2024年国防军工行业研究报告：可控核聚变，“人造太阳”未来可期

一、可控核聚变——“人造太阳”未来的能源之王

1.1 可控核聚变原理及实现方式

核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。核聚变反应发 生在一种等离子体的物质状态中，等离子体是一种由正离子和自由移动的电子组成的高温 带电气体，具有不同于固体、液体和气体的独特性质。可控核聚变指的是在人为控制下实 现核聚变反应，从而安全、有效地利用其释放的巨大能量，可控核聚变原理等价于太阳等 恒星的能量产生方式。其原理具体为轻原子核（如氢的同位素氘和氚）在高温高压下结合 形成较重的原子核（如氦），并释放出大量能量的过程。这个过程模仿了太阳和其他恒星 的能量产生方式，其中，D 代表氘，T 代表氚，He 代表氦，n 代表中子，其反应方程为：

D + T → He + n + 能量

可控核聚变的燃料一般是氢的同位素，主要为氘（D）和氚（T）。其中，氘是氢的同位素， 具有一个质子和一个中子，它在自然界中较为丰富，通常从海水中提取；氚是氢的另一种 同位素，同样具有一个质子和两个中子，但氚在自然界中相对稀少，需要通过中子与锂反 应来生产。

全球核聚变正处于快速发展阶段。根据 Wikipedia 和 EURO fusion 数据表明，核聚变研究 在过去几十年中取得了显著进步，尤其是在脉冲持续时间方面。从最初的几秒到如今的数 分钟，再到未来预计的数千秒，每一步进展都标志着技术的飞跃和控制能力的提升。1980 年代的欧洲联合环形加速器（JET）仅能维持几秒钟的脉冲，而到 2017 年，中国的实验先 进超导托卡马克（EAST）已实现了 101 秒的持续时间，2021 年更是突破至 1056 秒。与此 同时，韩国的 KSTAR 在 2020 年和 2022 年也分别达到了 30 秒和 100 秒的高温等离子体维 持时间。2021 年，美国国家点火装置实现了一次历史性突破，在一次实验中释放的能量达 到了点火条件的 70%，这是向可控核聚变迈进的重要里程碑。这些进展不仅展示了各国在 核聚变研究中的竞争与合作，也表明了全球在这一领域的快速发展。展望未来，国际热核 实验反应堆（ITER）计划在 2025 年实现 400 秒的脉冲持续时间，并在 2035 年前达到 3000 秒的目标。这样的发展速度反映了核聚变能量在逐步接近可行的商业化应用，为实现可持 续的清洁能源提供了坚实的基础。

可控核聚变常见的三种实现方式分别为引力约束、磁约束和惯性约束。磁约束通过强磁 场将高温等离子体限制在特定区域，常见装置有托卡马克和仿星器；惯性约束利用强 激光或粒子束在极短时间内压缩燃料小球，使其发生聚变反应；引力约束则主要在天 体如恒星内部，通过强大引力实现聚变反应，但在地球上无法实现这种方式。因此， 可控核聚变目前人工的方式主要为磁约束和惯性约束。

引力约束主要在恒星内部自然发生，人工基本无法完成。在恒星内部，引力将大量的氢原 子压缩在一起，使得核心区域的温度和压力达到极高水平，足以引发核聚变反应。例如， 在太阳的核心温度高达 1500 万℃，其巨大的质量（约为地球质量的 33 万倍）产生强大的 引力，使得外层的氢不断向中心挤压，形成极高的密度。在这种高温高压环境下，氢原子 核被剥离电子形成裸核，并且由于太阳具有足够长的能量约束时间，核聚变反应能够持续 进行。 惯性约束是一种利用粒子的惯性来实现核聚变的方法。通过多束激光或粒子束从各个方向 同时照射一个微小的聚变燃料丸（通常是氘和氚的混合物），在瞬间注入大量能量，使其 达到极高的温度和压力。这种极高的压力使燃料的密度在极短时间内达到极限，产生剧烈 的压缩。由于粒子的惯性，它们会在极短时间内继续被压缩，为核聚变反应提供条件。该 方法通过控制多次瞬间的不可控小规模核聚变反应来实现总体的核聚变能量输出。其技术 难点在于需要在点火瞬间迅速达到高温，并且燃料丸必须具有足够的密度来维持足够长的 反应时间。代表实验装置有国家点火装置（NIF）、欧洲的 HiPER 项目、我国的神光计划等。 惯性约束的优点在于发生设备可以做到小型化，且开、关火控制性能也较好，适合未来用 在飞行器等领域，但其缺点是需要激光点火，对能量要求较高。

磁约束核聚变利用强磁场来约束粒子，是国内目前侧重研发的核聚变方式。磁约束聚变原 理为利用磁场对带电粒子产生的洛伦兹力，即等离子体中的离子和电子所产生的力，来限 制它们的运动，使等离子体保持在高温、高密度的状态，足以发生核聚变反应。主要装置 包括托卡马克和仿星器：托卡马克通过环形磁场和等离子体内部电流共同维持稳定性，而 仿星器则利用复杂的三维磁场结构自然稳定等离子体，这些装置需要高强度的磁场和有效 的加热方法来实现核聚变反应，并且需要精密的诊断技术来监测等离子体的状态。磁约束 设备相对较大，但其胜在反应的持续性好，相对于惯性约束核聚变不需要反复点火，目前 国内更侧重于磁约束核聚变发展。 磁约束聚变已有较长的研究历史。托卡马克在 20 世纪 50 年代由苏联科学家发明，经过几 十年的发展，已经形成了比较成熟的技术体系。同时，磁约束聚变装置能够维持较长时间 的等离子体稳定性。例如，托卡马克装置通过强大的磁场将等离子体长时间维持在极高温 度下，这对于实现持续稳定的核聚变反应至关重要。相比之下，惯性约束聚变需要在极短 时间内（纳秒级）同时施加大量能量，这使得控制和维持反应变得更加困难。磁约束聚变实验通常使用较大型的装置，能够进行多次实验和优化，而惯性约束聚变依赖于精密的激 光或其他能量驱动装置，如美国的国家点火装置（NIF）。这些设备的复杂性和成本使得大 规模、长期的研究较为困难 。

托卡马克是重要的磁约束核聚变实现装置。托卡马克装置由一个环形真空室和多组磁体组 成，周围分布着环向场线圈、中心螺管线圈（用于欧姆加热）和极向场线圈等磁体。通过 在这些磁体中通入电流，产生磁场来激发和控制等离子体，使其在高温下运行并维持稳定。 在托卡马克的愿景中，核心目标是将氘氚聚变材料加热到点火值或更高温度，并在受控制 条件下维持尽可能长的反应时间，以持续产生聚变能量。即使采用了导电性良好的铜作为 线圈材料，电流巨大仍然导致线圈发热问题，这限制了磁约束核聚变的长期稳定运行。然 而，超导体具有零电阻效应，且能够承受更高密度的电流，有利于构建更紧凑、更高场强 的聚变装置，从而极大地延长了等离子体的约束时间，有效改善了长脉冲稳定运行。因此， 借助高温超导材料，实现强磁场小型化的托卡马克技术路径有望大幅降低聚变装置的成本， 同时缩短建设周期至 3 到 4 年，大幅压缩技术迭代周期，使得聚变发电初步具备商业化潜 力。

仿星器在理论上比托卡马克运行更加稳定，但其成本高、工艺难度大。仿星器是一种更为 复杂的磁约束装置，与托卡马克相比，它不需要等离子体中的电流来维持磁场，而是完全 依靠外部磁线圈来产生复杂的三维磁场结构。这种设计可以减少由等离子体电流引起的不 稳定性，但其结构和制造工艺更加复杂。文德尔施泰因 7-X 是目前世界上最大的仿星器， 运行时间上可以达到 30 分钟以上的连续放电能力。其设计目的是验证仿星器在长时间连 续运行中的稳定性和效率，其采用复杂的三维磁场结构，可以有效约束高温等离子体，减 少能量损失和不稳定现象。

1.2 核聚变发电具有多重优势，核聚变电站将是未来能源发展的关键

核聚变应用场景多样化，涵盖发电、医疗等市场，目前最主要的目标场景为发电。根据全 球核聚变工业协会调查显示（FIA），全球核聚变公司的目标市场中，发电为核聚变的主要 应用市场。FIA 调研多家公司，被调研公司可选择多个下游市场，发电行业被 33 家公司选 择为重要的目标市场。除发电外，核聚变的应用场景多样，核聚变的其它应用包括：航天 和航海领域——核聚变有潜力用于开发高效的太空推进系统和海洋推进系统，使深空探测 和长途航行成为可能；医疗领域——核聚变反应产生的中子可以用于医学成像和癌症治疗 中的放射性同位素生产，提高诊断和治疗效果，根据 FIA 报告显示，目前已经有公司将核 聚变应用到医学中。

可控核聚变发电的安全性、环保性和能量密度相比其他发电方式具有优势，是人类未来能 源发展的重要方向。能源是现代社会赖以存在和发展的物质基础，然而目前的多种能源形 式都存在局限。煤、石油、天然气等化石能源不仅不可再生，而且在使用过程中会产生大量污染；太阳能、地热、风能和潮汐能等清洁能源则只能在特定区域开发利用；页岩气和 可燃冰等新型能源也面临枯竭的风险。根据中国能源网，在这种供需背景下，可控核聚变 被视为未来能源的核心方向，被认为有望提供几乎无限的清洁能源。一旦实现商业规模的 核聚变发电，将有助解决人类面临的能源短缺问题，为应对气候变化、保护环境以及解决 贫困与发展问题提供源源不断的动力，从而改变人类的未来。

从成本端来看，可控核聚变单位发电成本或低于其他清洁能源。根据美国核裂变发电公司 Helion Energy 预估，其提供的发电成本将降低到每千瓦时 1 美分，且其中未计入可能的 国家补贴，而美国目前的平均发电成本为每千瓦时超过 10 美分，并且其中计入了美国政 府所提供的可再生能源补贴。 从国际能源需求端看，全球电能需求持续攀升，火力发电短期无法替代。世界能源结构中， 火力发电仍然占据主导地位，且其比例稳定保持在首位，根据《Electricity Mix》数据显示， 从 1985 到 2023 年，全球能源消耗持续上升，2023 年燃煤产生电量已经超过 10000 太瓦 时。2023 年燃煤发电量占比依旧高达 35%，燃煤燃气这两种主要发电方式，合计占比超 过 65%，火力发电依旧是不可替代的发电方式。燃煤发电由于其高碳排放问题，在许多国 家正逐步减少，以应对气候变化和减少环境污染的需求；天然气相比煤炭具有更高的能源 效率和较低的二氧化碳排放，成为一种相对清洁的过渡能源；此外，随着各国对可再生能 源投资的增加，太阳能、风能、水力发电等清洁能源的比例也在逐年上升，推动全球能源 结构向低碳化和可持续化发展。核能作为一种稳定且低碳的能源形式，也陆续在各个国家 得到重视和发展。

从国内能源需求来看，可控核聚变发电对中国能源发展意义重大。根据北京市科学技术研 究院资源环境研究所，自 2016 年以来，中国的能源消费量呈现逐年上升的趋势，年复合 增长率为 3.8%，包括疫情期间也未出现显著下降。据《中华人民共和国 2023 年国民经济 和社会发展统计公报》显示，2023 年我国能源消费总量达 57.2 亿吨标准煤，比 2022 年 增加了 5.7%。其中，煤炭消费量占能源消费总量的 55.3%，虽然比 2022 年下降了 0.7 个 百分点，但依然占据主导地位。随着环境保护和可持续发展压力的增大，天然气、水电、 核电、风电和太阳能发电等清洁能源的消费比例已经上升至 26.4%。尽管如此，煤炭在能 源结构中的高占比依旧带来了巨大的碳排放和环境污染问题。可控核聚变发电作为一种高能量密度、无碳排放的清洁能源，有望彻底改变污染问题。此外，核聚变发电具备的燃料 丰富、几乎无限的清洁能源潜力，将为中国的经济和社会发展提供强有力的保障，有助于 实现碳达峰和碳中和目标，从而提升中国在全球能源格局中的地位，推动可持续发展进程。

可控核聚变电站分为核岛和常规岛两部分。可控核聚变发生原理上文已做介绍，落实到发 电站中，核岛是核聚变电站的核心部分，负责将核能转化成热能，其工作原理是氘、氚、 氦等核燃料在反应堆中通过核聚变反应产生热量的过程。常规岛则利用核聚变产生的热量 加热一回路高压水，一回路水通过蒸汽发生器加热二回路水使之变为蒸汽。蒸汽通过管路 进入汽轮发电机，推动汽轮发电机发电传输至电力传输网。整个反应的能量转换过程是由 核能转换为热能，热能转换为机械能，机械能再转换为电能。

核岛是核电站所有设备中投入成本最大、工艺最为复杂的部分，成本占比达到 58%。目前最为成熟的核聚变装置是托卡马克装置，主要包含：（1）高温超导线圈，原材料为钇钡铜 氧 (YBCO)、铋锶钙铜氧 (BSCCO)等，运用绝缘处理和冷却系统集成工艺，我国开展超导 带材相关业务的公司主要有联创光电（高温射频电缆）、精达股份（电磁线，特种导体）、 西部超导（MgB2、Monolith 等超导线材，CUSP、MCZ 直拉单晶硅磁体等超导磁体）、永鼎 股份等。（2）偏滤器，原材料为铜合金、钨、铍、碳基材料等，采用热等静压（HIP）和 焊接工艺，我国开展偏滤器相关业务的公司主要有国光电气、安泰科技等。（3）包层系统， 包括屏蔽层、氚增殖区和第一壁，原材料为钨和钨基合金、铅、锂等等离子体材料，采用 热等静压（HIP）工艺，我国开展包层系统（第一壁）相关业务的公司主要有国光电气、 中核集团等。其中，国光电气生产的偏滤器和包层系统是 ITER 项目的关键部位，公司制 造的真空高温氦检漏设备是全球首台满足 ITER 项目要求的包层部件的大型真空高温氦检 漏设备。

1.3 中国的前瞻性布局 -- 聚变裂变混合堆

核裂变技术自 20 世纪中叶以来得到广泛应用，最初用于核武器的开发，随后扩展到核能 发电领域。裂变反应通过重原子核（如铀-235 或钚-239）的分裂释放出大量能量，同时 产生中子，引发链式反应。当前，全球许多国家使用核裂变反应堆进行电力生产，主要类 型包括轻水堆、重水堆和快中子增殖堆等。尽管核裂变技术已相对成熟，但面临着核废料 处理和核安全等挑战。 聚变裂变混合堆是一种结合核聚变和核裂变两种反应机制的先进核反应堆，目前仍处于实 验室状态。其设计目的是利用核聚变反应产生的高能中子来引发核裂变反应，从而提高能 量产出效率和燃料利用率。原理为在装置的中心设置聚变堆,在其外围是裂变堆,聚变产生 的中子逸出到裂变堆即可参与裂变反应、释出裂变能,作为聚变能的补充。从实际应用上理 解，首先用 D-T 聚变产生 14.1MeV 的高能中子。有了这些高能中子，就能“燃烧”U238 这类通常意义上的核废料，这样不仅提高燃料经济性，也相对传统核裂变减少了核废料的 排放。其主要优势包括更高的能量效率、燃料增殖能力、减少放射性废物和更高的安全性。 混合堆有望成为一种高效、安全、环保的未来能源解决方案。

中国在聚变裂变混合堆技术方面取得了显著进展。聚变-裂变混合堆这一概念于 1953 年提 出，最初被认为可以利用聚变中子增殖易裂变核素，并在过程中放大聚变能量输出。此后， 也有研究转向了利用混合堆处理乏燃料，属于嬗变堆。乏燃料是经受过辐射照射、使用过 的核燃料。在实现条件上，混合堆降低了聚变功率的要求，能显著地降低实现聚变技术应 用的难度。北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室彭先觉、师学明在 2009 年发 表的论文中指出，传统的混合堆研究陷入了一个困境，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），采用近期可获得的聚变技术和较成熟的裂变反应堆技术，具有较高的技 术可行性。Z-FFR 充分体现了聚变与裂变优势互补的特点，大幅提升了核能的安全性。由 于其设计没有临界安全问题，并且完全避免了余热安全问题，安全性得到了显著提高。在 经济性方面，100 万千瓦反应堆的建设成本预计为 30 亿美元。此外，Z-FFR 在资源利用率 和持久性上表现突出，铀和钍的利用率可达 90%以上，可以为人类提供长期能源供应。环 境方面，Z-FFR 产生的核废料量少且易于处置，体现了其环境友好性。基于这些优势，Z-FFR 成为了未来具有强大竞争力的能源解决方案。

中国预计 2035 年完成混合堆的发电示范堆。2023 年 11 月，联创光和中核聚变计划联合 建设聚变-裂变混合实验堆项目，技术目标 Q 值大于 30，实现连续发电功率 100 MW。根 据中国工程院院士彭先觉透露，预计 2025 年左右将会建成 50 兆安 Z-箍缩驱动器实验装 置，用于验证聚变和次临界堆关键技术。届时，这将成为中国人工大规模实现热核聚变的 突破。在此基础上，2035 年左右将有可能建成百万千瓦级工程演示混合堆。这一时间表 显示了中国在聚变裂变混合堆技术领域的快速推进的决心。聚变裂变混合堆在原理上可行 性极高，有望提前实现商用落地。

二、政策利好核聚变发展，静待行业春风

核聚变依托优异的性能得到我国重视。核聚变部分燃料很容易获得，如作为氢同位素的氘 和氚，可以通过海水大量获取，与化石燃料和核裂变所必须的铀相比，成本低的同时产生 的温室气体和放射性废物最少。核聚变特有的安全性降低了灾难性故障的风险，可控核聚 变发展有望利用高科技创造更多就业机会，其带来的科学进步也将创造巨大的经济效益。 实现聚变能源可以加强能源安全，减少对进口燃料的依赖，并促进我国成为尖端能源技术 的全球领导者，在环境保护和减缓气候变化方面发挥关键作用。为实现这一目标，国务院 和各地政府出台了一系列政策以支持和促进可控核聚变的发展。 中央核心文件彰显坚定发展核聚变的决心。自 2021 年以来，中央发布了两份核心文件以 强调发展可控核聚变技术，两份文件分别从环境保护与现代能源发展的角度阐述了该技术 的重要性与国家发展的决心。2021 年 10 月 24 日，《中共中央国务院关于完整准确全面贯 彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》（后简称“双碳工作意见”）中明确指出：为 加强绿色低碳重大科技攻关和推广应用，要推进可控核聚变等低碳前沿技术攻关。另一方 面，2022 年 3 月 22 日在国家《“十四五”现代能源体系规划》（后简称“能源体系规划”） 文件中，直接要求我国继续发展先进核能技术，三代核电关键技术优化升级示范应用，模 块式小型堆、(超)高温气冷堆、低温供热堆、快堆、熔盐堆、海上浮动式核动力平台等技术攻关及示范应用，并支持新燃料、新材料等新技术研发应用；支持可控核聚变的前期研 发，并积极开展国际合作。 除这两份关键文件之外，国家还实施了一系列政策助力可控核聚变发展。我国在增加高技 术产业投资并积极布局核聚变产业、扩大规模的同时，积极寻求国际交流合作，与俄罗斯、 法国等国家充分交流、分享核聚变研究成果，并准备开展下一阶段研究。

安徽省为我国重要的核聚变工业大省。在核聚变技术公司和研究中心的支持下，中国安徽 省的核聚变产业正在成为国家能源战略的重要组成部分。中国科学院合肥物理科学研究院 (HFIPS)等领先机构走在了最前沿，他们操作着被称为“中国人造太阳”的实验先进超导 托卡马克(EAST)，旨在实现长期稳定的等离子体运行。HFIPS、中国核工业集团公司(CNNC) 等大型国有企业和安徽恒坤能源科技有限公司等地方实体的合作进一步加强了研发力度。 核聚变产业链正在通过多渠道融资扩大产业规模，通过高科技就业机会以及可应用能源为 当地经济做出贡献。目前的项目包括 EAST 和聚变工程试验反应堆(CFETR)，两个项目在实 验反应堆和商业聚变发电厂之间架起桥梁。未来的计划包括扩大研发规模，到 2030 年通 过试点工厂实现完全商业化发展。政府方面将继续批准新的核聚变工程园区，加快工程化 与商业化进程。安徽的核聚变产业整体目前处于国内领先水平。

四川省核聚变工业正在迅速发展，并为国家的清洁能源项目做出了重大贡献。中国核工业 集团公司(CNNC)和西南物理研究所(SWIP)等主要参与者走在核聚变技术前沿，SWIP 操作的 HL-2A 和 HL-2M 托卡马克，分别专注于了解等离子体行为和实现更高的等离子体温度。

上海市聚焦核电产业,专注于核聚变商业化进程。在核电产业方面，上海市出台政策鼓励创新并提出了明确的规模目标。上海的核电工业是中国能源多样化和减少碳排放战略的重 要组成部分，在国家产业布局中发挥着重要作用。上海电气集团、中国核工业集团公司 (CNNC)和国家电力投资公司(SPIC)等主要参与者分别以制造核电设备、监督核能开发和推 进核技术为重点，推动了该行业的发展。上海的核电工业支持着重要的核电装机容量，通 过新项目和升级，旨在助力中国到 2025 年达到 70GW 的核电装机目标。CNNC 和中国广核集 团正在大力投资研发先进的反应堆设计，如华龙一号和 CAP1400，推进与强调安全、效率 和国际合作。上海具有良好的工业基础可以促进核电产业经济一体化和出口潜力，作为战 略枢纽，上海的核电产业蓄势以待。

三、中国核聚变产业链布局完善，市场规模快速增长

3.1 全球核聚变产业布局

全球各国纷纷推进核聚变实验装置，ITER 为标志性项目。目前，全球主要国家纷纷推出 政策并采取行动，积极推动核聚变的商业化进程。随着技术不断突破，可控核聚变正在逐 步接近实现聚变发电的目标。ITER 是全球核聚变装置的示范性项目，其时间线标志全球核 聚变技术发展。ITER 目标 Q 值为 10。从整体来看，第一阶段：建设一个氘、氚能燃烧产 生 5*10^5 kw 聚变功率、聚变增益系数 Q=10、脉冲维持大于 400s 的托卡马克聚变堆；第 二阶段调试：探索实现稳态高约束的高性能燃烧等离子体，聚变增益系数 Q=5，脉冲维持 大于 3000s。

国际上，核聚变产业上游包括关键材料如钛合金、高温陶瓷等，和核聚变所需燃料供应， 企业集中在美国和日本等。高温超导材料供应商包括住友电工（日本）、SuperPower Inc （美国）等。住友电工主要制造和供应高温超导线材和相关产品，SuperPower Inc 生产高 性能高温超导线材，主要用于能源和医疗领域。燃料供应商包括剑桥同位素实验室公司（英 国）等。剑桥同位素实验室公司可以提供高纯度氘气和氚气，作为核聚变反应的主要燃料。 核聚变产业的中游环节涉及核聚变反应堆的建设和运营，集中在美国和欧洲。核聚变产业 的中游环节包括反应堆设计、工程施工、等离子体加热系统、超导磁体系统、诊断和监测 系统、以及控制和数据采集系统等关键技术和设备的开发和集成。托卡马克反应堆设计与 建造主要有通用原子能公司（General Atomics）（美国）、核聚变能源（Fusion For Energy, F4E）（西班牙）等。超导磁体系统主要有日本原子能研究开发机构（JAEA）（日本）、科 赫斯特（CERN）（瑞士）等。诊断和监测系统主要有安特卫普大学（University of Antwerp） （比利时）、奥地利国家科学技术研究所（Austrian Institute of Technology, AIT）（奥 地利）等。

国际上核聚变商业化应用公司多为私人投资，技术路径多样。根据 FIA 2023 调查显示， 全球 2023 年核聚变投资约为 62 亿美元，其中个人投资为 59 亿美元，占比高达 95%。公 司包括赫尔摩斯核聚变公司（Helion Energy）（美国），专注于开发脉冲聚变装置，称为“聚 变引擎”，使用氘-氚作为燃料，目标是实现高效能量输出。其独特的磁约束方法能够在短 时间内达到高温和高压，实现核聚变反应。托卡马克能源（Tokamak Energy）（英国）专 注于开发紧凑型托卡马克装置，使用高温超导磁体以提高等离子体的约束能力和设备的紧 凑性。其最新的 ST40 装置已经成功实现了 1500 万摄氏度的等离子体温度。公司计划在 2030 年前实现商业核聚变发电，并在 2025 年实现一个规模较小的商用原型反应堆 。

3.2 我国核聚变产业布局

我国已确定以磁约束聚变作为核聚变技术发展的主要路线，并在关键技术方面达到了全球 领先水平。中国的可控核聚变研究始于 20 世纪 50 年代中期。1994 年，我国建成了首台超导托卡马克装置 HT-7。2002 年，具有偏滤器位形的中国环流器二号 A 装置（HL-2A）投入 使用。2006 年，世界上第一台全超导托卡马克装置东方超环（EAST）首次成功放电。从 2008 年到 2023 年 11 月 20 日，我国国家磁约束核聚变能发展研究专项共部署了 220 个项 目，总计投入约 60 亿元，取得了多项国际和国内领先的研究成果。 中国在全球核聚变产业链中占据重要地位，尤其在国际热核聚变实验堆（ITER）项目的建 设中扮演了关键角色。ITER 是一个由 35 个国家共同参与的大型国际合作项目，其建设和 运营费用由参与国分担。根据 ITER 官网显示，中国、印度、日本、韩国、俄罗斯及美国 分别承担了 ITER 建设阶段费用的 9.1%，累计承担约 54.6%，其中 90%是以设备形式贡献， 剩余 10%为现金贡献。在 ITER 项目中，各国的贡献被细分为 22 个采购包和 97 个子包。中 国承担了其中 12 个子包的制造任务，总费用达到 40 亿元人民币。这些子包包括制造关键 零部件和系统，这些部件对于 ITER 装置的成功建设和运行至关重要。

我国磁约束聚变整体发展规划明确，商用落地预计时间为 2050 年。根据《中国工程科学》中 《可控核聚变科学技术前沿问题和进展》描述，以 2015 年出发来看，我国磁约束聚变的近期 （已实现）、中期和远期技术目标为： 1. 近期目标（2015—2021 年）：建立近堆芯级稳态等离子体实验平台，吸收消化、发展与储 备聚变工程实验堆关键技术，设计、预研聚变工程实验堆关键部件等； 2．中期目标（2021—2035 年）：建设、运行聚变工程实验堆，开展稳态、高效、安全聚变堆 科学研究； 3. 远期目标（2035—2050 年）：发展聚变电站，探索聚变商用电站的工程、安全、经济性。

我国核聚变研究具有卓越的科研实力和技术先进性，研究方向覆盖核聚变各个领域。中国科学 院等离子体物理研究所位于安徽省合肥市，致力于磁约束聚变托卡马克装置 EAST 的研究；核 工业西南物理研究院在四川省成都市，专注于磁约束聚变托卡马克装置 HL-2M 和 HL-2A 的研 究；中国工程物理研究院（九院）在四川省绵阳市，研究惯性约束聚变装置神光。此外，中国 科学技术大学核科学技术学院、北京大学核物理与核技术国家重点实验室、清华大学等离子体 科学与聚变实验室、华中科技大学电气与电子工程学院等机构在各自领域也有着重要的研究贡 献。这些科研机构分布在全国各地，涵盖从磁约束聚变、惯性约束聚变到反场箍缩、核物理等 多个研究方向，展示了中国在核聚变领域的全面布局和领先地位。

我国核聚变实验装置有望继续保持技术领先。我国核聚变发展重点将在国内的三个主力磁约束 装置（EAST、HL-2M 和 CFETR）上开展高水平的实验研究。EAST 装置目前已基本完成升 级，其研究能力和实验条件显著提升，可大量针对未来的 ITER 装置和下一代聚变工程堆的稳 态高性能等离子体进行研究。EAST 于 2023 年 4 月 12 日，成功创造了 403 秒稳态长脉冲高 约束模等离子体运行的世界纪录，我国核聚变研究起步要比其他国家晚 20 多年，但如今国际 上其他聚变装置的运行时间均未达到百秒级，目前，EAST 正向 1000 秒高约束模等更高、更 持久的目标发起挑战。这将使其成为向 ITER 装置提供重要数据库的国际大规模先进实验平台。 结合全超导托卡马克的新特性，EAST 还将探索并实现两到三种适合稳态条件的先进托卡马克 运行模式，使稳态等离子体性能处于国际领先水平。同时，HL-2M 装置作为我国最新的磁约 束聚变研究装置，将通过不断优化和改进，进一步提升等离子体的约束能力和稳定性，为未来 的聚变反应堆提供关键技术支持。此外，中国聚变工程实验堆（CFETR）将填补 EAST 和 ITER 之间的技术和工程空白，目标是实现更高的等离子体参数和更长的运行时间，以验证核聚变能 的可行性和经济性。相比之下，美国的 DIII-D 和 NSTX-U 装置、欧洲的 JET 装置虽然在各自 领域取得了一定进展，但在超导托卡马克技术和长时间等离子体运行方面仍有待提升。通过 EAST、HL-2M 和 CFETR 三大装置的协同发展，我国将在全球核聚变研究中继续保持领先地 位，并为人类最终实现聚变能源的利用做出重要贡献。

我国目前有多个重要在建装置，将为后续我国核聚变发展做出重要贡献。我国目前有 4 个 主要的核聚变前期建设阶段项目：一是中国聚变工程实验堆，将是我国自主设计和研制、 我国为主联合国际合作的重大科学工程；二是洪荒 170，将是全球首台全高温超导托卡马 克装置；三是 CFETR 聚变新能计划建设紧凑型聚变能装置 BEST，已于 2023 年 8 月获批， 总投资约 85 亿；四是中核聚变计划建设聚变-裂变混合堆，已于 2023 年 11 签约，总投资 超 200 亿元。

3.3 市场规模概况

全球核聚变市场规模正显著增长。根据 Coherent Market Insights 和 SkyQuestt 的测算，预计 2024 年全球核聚变市场规模将达到约 3312.6 亿美元，并预计到 2031 年将达到 4915.5 亿美元，2024 年至 2031 年的复合年增长率（CAGR）为 5.8%。这一增长主要受到私人公司 和政府对核聚变技术日益增加的投资推动。此外，根据 Keytone Ventures 的预测，全球 核聚变市场规模将从2022年的2964亿美元增长至2027年的3951.4亿美元，CAGR为6.0%， 这一预测与 Coherent Market Insights 增速方面的数据基本一致。与此同时，人工智能 的快速发展预计将为核聚变产业带来巨大变革，其在高维数据中找到最佳解决方案的能力 可能大幅缩短可控核聚变商业化开发的时间周期。 全球超导材料市场预计会先于核聚变市场保持高增长。根据产业链传导逻辑，在核聚变行 业，超导材料可以显著提升 Q 值。全球超导材料市场预计将率先增长，根据 GlobalMarket Insight 预测，到 2032 年全球超导材料市场预计达到约 291.4 亿美元，2023 年为 115.7 亿美元，年复合增长率（CAGR）为 11.3%。

编辑：火腿肠