2024年可控核聚变专题报告：聚变~裂变混合堆，并非一个神话

一、前言

我们写这篇报告，主要是想向投资者解释：（1）什么是核聚变、什么是聚变-裂 变混合堆（下文统一简称混合堆）；（2）作为核电的一种方式，混合堆的优势 是什么；（3）为什么科研界不少人认为混合堆是一个可以被实现的优势方案。 在上市公司、非上市公司中，有一些标的，已经参与到了这个逐步工程化的过程， 建议持续关注。

二、聚变-裂变混合堆是什么？

1、核聚变能：人类终极清洁能源

核能是常用的一次能源中能量密度最大的。一次能源是指自然界中以原有形式存 在的、未经加工转换的能量资源，例如，原煤、原油、天然气、水能、风能、太 阳能、海洋能、潮汐能、地热能。与此相对的，电能就是二次能源，一次能源经 过加工后，都可以变成电能。在常用的一次能源中，核能的能量密度（能量总量 /产生能量所需要的物质的质量）是最高的，以下是常见的一次能源的能量密度 范围示意： 煤炭：24~35 mJ/m3 ； 石油：35~40 mJ/m3 ； 天然气：33~34 mJ/m3 ；核能：500000~10000000 mJ/m3。

核能的能量密度较大，主要是由于它获得能量的方式比较独特。烧煤和石油使用 的是化学能，风电使用的是风的动能，水电使用的是水的重力势能，地热发电使 用的是热能，而核能的获得，来自质量的湮灭。动能/重力势能/热能的能量密度 比较低，它们是将“物质本身物理层面上的能量”（速度/高度/温度）中的很小 一部分（速度差/高度差/温度差）转换为了电能。化学能的能量密度高不少，因 为它利用了将化学键打断再重新拼接过程产生的化学键键能能量差。核能则是将 一部分质量湮灭转换为能量。根据爱因斯坦质量-能量转换方程? = ?? 2，由于光 速 c（3 × 108m/s）的平方是一个很大的常数，因此只需要很小的质量 m 就能获 得很大的能量 E。

我国核能消费量占比低于世界平均水平。据《世界能源统计年鉴（2023）》， 核能在全球一次能源消费量中的占比约为 4%，在我国的占比约为 2%，而在法国，其占比达到 32%。考虑到 2035 年，我国核电发电量占比要增至 10%，我们 认为，我国核能消费量占比提升是必然的趋势。

核能有三种获得形式：核衰变、核裂变和核聚变。

（1）核衰变：一个有放射性的原子核释放出某种粒子而变为另一种原子核的过 程；例如，空气中的氩-40 大部分来自钾-40 的衰变。

（2）核裂变：一个大的原子核在受能量或物质冲击后分裂成两个或多个小的原 子核并释放能量。最常见的例子是铀-235 裂变：当铀-235 原子核被中子撞击后， 该原子核会裂变形成钡（??）、氪（??），及 2~3 个中子（n）。反应的化学方 程如下所示。其他铀-235 原子核被反应所形成的中子撞击后又会再次裂变，这种 可持续的过程被称为链式反应。

（3）核聚变：两个或多个小的原子核在巨大的能量作用下合并形成一个稍大的 原子核并释放能量，最常见的例子是氘氚聚变。氘（1? 2 ，元素符号 D）、氚（1? 3 ， 元素符号 T）是氢的两个同位素，聚变反应后形成氦（He）和中子（n）。

核聚变的能量密度是核裂变的百倍。这也符合我们常听说的，氢弹（核聚变）的 威力要远远大于原子弹（核裂变）。从数据上看，常用的 D-T 聚变的能量密度是 U-235 裂变的百倍：铀－235 裂变放出的中子能量大多为 100～200 万电子伏， 而氘、氚聚变释放出的中子，能量高达 1400 万电子伏。 除了能量密度更高，与核裂变相比，核聚变还具有核辐射小、具备自限性、原材 料丰富等优势。

核辐射小：核辐射就是核衰变过程产生的粒子流，对人类威胁最大的核辐射 是γ衰变产生的γ射线。核聚变的原材料和产物中，只有氚有β辐射，其他 都是中子、质子和α粒子（α辐射），一张纸或一块木板就屏蔽掉了，不需 要担心辐射。相反，核裂变会产生各种微观粒子和电磁辐射或能量。

聚变反应的自限性，使得其若用于发电，安全性远高于核裂变：核裂变的触 发条件非常低，一个中子的冲击即可，且裂变过程会释放更多中子，产生链 式反应。因此，核电站中的核岛（反应发生的地方）通常需要用控制棒、冷 却剂、中子慢化剂等装置和物质来控制链式反应。相反，核聚变反应中，两 个带正荷的质子相互靠近，产生的极端排斥力需要巨大的能量才能克服。所 以，控制核聚变的装置一旦损坏，核聚变的发生条件就不存在了，核聚变自 己也就停止了，这就是聚变反应的自限性。但这一点也导致实现核聚变，比 实现核裂变的条件更苛刻。

原材料较为充足：裂变的原材料是铀-235 等易裂变核素，但铀-235 只占自 然界铀资源的 0.71%，大多数铀以铀-238 的形态存在。相比之下，核聚变 的原材料是氢的同位素（氘、氚）：仅在海水中就有超过 45 万亿吨氘。氚 虽然在自然界中含量极少，但可以由中子辐照锂-6 来生产。

正因聚变能的这些优势，我国将核聚变反应堆（简称聚变堆）视为核能发展重要 方向之一。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。2023 年 11 月 11 日，“三步走”发展 40 年论坛在京举行，明确了“热堆走稳，快堆走实， 聚变堆走好”的原则。 热堆：又称热中子反应堆。利用中子能量小于 0.1eV 的热中子实现可控裂变 链式反应，缺点是铀资源利用率不足 1%，会产生大量的放射性废物； 快堆：又称快中子反应堆。能够有效利用铀-238 等核废料，实现增殖，将 铀利用率提升至 60-70%。释放的放射性废物虽较热堆有所减少，但仍不可 忽视。 聚变堆：与前两者不同，聚变堆产生的放射性废物近乎为零。

2、核聚变发电的最大难点：Q>1、氚自持

尽管在原理上，利用核聚变发电显著优于核裂变，但目前较成熟的用于发电的， 是核裂变，核聚变发电仍然是个尚未解决的问题。截至 2022 年 12 月 31 日，全 球共有统计在内的核发机组 411 台，其中中国 57 座，占比 14%，仅次于美国。 这些核电厂全部是以核裂变为基础的。核裂变发电，已经是主流的发电方式之一。

为什么目前核电技术以核裂变为主？这要从核能发电的两个基本要求说起，那就 是：可控、持续。 （1）可控：可控对于核能来说非常重要，它意味着核反应可以缓慢地、按照需 要地发生，而不是像原子弹（核裂变）、氢弹（核聚变）一样，瞬间释放巨大的 能量。原子弹、氢弹的能量很难用于发电，这就好像雷雨天的闪电，虽然能量很 大，但想利用闪电供给电灯照明，就很困难。核能如果不能做到可控，就像闪电 之于点灯。 对于核裂变发电来说，“可控”是已经解决的问题。在核岛中，控制棒通过吸收 裂变反应产生的部分中子，来调节中子的数量和核裂变反应的速度，使裂变能能 够更好地被人类所利用。

对于核聚变来说，理论上“可控”也是一个可以解决的问题，只需要控制聚变燃 料的浓度即可，但目前核聚变发电，还远没有到达解决“可控”的阶段。 （2）自持：自持指的是反应能够自我持续地发生，这对于核能的发电价值同样 非常重要。（这里不难发现，“自持”本质是“自限”的反义词，核聚变的自限 性使其安全性高于核裂变，却也在实际发电应用上成为了它的劣势。） 对于核裂变来说，自持并不难做到。这是因为链式反应本身具备“自循环”的性 质：中子能够从反应堆中输出，撞击铀-235 使其裂变。 对于核聚变来说，自持却非常困难，目前纯聚变堆的研究，仍无法实现反应的自 持。 为了更好地理解为什么核聚变难以实现可控和自持，以下我们对里面涉及的技术 原理及目前的技术方案进行了详细的分析。

（1）“可控”的难点：长时间约束原子核、净能量输出

“可控”的核心难点在于难以将等离子体长时间约束在某一个空间内，让它们抵 抗排斥力、相互碰撞，并实现净能量输出（Q>1）。 实际上，在太阳这样的恒星当中，聚变反应无时不刻都在发生，那是因为太阳内 部温度高达 1500 万 K，压力高达 2500 亿个标准大气压。（因此许多核聚变装 置被称为“人造小太阳”）

在地球上要做到这一点需要极大的、稳定且有效的能量输入。拿最常见的氘氚聚 变反应为例，当氘、氚等核聚变原料被人为地加热到上亿摄氏度时，它们会进入 到一种叫“等离子体”的状态：电子被剥离后，原子核完全裸露，为碰撞创造条 件。聚变反应真的发生则需要三点：①上亿摄氏度的高温；②等离子体有足够的 密度；③足够长的时间将带电的等离子体约束住。早在 1957 年，英国物理学家 劳森就提出了聚变三重积的概念： 聚变三重积=等离子体的温度×等离子体的密度×约束时间

这就是著名的劳森判据。当这一数值等于1022时，聚变输出的功率才等于输入的 功率，当聚变输出的功率大于输入功率时，聚变体才是有利可图的能源。另一个 重要的指标是能量增益因子 Q 值。Q=输出功率/输入功率，当这一指标大于 1 时， 就说明输出功率大于输入功率。综上，聚变三重积达到????，又或是 Q 值达到 1， 才是科学上的“盈亏平衡点”（scientific break-even）。这也是核聚变能商业 化的第一步。我们通常认为，Q 值大于 30 后，核聚变反应才能真的用于发电， 真正具备商业价值。 为了实现等离子体长时间约束和净能量输出，物理学家们花费了数十年的精力、 披荆斩棘，发展出了两条主流技术路径：磁约束聚变和惯性约束聚变。目前实现 的最长的稳定等离子体约束时间是 8 分钟（磁约束聚变装置 WX-7），最高的净 能量输出值是 Q=1.5（出自惯性约束聚变装置 NIF）。

有关磁约束聚变和惯性约束聚变，我们只对其原理和装置类型做简单介绍： 磁约束聚变。

原理：在特定的强大磁场下，等离子体会绕着指定的路径高速转动。磁约束聚变利用这样的磁场将等离子体约束在有限的体积内，通过低密度、长时间 燃烧的方式实现氘、氚等离子体的碰撞。

装置类型：磁约束聚变装置主要有托卡马克和仿星器两种。托卡马克的中央 是一个环形真空室，外面缠绕着线圈。通电的时候，托卡马克内部产生的螺 旋型磁场会将里面的等离子体加热到很高的温度，将其约束住。仿星器也是 环形的，但它的磁场更加“扭曲”，被认为能够更好地控制等离子体，防止 其破裂；缺点是结构复杂、体积大，成本过高。目前，托卡马克是所有核聚 变约束装置中应用最成熟的类型。著名的 ITER 国际实验堆项目就是一个大 型的托卡马克，预计于今年完成第一期装置建设，于 2025 年获得首次等离 子体放电。

惯性约束聚变

原理：惯性约束聚变是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚 变反应的一种方法。它的本质是利用驱动器提供的电能使存放在微型靶丸中 的核聚变燃料气体变成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还 来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态。

装置类型：按照驱动方式可分为激光驱动和 Z-箍缩驱动两种，分别通过激 光和磁场的能量来“点燃”氢气体燃料。国际上备受关注的国家点火设施” （NIF）属于激光驱动型惯性约束聚变装置，于 2022 年年底首次“点火”， Q 值略超 1.5。

（2）“自持”的难点：氚自持、能量自持

核聚变发电的第二个难点是“自持”。自持的核心难点有两个：一个是氚（原料） 的自持，另一个是能量的自持。 氚的自持： 氚是核聚变反应所需的燃料当中最稀缺的。地球表面自然环境中任一时刻拥有的 氚只有几公斤，海水中并没有取之不竭的氚，也取不出来。因此，如果只是用现 有的氚来实现核聚变发电的话，反应没有足够的原料，无法长时间持续。因此必 须想办法在核聚变的过程中，自己不断的产生氚，也就是实现氚自持。 能量的自持： 我们之前提到过，要实现等离子体长时间约束和净能量输出需要巨大的能量。如 果仅靠外界来输入所需的能量，是非常不现实的。最好的方式就是将反应自身产 生的能量循环利用。然而，聚变反应产生的是高能量的中子，这种中子并不能让 氢同位素燃料再次聚变。因此，能量的自我持续也很难实现。

正因为“可控”和“自持”这两大痛点难以得到解决，各大纯聚变堆的经济性大 大降低，人们对于核聚变实现发电的预期年限也逐步提升。 经济性上，据我国核物理专家彭先觉院士，一个 100 万千瓦的磁约束聚变电站的 成本预计超过 100 亿美元。一个 100 万千瓦的激光型惯性约束聚变电站估计需 要 100 亿美元左右；Z 箍缩驱动的则有可能超过 100 亿美元。相较之下，同等级 能量的热中子电站成本仅不到 20 亿美元，快中子电站则可能加倍。因此，无论 是哪种技术路径，纯聚变能在经济性上都缺乏优势。

时间上，纯聚变装置的建设常常因为资金的紧缺和技术突破的难度而延缓。以国 际项目 ITER 为例，2023 年，该项目各项开支严重超标，成本预计翻番。2015 年，经项目审核确认，时间轴至少往后延 6 年。

3、混合堆：“可控”、“自持”、“安全性”问题有望一并解决

在纯聚变能应用的重重困境下，聚变-裂变混合堆应运而生。混合堆被认为是目 前最具商业化机会的堆型之一，也被视为纯聚变堆真正应用前的“过渡”堆型。 混合堆通过一种非常特殊的设计，有效地结合了聚变能和裂变能的优势，能够同 时达到核能发电安全、可控、可持续的要求。 和聚变堆相比，混合堆的核心优势在于能够解决纯聚变能应用“可控”和“自持” 两大痛点。 我们首先从混合堆的结构设计来理解混合堆。一个聚变-裂变混合堆有两个构成 部分：聚变堆和裂变堆，聚变堆在混合堆的中心位置，裂变堆以包层的形式出现 在混合堆的外围。聚变堆中有氘、氚等燃料。裂变包层中通常有铀-238 或钍-232 （这两个元素被认为是核废料）以及锂-6。

其次，我们可以通过混合堆的运行过程来理解它如何解决了“可控”和“自持” 两大问题。 运行过程：一方面，聚变堆中的氘和氚反应后，产生高能中子，这些中子撞击外 层铀-238 或钍-232，裂变反应发生：铀-238 增殖成钚-239，钍-232 增殖成铀-233， 释放能量。此外，生成的钚-239 和铀-233 都是核燃料，这些核燃料可循环利用， 再次燃烧产生能源。另一方面，高能中子撞击外层的锂-6 后形成氚，这些氚又能 再次作为聚变堆的燃料。

（1） 如何解决了“可控”？

等离子体性能要求更低，能量需求更低：纯聚变堆依赖聚变能来实现发电，因而 要求聚变产生的能量远大于消耗的能量。混合堆中的聚变堆主要作用为生产高能中子来使裂变包层释放裂变能，要求聚变产生的能量与消耗的能量差不多相等就 可以了。因此，混合堆对堆芯等离子体性能及第一壁材料（用于制造聚变堆内包 容等离子体区和真空区部件的材料）要远低于纯聚变堆。

（2） 如何解决了自持？

氚自持：聚变堆中，氚是不可多得的消耗品。但是混合堆中，堆芯产生的中子可 以使裂变外包层中的锂-6 变成氚，补充氚的消耗。 能量自持：裂变包层中，裂变反应产生的钚-239 和铀-233 本身就是核燃料（而 非核废料），能够进一步燃烧释放能量，这个能量大大超过了聚变部分点火消耗 的能量。 综上，混合堆较聚变堆更具商业化的可能性，具体表现为??值较纯聚变堆高出 几个数量级。据《Fusion-Fission Hybrid: Yesterday, Today, and Tomorrow》， Q 值并不是衡量能量应用技术成熟度的唯一指标。除 Q 值外，中子质量产率（缩 写：??，单位：克/天）、稳态运行时间（缩写：???，单位：年），以及工作因 子 C 也是重要的考虑因素。因此，一个叫??的指标经常被用来衡量现有以及未 来装置的可行性，?? = ?20????????。表 7 展示了几个纯聚变装置（JET、NIF、 ITER）、混合堆（FNS-ST、DEMO-FNS、DEMO）以及 PROTO（一个理想的 商用聚变能电站）的主要指标。可以看到，PROTO 所需的的??值为1 × 10 4，几 个纯聚变装置的??值离 PROTO 的??值还有很大的距离。对比之下，混合堆的?? 值离 PROTO 的??值就要接近得多：纯聚变装置和混合堆的??值差了五个数量 级。

和裂变堆相比，混合堆的核心优势在于安全性更高、铀资源利用率、环保性更高。 安全性方面：裂变堆中的链式反应，如果控制不当极易引发安全事故，这也是制 约传统核电站发展的一大核心因素。例如，2011 年，日本福岛发生重大核泄漏 事故，2012 年，全球核能发电明显减少。反观混合堆，其裂变部分处于次临界 （subcriticality）状态（临界是指由某一种状态或物理量转变为另一种状态或物 理量的最低转化条件，在核反应中，当裂变材料达到临界状态时，裂变反应就会 持续进行下去），不会引起核爆等安全问题。

铀资源利用率方面：裂变堆需要用到有限的铀-235 作为反应原料；混合堆则是 将核废料转化为核燃料，能够从同样数量的铀中获得更多的能量，大大提升了铀 资源的使用效率。 环保：裂变运行的过程中会不断生产长寿命的裂变产物和锕系核素，对环境安全 造成威胁。混合堆可以对锕系核素等长寿命废物进行嬗变（将一种元素通过核反 应转化为另一种元素），消除这一环境隐患。

三、混合堆“核”时可行？

混合堆的本质是聚变堆和裂变包层的结合，因此，纯聚变技术的发展，以及裂变 包层安全性的提升，对于混合堆最终的商用有着深远的意义。实际上，很多混合 堆堆芯的设计就是一个小型的托卡马克/Z 箍缩装置，只不过对于能量的要求没有 那么高。尽管人类在聚变能上实现的突破已经足以满足一个商业混合堆的理论基 础功能，混合堆仍有一些实际应用上的技术难点亟待解决。近年来，超导材料、 高约束运行模式（H 模）等方面的突破已经大大缩短了科学家们对于实现混合堆 商用的的预期。随着资金及人才的不断涌入，这些技术难点有望迎刃而解。

1、混合堆研究行至何处？

混合堆的概念早在 1953 年就被提出，已经历了几十年的发展。在混合堆的研究 上，俄罗斯和我国走在世界前列。 俄罗斯 俄罗斯是世界上研究核聚变资历最深的国家之一，计划于 2030/2040 年建成原 型/商用聚变-裂变混合堆。早在苏联时期，俄罗斯的受控核聚变研究就已经世界 领先。1977 年，库尔恰托夫研究所提出了俄罗斯第一代聚变-裂变混合堆设计方 案：在等离子体层外安装裂变材料包层，利用等离子体层中产生的高能中子引发 包层中的裂变材料发生裂变。如今，俄罗斯已经设立了以托卡马克装置和聚变材 料测试装置为基础的混合堆发展战略。该战略可以分为三步：

1、建成 T-15MD 托卡马克装置（已完成）

T-15MD 是俄罗斯混合堆的“聚变”部分，于 2023 年 4 月首次实现稳定等离子 体。T-15MD 由俄罗斯原有的 T-15 装置升级而成。T-15MD 作为聚变中子源的 物理原型，用于开展以中子源为基础的混合堆物理基础研究。在原计划中， T-15MD 应当于 2020 年启动，但实际上，该装置于 2021 年 5 月才真正启动。 2023 年 4 月，俄罗斯库尔恰托夫研究所宣布，T-15MD 首次实现稳定的等离子 体运行。

2、建成 DEMO-FNS（未完成）

DEMO-FNS 是一个为了证明聚变能可以产生净电力的示范装置，也是全球 DEMO 计划的一个代表性装置。DEMO（Demonstration 的缩写；示范）是一个 全球的计划，目标是在 ITER 证明了核聚变能获得净能量后进一步证明聚变能可 以产生净电力。DEMO-FNS（DEMO 聚变中子源）是俄罗斯的一个聚变-裂变混 合堆示范项目，目标是实现嬗变、增殖氚、生产易裂变核素以及发电功能。除俄 罗斯外，欧盟、印度、日本、韩国等国也有自己的 DEMO 计划。

计划中，DEMO-FNS 应于 2023 年建成，聚变功率达到 30~40MW，裂变功率达到 400~500MW。2019 年，库尔恰托夫研究所启动 DEMO-FNS 的设计工作； 2010 年完成初步设计方案；2011-2012 年开展概念设计；2013-2014 年开展工 程设计。DEMO-FNS 的设计寿命为 30 年，设计的聚变/裂变功率分别为 30~40MW、400~500MW，聚变能增益系数约为 1。该装置计划于 2023 年建成， 但截至目前，这个目标尚未实现。

3、建设原型/商用聚变-裂变混合堆（未完成）

俄罗斯预计于 2030 年前建成原型聚变-裂变混合堆，于 2040 年前建成商用聚变 -裂变混合堆。

中国

我国的混合堆研究已逐步聚焦于 Z 箍缩聚变-裂变混合堆这一技术路径上。1980 年中国核学会成立大会上，中国原子能院李寿楠研究院首次提出我国发展聚变裂变混合堆道路的建议。1985-2000 年，我国政府正式将聚变-裂变混合堆列入 高科技“863”发展计划。2000 年后，合肥等离子体研究所开展了系列聚变-裂 变混合堆概念的创新设计。2009 年，北京应用物理与计算数学研究所计算物理 实验室彭先觉、师学明发表论文，指出传统的混合堆研究陷入了困境：增殖堆有 不扩散的制约，嬗变堆则面临超铀元素装量巨大的困难。2010 年，中国工程物 理研究院提出 Z 箍缩聚变裂变混合能源堆（Z-FFR）的概念，较传统的混合堆具 备更高的技术可行性。

Z 箍缩聚变-裂变混合堆具备下列优势： 技术要求低：具体表现在聚变功率、材料耐辐照和氚资源消耗等； 铀利用率高：之前提到过，热堆的铀利用率小于 1%，快堆的铀利用率达 60-70%，Z 箍缩混合堆能将铀利用率提高到 90%以上。  经济性强：预计 1GWe 电站造价约为 30 亿美元，不到纯聚变电站的 1/3。

我国已经完成 Z 箍缩混合堆的概念设计。2015 年，我国已经初步完成了热功率 为 3000 兆瓦的 Z 箍缩聚变-裂变混合反应堆概念设计。预计 2030 年前后通过系 统集成建成实验堆。

此外，中核集团与联创光电合作的两百亿混合堆项目正逐步落地。11 月 12 日， 中核集团与江西省政府签署《全面战略合作框架协议》，计划在铀资源、综合矿 业、核电厂址保护、聚变能源、新能源、核医疗、核技术创新、环保产业、数字 经济等 10 大方面开展合作。江西联创光电超导应用有限公司和中核聚变（成都） 设计研究院有限公司将联合建设聚变-裂变混合实验堆项目，计划实现 Q 值大于 30，连续发电功率 100MW。工程总投资预计超过 200 亿元人民币。

2、可控核聚变产业链边际变化

近年来，可控核聚变产业链实现了许多突破，使得科学家们对于实现混合堆商用 所需时间的预期大幅缩短。同时，这些突破也吸引了大量的资金流入核聚变行业， 有望进一步推动行业发展。 超导材料是实现可控核聚变的必经之路。尽管混合堆的应用难度已经较纯聚变堆 减少了许多，很多问题依然存在，其中，最重要的就是等离子体的长脉冲（或稳 态）运行与控制。作为目前最成熟的聚变装置，托卡马克存在能量耗散严重、线 圈发热的情况：要想托卡马克内的约束磁场能够长时间稳定运行，必须施加足够 强的电流，但这样一来，线圈就容易发热，能量耗散严重。高温超导材料能够解 决这一问题。超导材料是拥有完全导电性、完全抗磁性和宏观量子效应三大基本 特性的新材料，使用这种材料能够大大提升一定电流强度下所允许的最高磁场强 度，实现长时间、高约束等离子体运行。有了足够强的磁场，托卡马克装置的体 积也能大幅缩小。

部分超导材料制备工艺已经成熟，有望带来百亿级市场空间。目前，高温超导材 料中，Bi 系（BSCCO）、Y 系（YBCO）和 MgB2 的应用最为广泛，铁基超导体 也很受关注。Bi 系超导材料中，??2??2???6 + ?(?? − 2201)、??2??2????2?8 + ?(?? − 2212)和??2??2??2??3?10 + ?(?? − 2223)三种材料的制备方法已经成熟， 美国超导公司、中国西部超导公司等均可批量化生产千米长的带材。铁基超导材 料方面，中国科学院电工研究所马衍伟团队于 2016 年成功制备出了世界首根量 级达百米的铁基超导线材，又于 2018 年通过热压工艺优化得到了??（临界电流 密度）高达 150kA/??2的铁基带材。整体来看，超导材料已经进入了产业化发展 的初期阶段。据《基于可控核聚变技术跟踪及商业应用的启示与建议》，超导材 料行业未来 5 年 CAGR 将达到 115.7%，对应市场空间达百亿级别。 SPARC 基于高温超导技术，进一步点燃人们对于可控核聚变的希望。2021 年， 麻省理工学院及 CFS（联邦聚变系统）研制出了全球首个大口径高温超导聚变强 场磁体，磁场强度达到空前的 20 特斯拉，大幅增强了等离子体的约束性能，也 使得聚变堆小型化成为可能。此外，CFS 宣称将在 2025 年完成 SPARC 紧凑型 核聚变实验装置，并计划在 2030 年代初完成 ARC 工程实验堆，实现聚变发电。

大量资金涌入核聚变赛道，行业发展按下加速键。 国际上：SPARC 计划推出以后，全球核聚变行业投资出现爆发式增长。据 FIA《全球聚变行业报告》数据，2021、2022 年全年投资总额达 28 亿、48 亿美元。此前，2011-2020 年十年累计投资金额也才 20 亿美元。 国内：国内公司、院所等多方社会团体也在积极布局核聚变领域。2023 年 12 月 29 日，由 25 家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合 体正式宣布成立，标志着国家及其他社会团体对于可控核聚变的重视程度及 投入力度的进一步提升。

编辑：火腿肠