The following article is from RimeData 來覓數(shù)據(jù) Author 來覓研究院
導(dǎo)讀：2025 年 4 月 30 日，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）組織官網(wǎng)宣布，經(jīng)過數(shù)十年努力，由 30 多個(gè)國(guó)家參與建造的 " 人造太陽(yáng) " 已完成其 " 電磁心臟 " ——世界最大、最強(qiáng)的脈沖超導(dǎo)電磁體系統(tǒng)的全部組件建造。該成果被 ITER 稱為 " 里程碑式的成就 "，標(biāo)志著人類向?qū)崿F(xiàn)可控核聚變能源邁出關(guān)鍵一步。
01 全球核聚變技術(shù)最新進(jìn)展
中國(guó)：2025 年 1 月，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置 EAST 首次實(shí)現(xiàn)在 1 億攝氏度下 1066 秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，創(chuàng)世界新紀(jì)錄。3 月，核工業(yè)西南物理研究院新一代人造太陽(yáng) " 中國(guó)環(huán)流三號(hào) " 實(shí)現(xiàn) " 雙億度 " 等離子體運(yùn)行（等離子體離子溫度 1 億度、電子溫度 1 億度），標(biāo)志著我國(guó)聚變裝置具備了聚變?nèi)紵嚓P(guān)的高參數(shù)運(yùn)行能力。
美國(guó)：美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）在 2025 年繼續(xù)推進(jìn)核聚變點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了 Q = 4 的聚變?cè)鲆妫ㄝ敵瞿芰渴禽斎肽芰康乃谋叮? 月，美國(guó)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室和西班牙塞維利亞大學(xué)合作研制的全球首臺(tái)負(fù)三角度托卡馬克裝置 SMART 產(chǎn)生首束等離子體，標(biāo)志新構(gòu)形驗(yàn)證取得進(jìn)展。
法國(guó)：2025 年 2 月，法國(guó) WEST 裝置在 5000 萬(wàn)攝氏度的高溫條件下成功將等離子體維持了 1337 秒，刷新穩(wěn)定時(shí)間紀(jì)錄。
各國(guó)在核聚變領(lǐng)域的積極投入和快速發(fā)展標(biāo)志著全球聚變能競(jìng)賽全面提速。
02 核聚變的不同之處
核能是新能源的典型代表，也是最為理想的能源之一，它包括核聚變能和核裂變能。核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫、高壓等），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。例如，在太陽(yáng)內(nèi)部，氫原子核（主要是氘和氚）在超高溫高壓環(huán)境下聚變成氦原子核，同時(shí)釋放出大量的光和熱。而核裂變能是通過重原子核（如鈾 -235、钚 -239 等）分裂成兩個(gè)或多個(gè)較輕原子核的過程中釋放的能量，核電站目前主要是利用核裂變能來發(fā)電。
實(shí)現(xiàn)核聚變可控需要滿足以下條件：一是極高的溫度，如氘氚反應(yīng)要求燃料溫度上億攝氏度，使燃料處于等離子體態(tài)并克服庫(kù)侖排斥力實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)；二是保證燃料超高的密度，以增加粒子碰撞頻率，提高聚變反應(yīng)概率；三是須將等離子體約束在有限空間內(nèi)，并維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。只有當(dāng)溫度、密度、約束時(shí)間三者的乘積（聚變?nèi)胤e）大于一定閾值時(shí)，聚變反應(yīng)才能自持進(jìn)行。以下是三種主要的實(shí)現(xiàn)核聚變可控的技術(shù)途徑：
圖表 1：實(shí)現(xiàn)核聚變的技術(shù)路徑
03 核聚變的優(yōu)勢(shì)
核聚變相較于核裂變具有原料資源豐富、能量產(chǎn)出大、低放射性污染、安全性能好等優(yōu)勢(shì)。具體來看：
在原料資源方面，一是氘來源廣泛，氘是核聚變的重要燃料之一，它主要存在于海水中，據(jù)測(cè)算，每升海水中含有 0.03 克氘，全球海水中蘊(yùn)含的氘總量巨大，可達(dá) 45 萬(wàn)億噸左右。如此豐富的氘資源，使得核聚變?nèi)剂系墓?yīng)幾乎不受限制，能夠滿足人類長(zhǎng)期的能源需求。
二是氚可增殖：氚在自然界中雖不存在，但可通過中子與鋰 6 反應(yīng)產(chǎn)生。而鋰在地殼和海水中儲(chǔ)量豐富，這為氚的持續(xù)供應(yīng)提供了保障。
在能量產(chǎn)出方面，一是能量密度高，核聚變反應(yīng)中，單位質(zhì)量的聚變?nèi)剂厢尫懦龅哪芰窟h(yuǎn)超傳統(tǒng)化學(xué)能源以及核裂變。例如，1 克氘氚燃料聚變所獲得的能量相當(dāng)于燃燒 8 噸石油，產(chǎn)生的能量密度是核裂變的 4 倍，可為人類提供巨量的能源供應(yīng)。
二是持續(xù)穩(wěn)定供電：核聚變發(fā)電不像風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源那樣受天氣條件影響，也不像化石能源那樣會(huì)因資源枯竭而面臨供應(yīng)中斷風(fēng)險(xiǎn)，只要維持好反應(yīng)條件，就能實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的能量輸出，可為電網(wǎng)提供可靠的基荷電力。
在安全性方面，一是不會(huì)失控，核聚變反應(yīng)需要持續(xù)的外界能量輸入（如加熱和磁場(chǎng)約束）才能維持，一旦停止輸入，反應(yīng)會(huì)立即停止，不會(huì)像核裂變那樣產(chǎn)生失控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而避免了核裂變反應(yīng)堆可能出現(xiàn)的堆芯熔毀等嚴(yán)重事故風(fēng)險(xiǎn)。
二是無(wú)長(zhǎng)期核廢料，核聚變的生成物主要是氦氣，這是一種無(wú)害、無(wú)污染的氣體，不會(huì)產(chǎn)生像核裂變那樣的長(zhǎng)期放射性核廢料，對(duì)環(huán)境和人類健康的潛在危害極小。
在環(huán)保方面，核聚變反應(yīng)過程不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，有助于減緩全球氣候變化，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。除了不排放溫室氣體外，核聚變也不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的氮氧化物和硫氧化物等有害物質(zhì)，對(duì)空氣、水和土壤等環(huán)境要素的污染幾乎為零，是理想的清潔低碳能源，經(jīng)濟(jì)潛力大。
在成本潛力方面，雖然目前可控核聚變技術(shù)仍處于研發(fā)階段，但隨著技術(shù)的不斷成熟和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，其發(fā)電成本有望顯著下降。核聚變發(fā)電的能量輸出巨大，且燃料成本相對(duì)較低，未來有望成為一種經(jīng)濟(jì)高效的能源供應(yīng)方式。
另外，可控核聚變的研發(fā)和應(yīng)用涉及到眾多領(lǐng)域，如超導(dǎo)材料、高溫等離子體物理、精密制造等，將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，創(chuàng)造大量的就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)推動(dòng)科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。
04 可控核聚變產(chǎn)業(yè)鏈
可控核聚變產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游原材料供應(yīng)、中游技術(shù)研發(fā)與設(shè)備制造、下游應(yīng)用與運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)。上游原材料包括超導(dǎo)磁體材料、特種鋼材、金屬鎢、鉭等稀有金屬、特種氣體等，為核聚變裝置提供了基礎(chǔ)物質(zhì)保障，其質(zhì)量與性能對(duì)中游設(shè)備制造及核聚變技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要，成本占比也較高。
中游是核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的核心，涵蓋了核聚變技術(shù)的研發(fā)以及各類設(shè)備的生產(chǎn)制造，需要極高的精度與可靠性，其技術(shù)發(fā)展和設(shè)備性能直接決定了核聚變裝置的運(yùn)行效果與安全性。
下游應(yīng)用與運(yùn)維，目前，核聚變技術(shù)主要用于科研領(lǐng)域，尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電。未來，隨著技術(shù)突破和裝置建成，有望為全球提供清潔、可持續(xù)的能源。
圖表 2：可控核聚變產(chǎn)業(yè)鏈
據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2030 年全球可控核聚變市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 4965 億美元，2050 年或突破萬(wàn)億美元。一旦核聚變發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，將為人類提供幾乎無(wú)限的清潔能源，有效緩解能源危機(jī)，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低溫室氣體排放，對(duì)全球能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
05 可控核聚變的發(fā)展趨勢(shì)
一是技術(shù)突破加速。等離子體控制精度提高 ，AI 技術(shù)深度融合核聚變研發(fā)，在等離子體控制、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)據(jù)分析等方面發(fā)揮巨大作用。如 2024 年普林斯頓團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提前 300 毫秒預(yù)測(cè)核聚變中的等離子不穩(wěn)定態(tài)；DeepMind 與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院合作展示 AI 在所有放電實(shí)驗(yàn)階段實(shí)現(xiàn)精確等離子體控制的潛力，原本預(yù)計(jì) 2030 年實(shí)現(xiàn)的控制穩(wěn)定性驗(yàn)證有望提前至 2025 - 2026 年，商用能量輸出系統(tǒng)建成時(shí)間可能從 2045 年提前至 2035 年前。
關(guān)鍵材料研發(fā)進(jìn)展 ，面向聚變堆中子輻照環(huán)境的低活化鋼、功能性陶瓷等材料研發(fā)取得階段性進(jìn)展，部分性能匹配 ITER 等近堆芯環(huán)境，為下一步高參數(shù)實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)和商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
磁體系統(tǒng)革新 ，高溫超導(dǎo)磁體技術(shù)發(fā)展迅速，有望替代傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)磁體，提高磁場(chǎng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時(shí)降低成本，如 BEST 堆 TF 磁體已招標(biāo)，PF 磁體正在做，CS 磁體未招標(biāo)，高溫超導(dǎo)的應(yīng)用將提升聚變裝置性能。
二是商業(yè)化進(jìn)程加快，在實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)與目標(biāo)突破方面，前文已提及，國(guó)內(nèi)的 EAST 裝置 2025 年 1 月創(chuàng)下 1 億攝氏度 1000 秒 " 高質(zhì)量燃燒 " 世界紀(jì)錄；新一代 " 中國(guó)環(huán)流三號(hào) " 實(shí)現(xiàn) " 雙億度 " 等離子體運(yùn)行 。國(guó)際上，美國(guó) DIII-D 國(guó)家核聚變?cè)O(shè)施實(shí)現(xiàn)超過理論上限 20% 的等離子體密度，法國(guó) WEST 裝置在 5000 萬(wàn)攝氏度下維持等離子體穩(wěn)定 1337 秒。
商業(yè)化時(shí)間表提前 ，據(jù) FIA《2024 全球聚變行業(yè)報(bào)告》，54.2% 的受訪企業(yè)認(rèn)為核聚變發(fā)電廠將在 2035 年前具備商業(yè)可行性，這一比例同比提升 8.13 個(gè)百分點(diǎn)。隨著技術(shù)進(jìn)步，核聚變有望在 2040 年前后實(shí)現(xiàn)成本接近風(fēng)電平價(jià)。
企業(yè)參與度提高 ，全球私營(yíng)聚變商業(yè)公司數(shù)量快速增加，截至 2024 年，全球可控核聚變行業(yè)的總投資額已超過 70 億美元，至少 45 家企業(yè)參與。微軟、谷歌等大型科技企業(yè)紛紛加入賽道。超 70% 核聚變公司預(yù)期 2035 年前實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。
圖表 3：國(guó)外核聚變企業(yè)進(jìn)展情況
三是政策支持力度增強(qiáng)，全球主要國(guó)家已將核聚變視為未來能源戰(zhàn)略的核心，政策支持力度不斷加大，如 2024 年以來，中國(guó)明確提出要超前布局核聚變產(chǎn)業(yè)；美國(guó)通過《ADVANCE 法案》鞏固其核能全球領(lǐng)導(dǎo)地位；德國(guó)宣布五年內(nèi)追加 3.7 億歐元用于核聚變建設(shè)；韓國(guó)政府則投入 1.2 萬(wàn)億美元開發(fā)核聚變反應(yīng)堆。
圖表 4：全球主要國(guó)家核聚變政策與投資情況
四是資本市場(chǎng)活躍度提升，隨著核聚變技術(shù)的不斷突破和商業(yè)化前景的顯現(xiàn)，資本市場(chǎng)對(duì)核聚變領(lǐng)域的投資熱情高漲，為核聚變研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供了充足的資金支持。來覓數(shù)據(jù)顯示，2024 年至今，國(guó)內(nèi)核電賽道已發(fā)生投融事件近 20 起，其中可控核聚變領(lǐng)域投融事件 9 起，融資金額合計(jì)超 27 億人民幣。
圖表 5：2024 年以來國(guó)內(nèi)可控核聚變賽道投融事件
圖表 6：2024 年以來核能賽道投資事件統(tǒng)計(jì)
近期熱文推薦
本文內(nèi)容基于來覓數(shù)據(jù)認(rèn)為可信的公開資料或?qū)嵉卣{(diào)研資料，我們力求本文內(nèi)容的客觀、公正，但對(duì)本文中所載的信息、觀點(diǎn)及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、時(shí)效性及完整性不作任何明確或隱含的保證，亦不負(fù)相關(guān)法律責(zé)任。受研究方法和數(shù)據(jù)獲取資源的限制，本報(bào)告全部?jī)?nèi)容僅供參考之用，對(duì)任何人的投資、商業(yè)決策、法律等操作均不構(gòu)成任何建議。在任何情況下，對(duì)因參考本報(bào)告造成的任何影響和后果，來覓數(shù)據(jù)均不承擔(dān)任何責(zé)任。
