摘要：11月12日，合肥物质院等离子体所公开招标13.45亿聚变项目，本次BEST项目超13亿招标是之前杜瓦底座顺利交付后核心零部件招标的标志性事件。 今天我来为大家分析一下可控核聚变行业。
11月12日，合肥物质院等离子体所公开招标13.45亿聚变项目，本次BEST项目超13亿招标是之前杜瓦底座顺利交付后核心零部件招标的标志性事件。 今天我来为大家分析一下可控核聚变行业。
我国可控核聚变作为“未来产业十大工程”之一，或将重塑全球能源格局。这一领域值得长期关注：
截至2025年，我国已形成EAST（东方超环）、中国环流三号、BEST三大装置协同攻关的格局：EAST实现亿度等离子体千秒级稳定约束，中国环流三号完成双亿度燃烧等离子体实验，BEST则瞄准2030年全球首次聚变发电演示。这一系列进展表明，我国在磁约束聚变领域已与国际同步进入燃烧实验阶段，部分环节甚至实现“领跑”。
商业化应用仍需经历实验堆、示范堆、商业堆三阶段，预计2050年前后实现规模化落地。当前BEST项目虽计划2030年点亮第一盏灯，但真正发电需满足能量增益Q>1（输出能量超过输入），且需解决氚增殖、材料耐中子辐照等工程难题。
该行业具备长期战略价值。政策层面，我国将核聚变纳入“十五五”未来产业重点，成立中国聚变能源公司统筹产业化；技术层面，高温超导材料、等离子体智能控制等领域的突破，正加速工程化应用；资本层面，2025年全球聚变行业融资额突破97亿美元，国内安泰科技、西部超导等供应链企业订单增速超100%。更重要的是，核聚变作为终极清洁能源，可彻底解决能源安全与环境问题，其潜在市场规模预计2050年达40万亿美元。尽管短期面临技术瓶颈和高投入压力，但中长期看，这一领域的突破将重塑全球能源格局，成为大国科技竞争的核心战场。
可控核聚变定义与基本原理
核聚变又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应，即两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。根据李建刚的论文可知，质量小的原子，在一定条件下(如超高温和高压)，能让核外电子摆脱原子核的束缚，两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核和极轻粒子。其过程中因反应前粒子质量总和大于反应后产物，遵循爱因斯坦质能方程 E=mc²，反应可以释放出巨大的能量。在恒星内部，持续进行的核聚变反应正是驱动太阳等恒星百亿年持续发光发热的能量源泉。
可控核聚变被视为未来能源的重要方向之一。核聚变反应指在高温、高压和高密度的条件下，两个质量较小的原子核结合成质量较大新核，反应的同时会释放出巨大能量。可控核聚变作为核能的开发方式之一，比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。
可控核聚变的实现依赖于等离子体温度、粒子数密度与能量约束时间三项关键物理参数的协同满足。温度决定离子是否具备足够的动能克服库仑斥力，是反应发生的基础前提；密度决定单位体积内的碰撞频率，是提高反应几率的核心因素；约束时间反映等离子体在反应区中维持高能状态的能力，是确保反应可持续进行的必要条件。
可控核聚变的能源优势
核聚变兼具“高能量密度、原料易得、布置灵活、安全环保”等优点，相较于其他主流发电方式有着明显优势。以氘氚（D-T）聚变为例，聚变单次反应即可释放 17.59MeV能量，将现有能源体系的能量密度提升了千万倍；此外，核聚变安全环保，原料易得，发电环境无特定要求。对于能源行业，核聚变不仅意味着技术迭代，更是对能源范式的降维打击。
可控核聚变主流技术路线
可控核聚变技术的实现路径包括引力约束、磁约束和惯性约束。根据闫广厚的论文，引力约束依赖天体量级引力场（如恒星内核），磁约束通过磁场调控等离子体运动（代表装置托卡马克、仿星器），惯性约束则依赖高能束流瞬时压缩靶丸（如激光聚变装置）。具体来看：
引力约束：以恒星为自然载体，依赖天体自身引力场实现等离子体质量约束与反应维持（如太阳持续聚变 50 亿年），其密度控制完全由引力坍缩决定，温度与约束时间则受限于恒星规模参数。虽为聚变提供终极自然验证，但依赖宇宙级条件使其完全不具备地面复现可能，仅限于理论研究维度。
磁约束：当前进入工程化验证的主流路径（如托卡马克、仿星器等装置），通过构建闭环磁场“磁笼”实现等离子体三维控制：密度控制由磁场闭环抑制粒子逃逸达成，温度控制依赖外部高能系统定向注入（如中性束加热至亿度级），约束时间控制则通过优化运行模式（如 H-模）延长能量存续周期。托卡马克因工程成熟度最高，成为ITER、CFEDR 等国家战略项目的选择。
惯性约束：则采用瞬时高能压缩技术（典型装置 NIF、神光、Z-pinch），其密度控制由激光/电流束流在纳秒级将靶丸压缩至千倍固态密度实现，温度控制直接源于压缩能量转化为热能，约束时间控制则依赖于聚变功率瞬时超过能量耗散。该路径虽在实验室实现短暂能量增益，但距离持续发电验证仍有量级差距。
磁约束聚变技术主要包括托卡马克、仿星器、磁镜等类型。根据张家龙的论文，这三者均通过磁场构造约束等离子体，但工程成熟度与产业化前景存在显著差异。
托卡马克：技术成熟度较高、约束稳定性强、商业化潜力大，是目前最主流的装置类型，典型代表装置包括 TFTR（美国）、JET（欧盟）、EAST（中国）、ITER（国际）、SPARC（美国）及洪荒 70（中国）。然而其复杂环腔结构依赖等离子体电流维持，导致超导磁体系统成本高企，且燃烧等离子体的长时稳定性仍需突破。
仿星器：稳态运行潜力突出，代表装置包括 LHD（日本）、W7-X（德国）、EOS（美国）、Infinity One（英国）及 Renaissance Fusion 简化构型。其纳米级精度的扭曲线圈制造使得设备造价较高，且技术成熟度滞后于托卡马克，商业化前景仍待进一步验证。
磁镜：结构较为简化，因其无需环形闭合线圈大大降低了工程复杂度，典型装置为WHAM（美国）。因其开放磁场端点导致粒子逃逸率较高，约束效能远低于其他两种装置类型，不具备规模化发电潜力，仅适用于中子源测试等场景。
可控核聚变发展历程
我国可控核聚变研究与国际同步，部分技术已处于国际领先地位。我国聚变研究开始于20世纪50年代，基本与国际同步。早在1955年，钱三强和李正武等一批具有远见卓识的科学家，便提议开展中国的“可控热核反应”研究，以探索核聚变能的和平利用。从80年代开始，在核能发展“三步走”路径的明确指引下，我国聚变能源的研究步入了快速成长的黄金时期。1983年，原国家计委、国家科委联合召开“核能发展技术政策论证会”，首次提出我国核能“热堆-快堆-聚变堆三步走” 的发展战略，在国家核能“三步走”发展路径的指引下，我国的聚变科学研究也步入了快速发展的快车道。1984年，在四川乐山建成的中国环流器一号（HL-1），是中国核聚变研究史上的重要里程碑，这是中国核聚变领域的第一座大科学装置。21世纪以来，我国核聚变实现不断突破，已具备引领全球核聚变发展的潜力。通过多年的持续投入和不懈努力，中国在核聚变领域取得了一系列重要成就，中国可控核聚变研究在国际上已处于非常先进的水平。
可控核聚变产业链上游环节主要涉及各类原材料的供应，包括超导磁体材料（如低温超导材料和高温超导材料）、包层材料（如低活化铁素体马氏体钢、碳纤维和钨材等）以及燃料靶（如氘、氚及其化合物）。这些原材料是构建核聚变装置的基础。
中游环节则专注于设备制造及工程建设，具体包括磁体系统（如超导磁体和线圈等）、真空系统（如真空杜瓦和真空室等）、加热与电流驱动系统、控制系统、诊断系统、燃料循环系统以及冷却与排热系统等。此外，设备组装和工程建设也是中游环节的重要组成部分，确保核聚变装置能够顺利建设和运行。
下游环节主要是核聚变发电及维运，涵盖核聚变电场运营（目前尚未商业化）、发电、聚变电场运维等多个方面。在发电环节，电力通过电网传输给终端用户；而在运维环节，则涉及设备运行管理、设备维护管理、配件管理及安全管理等内容，以保障核聚变电站的安全稳定运行。
我国核聚变技术主要由两大院所牵头+民营企业共同推进。目前，我国已形成以中核集团核工业西南物理研究院（西物院）和中科院等离子体所（等离子体所）两大科研院所为主，清华大学、中国科学技术大学等高校，及相关民营企业共同参与聚变能开发的格局。
中核西物院系：技术发展脉络呈现国家队主体持续发展升级：HL-1(建成于1984年，目前已退役)→HL-2A(建成于2002年)→HL-3(建成于2020年)→聚变-裂变混合堆(中国聚变能源有限公司 CFEC 主导建设，选址江西，2025年5月启动重大设备招标)；
等离子体所系：技术发展脉络呈现国家队主导并带动产业化主体发展：HT-7(建成于1994年，目前已退役)→EAST(建成于2006年)→CRAFT“夸父”(预计2025年底建成)→BEST(等离子体所与其孵化企业合肥聚变新能主导建设，预计 2027 年底建成)→CFEDR(等离子体所与合肥聚变新能主导建设，该项目近期被正式定位为聚变示范堆，官方名称也由 CFETR 更新为 CFEDR，标志着其从实验堆向示范堆的战略升级)。
数据来源：行行查 | 行业研究数据库 www.hanghangcha.com
此外我国聚变产供链体系初步成立。目前，国内以中核集团和中科院为代表的两大聚变能研究机构已分别牵头成立产业联盟，旨在围绕聚变研究装置建立聚变产供链体系，实现聚变产业化融合发展。1）中核集团牵头成立可控核聚变创新联合体：联合体包含33家中央企业、科研院所、高等院校及民营企业，其目标是把握未来产业关键环节，探索聚变能创新体系能力建设，在技术研发、产业化推进、国际合作等方面发挥合力优势，完成聚变产业生态培育、全产业链体系打造。2）中国科学院等离子体研究所于2023年牵头成立聚变产业联盟：该联盟联合合肥合锻、中国一重、上海电气、西部超导等相关企业、科研院校、服务机构。该产业联盟下设9个工作组，旨在统筹加快聚变能源核心技术攻关。
我国核聚变装置布局如火如荼。根据核聚变商业化公众号的公开资料整理，目前我国主要的可控核聚变装置累计15个，主要分在安徽、四川两地，此外在江西、上海、河北、陕西、湖北等省份均有布局。
随着高温超导技术和小型化可控核聚变装置技术的突破，紧凑型可控核聚变的商业化进程显著加速。根据华经产业研究院，目前可控核聚变装置正处于实验堆的工程可行性阶段，如CFS计划在2030年代完成可用于商业的ARC装置、Helion Energy 计划在2027年设计并建造一个稳态强磁场高温超导先进托卡马克、星环聚能计划在2030年代实现聚变产能，我国政府的CFTER工程堆将于2030年代建造完成。
根据 The Business Research Company 2025年核聚变全球市场报告分析，核聚变市场规模将从 2024年的3314.9亿美元增长到2025年的3511.1亿美元，复合年增长率(CAGR) 为5.9%。这一历史时期的增长可归因干能源安全问题、环境可持续性、国际合作、政府资助和支持、聚变研究的进步。
预计未来几年核聚变市场规模将出现强劲增长。根据The Business Research Company 2025年核聚变全球市场报告分析，到2029年，核聚变市场规模将以8.1%的复合年增长率(CAGR)增长到4795亿美元，增长率提高。核聚变市场规模在预测期内的增长可归因于私营部门投资、全球能源转型、技术成熟、研发计划、政策和监管支持，其中，主要趋势包括政府支持和资助计划、创新燃料循环研究等离子体稳定性和控制的进步、聚变材料和组件的研发工作、公众意识和教育计划。
经测算，2025~2055年全球核聚变市场空间约为2750亿美元。从核聚变细分市场来看，2025年到2035年的10年超导磁体、容器内部件、真空室和电源系统的市场空间分别为569.80、345.95、162.80、162.80亿美元。深冷技术主要为核聚变反应提供低温环境，预估2025年到2035年的10年市场空间约为101.75亿美元。
1）等离子体约束与稳态运行瓶颈聚变反应需满足劳森判据，要求等离子体温度达 1 亿摄氏度以上，密度与约束时间乘积(nτ>10^{20}s/m³)。当前磁约束（托卡马克为主流）和惯性约束两大路径均面临核心挑战：磁约束装置中，等离子体的湍流、边缘局域模（ELM）等不稳定性易导致能量泄漏，需维持 10 万倍地球磁场强度的超导磁体稳定运行，而稳态约束时间仍需突破千秒量级以满足商业化需求；惯性约束则面临激光能量转换效率不足 10%、靶丸压缩对称性偏差需控制在 1% 以内的技术难题。中国环流三号虽实现百万安培电流下亿度高约束运行，但长时稳态运行的等离子体与壁相互作用问题仍待破解。
2）关键材料极端环境适配难题聚变装置核心材料需承受多重极端考验：第一壁材料需抵御 14.1MeV 高能中子流轰击（相当于每秒每平方厘米承受 10²³ 个 “粒子子弹”），同时耐受 10MW/m² 的热流密度（为火箭发动机喷口的 5 倍）；中子辐照会导致材料晶格断裂、原子移位，引发脆化与肿胀，而商业化运行要求材料寿命达 30 年以上，目前钨合金、SiC/SiC 复合材料等候选材料仍无法满足长期使用需求。此外，偏滤器的热负荷排散、阻氚涂层的渗透抑制等关键材料技术，仍是制约装置可靠运行的核心障碍。
3）氚自持闭环技术挑战氚作为聚变核心燃料，自然界储量仅数十公斤，且半衰期仅12.3年，必须通过锂包层增殖反应（(n+6Li→4He+^3T)）实现自持。其核心瓶颈在于：一是氚增殖比（TBR）需达到 1.05 以上才能维持燃料循环，而包层需同时满足中子倍增、热传导与结构强度要求，目前尚无成熟工程设计；二是氚回收效率需超99.9%，但氚的类氢特性导致其易渗漏吸附，大规模处理中需平衡 20K 低温贮存与 10⁸K 聚变环境的技术矛盾；三是全球年氚产能仅0.5kg，而一座商业堆年需50-100kg，短期需依赖核废料转化等替代路径突破供给限制。
4）工程化集成与能量增益鸿沟从实验室到商用堆，需跨越系统集成与能量平衡的双重门槛：ITER装置脉冲功率电源系统总储能达 3600GJ，需解决毫秒级精密调控与电网冲击抑制问题，而超导磁体失超保护、高功率加热系统耦合等关键技术仍需验证；能量增益因子（Q）需从当前 NIF 装置的Q≈1.5、EAST的Q≈1.2提升至商用所需的Q>10，且需实现持续数小时稳定运行，目前实验装置运行时间仍以秒级、分钟级为主。此外，装置造价高昂（ITER 超 200 亿欧元）、维护成本高企，如何降低成本并实现年运行时间≥80%，是商业化落地的关键难题。
（一）规划核心定位：国家重大科技专项与未来产业支柱
“十五五” 规划（2026-2030）将可控核聚变列为未来产业 “双子星” 之一，明确其 “国家重大科技专项” 定位，核心目标是2030年前实现工程验证堆（如 CFETR）关键技术突破，推动示范项目落地。规划提出构建 “基础研究 - 技术攻关 - 工程验证 - 产业培育” 全链条创新体系，强化合肥物质院等离子体所等科研机构的引领作用，通过超13亿元级重大装备招标，加速核心技术工程化转化，形成 “国家队 + 民营企业” 协同创新格局。
（二）战略意义：多维赋能国家发展全局
1）保障能源安全：中国原油对外依存度超70%，核聚变能可彻底摆脱化石能源依赖，通过近乎无限的燃料供给构建自主可控的能源体系，为经济社会持续发展提供稳定动力。
2）支撑双碳目标：聚变反应无温室气体排放，放射性废料半衰期仅数百年（远短于核裂变），是实现“碳中和”目标的核心清洁能源路径，可大幅降低能源转型的环境成本。
3）带动万亿级产业链：聚变产业涵盖超导材料、高功率脉冲电源、精密制造等高端环节，预计将带动上下游万亿级市场规模，2025年市场规模已达500亿元，年复合增长率超20%，助力高端装备制造业升级。
4）抢占科技竞争制高点：可控核聚变是全球科技竞争的核心赛道，规划通过CFETR等重大项目布局，推动中国在磁约束聚变、氚循环等关键技术领域从“并跑”向“领跑”跨越，提升国家科技核心竞争力。
来源：行行查
