2025年核聚变行业专题报告：商业化引领未来能源走进现实

核聚变：能源革命新纪元

核聚变是未来的终极能源

可控核聚变被视为未来终极能源。核聚变是两个轻原子核结合形成一个较重原子核，同时释放大量能量的过程。从一种原子核变为另外一种原子核往往伴随着大量能量的释放。可控核聚变由于原料资源丰富、释放能量大、安全清洁、环保等优势，能基本满足人类对于未来理想终极能源的各种要求。

实现核聚变反应，需要同时满足三个条件：足够高的温度（T）、一定的密度（n）和一定的能量约束时间（τE），三者的乘积称为聚变三乘积。根据劳逊判据，只有聚变三乘积大于一定值（5×1021m−3·s·keV能产生有效的聚变功率输出。

核聚变的三大技术路线

可控核聚变有三种技术路线，磁约束核聚变是国际主流。引力约束是靠强大的万有引力来提供对聚变燃料的约束力，目前无法在地球上实现；惯性约束是以多束极高精度激光从四面八方向一个非常微小的聚变燃料丸倾注能量，产生瞬间的高温和高压，使聚变燃料的密度在短时间达到极限值，从而引发核聚变反应；磁约束是指用磁场来约束等离子体中带电粒子的运动，通过将聚变燃料完全电离形成的等离子体置身于强磁场的空间，带电的原子核与电子在垂直于磁场方向只能沿着磁场方向做回旋运动。其中基于托卡马克装置的磁约束核聚变是目前最有希望实现聚变能和平利用的途径。

提高聚变效率是主要挑战

如何维持等离子体稳定和提高聚变反应效率是主要技术挑战。实现核聚变反应需要将氘氚原子核压缩到很小尺度的核力范围（10-15米）内，但由于原子核带正电，必须获得足够的能量或在特殊环境下才能克服彼此间的库仑势垒。在等离子体聚变技术中，磁场将等离子体束缚在一定范围内，当等离子体被加热到足够高的温度（1亿度以上）和密度时，才能发生聚变反应。

对等离子体进行磁约束需控制“湍流”现象发生。达到聚变条件后，还需对高温聚变物进行约束，以获得持续的核聚变能。当氘核与氚核间发生聚变反应时，在此高温条件下，任何固态容器都会在极短时间内气化。大多数聚变反应堆都是基于使用磁场的等离子体约束，但在受磁场约束的高温等离子体中会产生“湍流”，热量和粒子被传输至边缘，最终损坏反应堆并缩短其运行寿命。

政策加码与AI赋能：资本与科技双轮驱动

核聚变行业政策加码

2020年来，全球多个主要国家都将可控核聚变视为未来能源发展的战略方向，并出台了相应的政策支持。中国、美国、日本、英国和德国等国家政府，均通过制定国家战略和产业政策，推动核聚变技术的研发和应用。 各国政府正在加大对核聚变的投资力度。2023年9月，德国宣布未来五年内将追加3.7亿欧元用于核聚变建设；2024年7月，韩国政府决定将投入1.2万亿韩元(8.66亿美元)用于开发核聚变反应堆；2025年1月，美国能源部为“聚变创新研究引擎”项目投入1.07亿美元，英国政府宣布斥资4.1亿英镑加速核聚变能源建设。

核聚变行业投融资热度升温

截止2024年7月，核聚变行业已吸引超过71亿美元的投资。其中新资金超过9亿美元，且有4.26亿美元来自政府等公共资金，同比+57.2%。截止2024年7月，许多私营核聚变公司也获得了重要融资。其中包括Xcimer公司（1亿美元）、SHINE公司（9000万美元）和Helion公司（6500万美元）。2025年2月10日，Helion核聚变公司获4.25亿美元F轮融资，总投资额超过10亿美元。

AI 驱动下的核聚变：电力焦虑下，科技巨头布局加码

AI算力需求激增，美国科技巨头加速布局核能领域，涵盖核裂变与核聚变技术。核能作为基荷能源优势彰显，可保障数据中心7×24小时不间断运行。核电零碳属性契合企业ESG承诺，脱碳目标叠加电力稳定性要求，当前已成为科技巨头缓解AI算力扩张与碳中和目标的矛盾的重要选项。短期优先核裂变，中长期看好核聚变。技术选择偏好上看，短期呈现出依赖现有核电基础设施重启（如三哩岛）或SMR部署，快速满足AI算力需求；中长期则聚焦核聚变，通过投资初创企业锁定未来清洁能源技术红利，目标实现商业化突破。

AI 驱动下的核聚变：AI赋能精确控制，加速发展

AI在核聚变中运用广泛：1)模拟和预测：AI可以用于模拟和预测核聚变反应的行为。通过对已知反应的数据进行训练，可以开发出能够预测和优化核聚变反应的AI模型。2)实时监测和控制：通过使用机器学习算法，可以从传感器数据中提取有用的信息，例如温度、压力和辐射水平，并用这些信息来控制反应堆的运行参数。3)数据分析和处理：通过使用机器学习算法，可以从数据中发现聚变反应隐藏的模式和趋势。4)聚变反应堆设计：通过使用机器学习算法，可以优化反应堆的几何形状和运行参数，以提高聚变反应的效率和稳定性。

AI加快聚变实验进程。2022年2月，DeepMind与瑞士洛桑联邦理工学院的合作展示了利用AI在所有放电实验阶段实现精确的等离子体控制的潜力。2024年2月，普林斯顿团队通过训练神经网络，提前300毫秒就预测了核聚变中的等离子不稳定态（这个时间足够约束磁场调整应对等离子体的逃逸），可控核聚变实现新突破。2024年10月，普林斯顿等离子体物理实验室开发出的突破性的AI模型将等离子体加热预测速度提高了1000万倍。

全球竞速：核心技术突破与装置迭代

美国：计划开建世界首座核聚变发电厂

NIF：2022年12月13日，美国国家点火设施（NIF）首次实现聚变点火。 2023年，NIF又接连进行了三次点火实验，分别在7月30日、8月8日和10 月30日，都成功地实现了核聚变能量超过激光能量，其中最高一次达到 了3.88MJ，比输入能量增加了89%，相当于燃烧300公斤的汽油。

SPARC：麻省理工学院等离子体科学与融合中心（PSFC）主持研究开发 新一代的托卡马克核聚变堆SPARC，于2021年开始建造，为期四年完成。 SPARC使用由新型高温钇钡钡铜氧化物（YBCO）制成的强力磁体来产生 等离子体，产生的能量是在高温下维持等离子体所需能量的两倍，从而 使融合增益Q>2，并能在10秒内实现高达140MW的聚变功率。2025年1月， Commonwealth Fusion Systems(CFS)宣布公司已经完成了聚变机SPARC 上超过一半的环向场磁体线圈单元的制造。

DIII-D：2024年10月，美国DIII-D国家聚变设施达成了20万次实验性 “点火”测试里程碑。

Helion Energy：2025年2月，美国的的核聚变商业公司Helion Energy 宣布计划在华盛顿马拉加建造世界首座核聚变发电厂。

欧洲：拥有世界上最大在运托卡马克装置

JET：于1978年开始建造，位于英国牛津郡库勒姆聚变能源中心 的欧洲联合环面（JET）是现有的唯一可以使用氘-氚燃料混合 物运行的托卡马克设施，该燃料混合物也将用于未来的聚变发 电厂。在JT-60SA开始运行之前，JET一直是世界上最大的在运 托卡马克装置，并在1983年实现了第一个等离子体试验。JET数 十年的实验优化了氘-氚的聚变反应，并帮助开发了管理燃料滞 留、热排放和材料演变的技术。

JET的核心是一个真空容器，目前该容器容纳了90m³的聚变等离 子体。高性能氘-氚实验始于1997年，自2011年以来，真空容器 的第一个壁由铍和钨制成，取自ITER的建设经验。多年来，该 设施创下了多项纪录，包括1997年创纪录的0.64的Q-等离子体 （产生的聚变功率与加热等离子体的外部功率之比），2021年 12月创纪录的5秒脉冲内59MJ的聚变能量输出以及2024年2月再 次创纪录的仅用0.2毫克燃料维持69MJ聚变能长达5秒。

中国：多家私营聚变企业获得重大突破

星环聚能：2024年8月，星环聚能在球形托卡马克等离子体优化方面取得重大突破， 成功实现一种优化位形，为可控核聚变技术发展注入新活力。11月，公司宣布将启 动负三角球形托卡马克NTST的建设，该装置有望成为全球首个负三角球形托卡马克， 为构建更高效、经济的聚变反应堆奠定基础。此外，星环聚能计划：预计在2027年 建成下一代实验装置CTRFR-1，连续稳定地通过重复重联方案将等离子体加热至一亿 摄氏度，用于彻底验证可控聚变的工程可行性。接下来再用3至5年的时间建设一个 能够输出电能的聚变反应堆。

能量奇点：能量奇点成立于2021年的上海，团队核心技术为高温超导磁体。2024年6 月，能量奇点成功研发了全球首台全高温超导托卡马克装置——洪荒70，并获得第 一等离子体，标志着其成为全球首个建成运行全高温超导托卡马克的团队和商业公 司。2024年12月，洪荒70中心场强达到1.02特斯拉，装置性能显著提升。2025年3月 10日，能量奇点宣布其研制的“经天磁体”在高温超导磁体技术领域取得重大突破， 完成了首轮通流实验，产生了高达21.7特斯拉的磁场，创下大孔径高温超导D形磁体 的最高磁场纪录。

星能玄光：星能玄光自主研发并制造了场反位形装置—Xeonova-1。2024年12月20日， 装置主体的真空室和磁场线圈进场安装；2025年1月20日，电源和控制系统系统进场 安装并调试；2025年2月20日，电源调试完毕并成功放电。

商业化进程加速：万亿市场爆发前夜

核聚变进入举国体制时代

现阶段，我国热堆已经实现了规模化、批量化、国产化发展。截至2024年底，我国在运核电机组58台（世界第二），总装机容量为6088万千瓦（世界第三）；在建核电机组27台（世界第一），总装机容量为3230.9万千瓦（世界第一）。

我国快堆技术研究始于1960年代，目前快堆正由实验堆（原型堆）转向示范堆、商业堆，其潜在的商业价值被核能界寄予厚望。6.5万千瓦热功率的中国实验快堆的建立，标志着快堆技术实现了从0到1的突破。

2023年12月，以“核力启航 聚变未来”为主题的可控核聚变未来产业推进会召开。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，中国聚变能源有限公司揭牌。会上发布了第一批未来能源关键技术攻关任务，对推进聚变能源产业迈出实质性步伐具有重要的里程碑意义。2025年2月28日，中国核电、浙能电力拟共17.5亿元增资参股中国聚变能源有限公司。

超导磁体+偏滤器是托卡马克关键组成部分

核聚变产业链包括上游原材料供应到中游技术研发、设备生产制造，及下游核电应用等。

产业链上游：上游覆盖有色金属 (钨、铜等)、特种钢材、特种气体 (氘、氚)等原料供应。

产业链中游：中游覆盖聚变技术研发、装备制造 (第一壁、偏滤器、蒸汽发生器、超导磁线圈等组件)及仿真、控制软件的开发。核电设备主要由核岛、常规岛及辅助设备三大系统构成，其中核岛是整个核电站的核心，负责将核能转化为热能，是核电站所有设备中工艺最复杂、投入成本最高的部分，投资成本占比达到58%，并且市场参与者较少。

产业链下游：下游涵盖核电站运营及设备应用，主要目标市场为发电。此外在供热、医疗、科研等领域前景可观。

报告节选：

编辑：火腿肠