复合偏滤器耐温超 1 亿℃，寿命达 10 万小时；联创光电采用 IBAD-MOCVD 技术将高温超导带材临界电流密度提升至 800A/mm²，成本降至 50 美元 / 米
。更具突破性的是，Energy Singularity 于 2025 年 3 月实现 21.7 特斯拉磁场强度，超越 MIT/CFS 此前纪录，为装置小型化奠定基础
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突破意义：工程化拐点显现
这些突破标志中国聚变研究进入工程实践关键期：EAST 千秒级稳态运行验证了聚变堆高约束模可行性；HL-2M 的双亿度与高三乘积数据，使中国成为少数进入燃烧等离子体实验的国家
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。高温超导磁体技术将装置体积缩小 30%、能耗降低 60%，叠加 AI 对等离子体撕裂模式的实时预测与控制，大幅提升商业化可行性
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核心指标对比
技术领域 中国突破数据 国际对标水平
稳态运行 1亿℃/1066秒（EAST） 美国DIII-D：300秒（2024）
磁场强度 21.7T（Energy Singularity） 美国CFS：20.1T（2024）
超导带材成本 50美元/米（联创光电） 美国SuperPower：80美元/米
从 EAST 的 “上亿度千秒” 到 HL-2M 的 “双亿度三乘积”，再到高温超导磁体的突破，中国正构建从基础研究到工程化应用的完整技术链，为紧凑型聚变堆商业化铺平道路。
国内重点项目进展：多路径协同攻坚
EAST 装置：稳态运行的世界标杆
作为世界首个全超导托卡马克装置，EAST（东方超环）在稳态高约束模运行领域树立了全球技术标杆。2025 年 1 月，该装置在安徽合肥实现 1 亿摄氏度 1066 秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，将人类可控核聚变研究带入千秒级新阶段
。这一突破并非偶然，而是 EAST 团队历经十余年技术攻坚的必然结果：自 2006 年投运以来，装置累计开展超 15 万次等离子体实验，先后在 2012 年实现 30 秒、2016 年 60 秒、2017 年 101 秒、2023 年 403 秒高约束模运行，逐步构建起长脉冲稳态运行的技术路径
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核心技术突破：EAST通过近百万个零部件协同工作与近2000项自主专利技术，成功驾驭"超高温"（1亿摄氏度等离子体）、"超低温"（零下269℃超导磁体）、"超强磁场"（13特斯拉，相当于地球磁场28万倍）等极端环境，攻克了边缘局域模抑制、等离子体芯部-边界物理集成、第一壁材料排热等工程难题
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此次千秒级运行验证了聚变堆高约束模稳态运行的可行性，标志着中国聚变研究从基础科学向工程实践的重大拐点
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。高约束模式因能量约束效率高、经济性强，被确定为 ITER（国际热核聚变实验堆）及中国聚变工程实验堆（CFETR）的基准运行模式，EAST 的突破为全球聚变堆设计提供了关键的工程化参考
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。其采用的等离子体控制算法、超导线圈制造工艺等 32 项核心技术已被 ITER 采纳，成为国际聚变合作的重要技术输出平台
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HL-2M 装置：双亿度突破的工程验证
作为中国规模最大、参数最高的托卡马克装置，HL-2M（中国环流三号）由核工业西南物理研究院自主设计建造，于 2025 年 3 月首次实现原子核温度 1.17 亿摄氏度、电子温度 1.6 亿摄氏度的 “双亿度” 运行，标志中国聚变研究正式挺进燃烧实验阶段
。其综合参数聚变三乘积达 10^20 量级，能量约束时间提升至几百毫秒，为研究阿尔法粒子物理等燃烧等离子体关键问题提供理想平台
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装置配备 2.5 兆瓦微波回旋管、7 兆瓦中性束注入系统等核心装备，首创芯部能量约束调控方法，实现百万安培等离子体电流下的亿度 H 模运行，突破高约束模式控制、高功率加热耦合等技术难题
。相较于法国 WEST 等国际同类装置，HL-2M 在磁约束性能（3T 中心磁场）、加热功率密度及运行控制技术上展现显著优势，其可重复的 “双亿度” 放电能力为 ITER 项目及聚变堆工程验证奠定关键基础
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核心突破指标：双亿度（离子 1.17 亿℃/ 电子 1.6 亿℃）、100 万安培等离子体电流、聚变三乘积 10^20 量级，标志中国进入聚变燃烧实验新阶段
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CFETR：聚变工程实验堆的蓝图
中国聚变工程实验堆（CFETR）作为衔接 ITER 与商用堆的关键装置，以工程化为主线填补技术鸿沟，是中国 “EAST（原理研究）→ BEST（工程验证）→ CFETR（实验堆）” 路线图的核心环节
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。其核心目标是分阶段突破关键技术：第一阶段实现 200 MW 聚变功率与氚自给自足（再生效率超 95%），第二阶段达 1 GW 功率并构建商业堆 RAMI 数据库
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在核心部件国产化方面，上海电气研制的超导磁体线圈单重 80 吨、精度达毫米级，为全球最大尺寸
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；西部超导独家供应的 Nb3Sn 线材技术全球仅两家能量产，2025 年相关订单超 3 亿元
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。按中核集团规划，CFETR 计划 2030 年完成建设并启动并网发电验证，2035 年全面建成后，将成为全球首个实现稳态运行的聚变工程实验堆
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关键参数：超导磁体配置下，CFETR 等离子体大半径 5.6 米、小半径 2.2 米，轴磁场强度 6.5 特斯拉，归一化贝塔值 βN=2.3，科学能量增益 Qsci=20，直接支撑工程化验证
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BEST 装置：紧凑型聚变的商业化探索
BEST 装置作为中国新一代紧凑型聚变能实验装置，以产业化应用为核心导向，采用紧凑高场超导托卡马克技术路线，通过全超导磁体与紧凑化结构设计实现关键突破：体积较传统装置缩小 30%，磁场强度提升至 15 特斯拉，能耗降低 60%，显著优化成本结构
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。该装置 2025 年全面进入组装阶段，提前两个月完成直径 18 米、重 400 余吨的杜瓦底座安装（误差不超过 2 毫米），计划 2027 年建成并演示 50 兆瓦聚变发电，目标 2030 年实现商用发电验证，较国际热核聚变实验堆（ITER）提前 12 年完成工程验证
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模块化制造是加速其商业化进程的关键支撑。合锻智能获 2.1 亿元真空室部件订单（含扇区、窗口延长段等核心模块），技术精度达微米级；永鼎股份中标 2.09 亿元真空室项目，其第二代高温超导带材临界电流密度超 300A/mm，2025 年相关业务收入同比增长 120%
。这种分工协作模式推动核心部件标准化生产，为未来规模化建造奠定基础。
核心商业化指标：体积缩小 30%、能耗降低 60%的技术突破，结合模块化制造带来的成本优化，使 BEST 有望成为全球首个实现商业化路径验证的聚变装置，1 公斤聚变燃料能量相当于 1 万吨煤炭的能源密度进一步凸显其商业潜力
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产业链与商业化前景：从技术到市场的跃迁
可控核聚变产业链呈现 “金字塔型” 价值分布，核心环节集中于中游设备与上游材料。参考 ITER 成本结构及中信证券测算，超导磁体系统占总造价近 30%，真空与冷却系统合计超 20%，构成产业链价值量最高的两大支柱
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。超导磁体领域，西部超导作为国内唯一量产 ITER 级铌锡超导线材企业，2025 年新增 200 吨产能瞄准 CFETR，在手订单 60 吨（已交付 24 吨），低温超导材料国内市占率超 70%
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；永鼎股份子公司东部超导量产第二代高温超导带材（YBCO），良品率 90%，2025 年一季度净利润同比增 960.55%，为 CFETR 磁体提供关键材料支撑
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。真空系统环节，合锻智能中标 BEST 项目真空室段 2.09 亿元订单，标志国内企业突破毫米级制造精度与高真空焊接技术；中核科技研发的 “耐 1.8 亿摄氏度高温密封件” 稳定工作超 1000 小时，2025 年上半年聚变堆用真空密封阀门营收 3.2 亿元，市占率 72%
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中游设备商正从 “预研订单” 向 “工程订单” 跨越，业绩兑现逻辑逐步清晰。联创光电高温超导磁体技术国内领先，中标中核集团 “星火一号” 混合堆项目，2025 年相关订单预计达 12 亿元，占营收超 30%
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；安泰科技作为全球唯一批量供应 ITER 全钨复合偏滤器企业，2025 年新增聚变堆部件订单 5.2 亿元，毛利率高达 68%，ITER 市占率 70%
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。上海电气则主攻重型主机，为 CFETR 提供单重 80 吨的超导磁体线圈，2025 年在手核聚变订单达 34.8 亿元，其制造的 ITER 最大单体部件磁体冷态测试杜瓦已完成发运
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需警惕概念炒作风险，订单落地能力是区分真伪标的的核心标准。方正证券指出，2025 年以来 BEST 项目招标加速，聚变设备企业正从“0-1”的技术验证阶段进入收入利润兑现期，合锻智能（真空室）、国光电气（偏滤器）等已承接明确工程订单的企业确定性更高
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商业化前景方面，中信证券预测 2030-2035 年全球聚变装置市场规模将突破 2.2 万亿元，若聚变电站度电成本降至 0.3 元 /kWh 以下，将具备与现有核电及风光储系统竞争能力
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。全球市场规模预计从 2024 年的 3314.9 亿美元增长至 2029 年的 4795 亿美元，复合年增长率 8.1%，中国凭借 30% 的全球投资份额及完整产业链布局，有望在商业化进程中占据主导地位
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政策与投资环境：国家战略与资本共振
中国已构建起 “法律 - 规划 - 资本” 三维支持体系，为可控核聚变产业发展提供全周期保障。政策层面形成 “法律奠基 - 规划引领 - 专项推动” 的立体化架构：2025 年 9 月通过的《中华人民共和国原子能法》首次将核聚变纳入法律监管，明确 “建立符合受控热核聚变特点的分级分类监督管理制度”，覆盖氘氚实验、氢硼聚变等多技术路线安全评估，为商业化落地奠定法律基础
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。规划层面，“十五五” 期间核聚变定位从 “前沿探索” 升级为 “工程验证与产业培育并重”，七部委《关于推动未来产业创新发展的实施意见》将其列为未来能源关键核心技术，国家能源局推动 CFETR 等重大科技基础设施立项，形成 “短期攻关 - 中期示范 - 长期商用” 的梯次推进路径
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资本层面呈现 “国家队主导、产业资本协同” 的中国特色模式。2025 年 7 月挂牌的中国聚变能源有限公司（CFEC）由中核集团联合中国石油等七家央企注资，注册资本达 150 亿元，成为全球资本规模最大的商业核聚变实体
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。该模式通过 “创新联合体 + 专项基金” 强化资源整合：中核集团牵头组建涵盖 25 家央企、科研院所的创新平台，国家制造业大基金二期定向投放 200 亿元，形成 “财政资金引导 - 产业资本跟进 - 社会资本参与” 的多元投入体系
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。相比之下，美国以私营企业为投资主体，Helion Energy、CFS 等初创公司累计融资超 120 亿美元，但面临技术路线分散、长周期投入持续性不足等挑战
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中美资本模式对比
中国：“国家队+产业基金”模式，以CFEC为核心整合25家单位资源，注册资本150亿元，国家基金定向投放200亿元，适合聚变长周期、高风险特性
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美国：私营企业主导，2025年私募融资占全球62%，但单个项目平均寿命不足8年，商业化验证依赖市场短期回报
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政策与资本的共振效应加速技术转化。地方层面广东、四川等地将核聚变纳入现代化产业体系，资本市场形成 “核心技术企业 + 概念炒作” 分化格局，西部超导、合锻智能等掌握超导材料、真空设备技术的企业获机构密集调研，2025 年二季度上海电气调研机构达 189 家，较一季度翻倍
。这种 “顶层设计 - 资本赋能 - 区域协同” 的生态体系，正推动中国在全球聚变产业竞合中形成独特优势。
专家解读与未来展望：挑战与机遇并存
可控核聚变作为颠覆性能源技术，其商业化进程需突破 “技术 - 工程 - 商业” 三重瓶颈，同时全球研发已进入关键攻坚期。中国科学院合肥物质科学研究院宋云涛副院长将磁约束技术比喻为 “用冰块搭笼子关住火山喷发的岩浆”，形象揭示了极端环境下的技术挑战
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三重挑战的核心突破方向
技术端，材料耐辐照性能是核心瓶颈。现有钨基材料仅能耐受数小时中子轰击，而商用堆要求材料寿命达 20 年免维护标准，低活化钢、碳化硅复合材料等新型材料研发成为工程化关键
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。工程端，氚自持循环是必答题，商用堆需实现氚增殖率＞1.05，而当前氚资源稀缺，需通过锂铅共晶合金等增殖材料在堆内完成燃料自持
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。商业端，度电成本优化是商业化前提，低温超导托卡马克（如 ITER）度电成本或为火电 100 倍以上，而高温超导技术（中国联创光电已降至 50 美元 / 米）和 AI 控制系统（能量奇点智能调控技术）为成本控制提供新路径，目标锁定 0.3 元 /kWh
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关键指标对比
材料寿命：现有材料（数小时）→ 商用要求（20年）
氚增殖率：当前水平（＜1.0）→ 自持阈值（＞1.05）
度电成本：ITER预估（火电100倍）→ 目标值（0.3 元/kWh）
未来展望：2030-2040 年关键节点
中国已形成清晰的技术路线图：合肥 BEST 装置计划 2027 年完成聚变发电演示，2030 年实现 “点亮首盏聚变灯”；CFETR（中国聚变工程实验堆）将在 2030 年实现 Q 值＞10 的工程验证，2035 年完成工程设计
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。行业调研显示，35 家国际聚变企业计划 2030-2035 年运营商业示范电站，中国 “星火一号” 项目通过聚变 - 裂变耦合技术将 Q 值临界点从 10 降至 5，有望 2029 年并网发电
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。若进展顺利，2040 年前后可建成首座商业化示范电站，单座电站年发电量达 30 亿度，满足百万人口城市用电需求
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专家普遍认为，核聚变商业化将重构全球能源格局。张杰院士强调其 “对能源安全和环境保护的战略意义”，余丰慧则指出这将 “推动全球能源格局迎来革命性变革”，而中国在高温超导材料、Z 箍缩技术（“聚龙一号” 装置电能转换效率＞10%）和产业协同（工程师数量达 2.8 万人，为美国 3 倍）等领域的优势，有望加速这一进程
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结论：重塑全球能源格局的中国力量
中国可控核聚变研究历经半个世纪突破，已实现从 “跟跑” 到 “领跑” 的跨越，EAST 装置 1 亿摄氏度 1066 秒稳态运行、HL - 2M “双亿度” H 模运行等成果，奠定等离子体约束与稳态运行的全球领先地位
。通过 “主路突破 + 支路创新” 战略，构建起托卡马克、超导磁体、紧凑型聚变等全链条技术体系，关键部件国产化率超 90%，形成 “国家队 + 民企” 协同的完整产业链
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战略引领与工程化推进：CFETR“三步走”计划明确 2030 年 BEST 装置商用发电演示、2050 年建成原型堆，政策与资本加码下，中国正加速从实验室走向商业化，有望在 2030 年代实现聚变能源突破
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可控核聚变商业化将重构全球能源 mix：石油、煤炭回归化工原料属性，能源争端成为历史，为《巴黎协定》与中国 “双碳” 目标（减少 50 亿吨 CO₂排放）提供终极解决方案
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。技术溢出效应更将催生超导材料、AI 控制、核聚变飞船等新科技生态，中国以 “追日之旅” 的持续突破，让 “人造太阳” 照亮人类文明清洁能源新纪元
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来源：财经大会堂