可控核聚变全球竞赛加速人类未来能源的终极答案

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导读：2025 年 4 月 30 当天，国际热核聚变实验堆（ITER）组织网站宣布，经过几十年的努力， 30 许多国家参与建设的“人造太阳”已经完成了其“电磁心脏”——世界上脉冲超导电磁系统最大、最强的所有部件的建设。这个结果 ITER 被称为“里程碑式成就”，意味着人类迈出了实现可控核聚变能源的关键一步。

01 最新进展的全球核聚变技术

中国：2025 年 1 月份，中国科学院合肥物质科学研究所全超导托卡马克核聚变试验装置 EAST 首次实现在 1 亿℃下 1066 秒稳态长脉冲高约束模等离子体运转，创造新的世界纪录。3 1月，中国环流三号核工业西南物理研究院新一代人造太阳实现“双亿度”等离子体运行(等离子体离子体温度 1 亿度，电子温度 1 1亿度)，标志着我国聚变设备具有聚变燃烧相关高参数运行能力。

美国：美国国家点火装置（NIF）在 2025 每年都在不断推进核聚变打火试验，完成 Q = 4 聚变增益(输出能量是输入能量的四倍)。1 全球首台负三视角托卡马克设备由美国普林斯顿等离子体物理实验室和西班牙塞维利亚大学合作开发。 SMART 产生第一束等离子体，标志新构形验证取得进展。

法国：2025 年 2 月，法国 WEST 装置在 5000 在万摄氏度的高温条件下，等离子体得以成功维持 1337 秒，刷新稳定的时间记录。

各国在核聚变领域的积极投入和快速发展，意味着全球聚变能竞赛全面加快。

02 核聚变的不同之处

核能是新能源的典型代表，也是包括核聚变能和核裂变能在内的理想能源之一。核聚变是指在一定条件下(如超高温、高压等)产生原子核相互聚合作用的一种核反应方式。)由质量较小的原子，主要是指在一定条件下(如超高温、高压等)产生新的质量较重的原子核，并伴有巨大的能量释放。例如，在太阳内部，氢原子核(主要是在超高温高压环境下)聚成氦原子核，同时释放出大量的光和热。而且核裂变可以通过重原子核(例如铀 -235、钚 -239 在分裂成两个或两个以上轻原子核的过程中释放的能量，目前核电厂主要利用核裂变能发电。

实现核聚变可控性需要满足以下条件:一是极高的温度。例如，钒反应要求燃料温度超过1亿℃，使燃料处于等离子体状态，克服库仑的排斥，实现核聚变反应；二是保证燃料的超高密度，增加颗粒碰撞频率，增加聚变反应的概率；第三，等离子体必须在有限的空间内受到限制，并保持足够长的时间。当温度、密度、约束时间相乘(聚变三重积)大于一定阈值时，聚变反应只能自持。以下是实现核聚变可控的三种主要技术途径：

图表 1：实现核聚变的技术路径

资料来源：聚变汇、公开资料整理

03 核聚变的优点

与核裂变相比，核聚变具有原材料资源丰富、能量输出大、放射性污染低、安全系数好等优点。具体来说：

就原料资源而言，首先，它来源广泛，是核聚变的重要燃料之一，它主要存在于海水中，据估计，每升海水都含有。 0.03 全球海水中所蕴含的克邈总量很大，可以达到 45 万亿吨左右。如此丰富的镁资源，使得核聚变燃料的供应几乎没有限制，能够满足人类长期的能源供应。

第二，钒可增殖：虽然在自然界中不存在，但是可以通过中子和锂。 6 反应产生。而且锂在地壳和海水中储存丰富，这就保证了不断的供给。

在能量输出方面，第一，在能量密度高、核聚变反应中，单位质量的聚变燃料释放的能量远远超过传统的化学能源和核裂变。例如，1 在燃料聚变中获得的能量相当于燃烧。 8 吨石油，产生的能量密度为核裂变。 4 倍数，可以为人类提供巨大的能源需求。

二是长期稳定供电:核聚变发电不受天气条件的影响，如风能、太阳能等可再生能源，也不会因资源枯竭而面临供应中断的风险。只要反应条件保持良好，就可以实现持续稳定的能量输出，为电网提供可靠的基础电力。

在安全性方面，首先，核聚变反应需要持续的外部能量输入(如加热和磁场约束)才能维持。一旦输入停止，反应将立即停止，不会像核裂变那样产生失控的链式反应，从而避免了核裂变反应堆可能发生的堆芯熔毁等严重事故风险。

第二，没有长期核废料，核聚变的主要生成物是氦气，是一种无害无污染的气体，不会像核裂变那样造成长期放射性核废料，对环境和人类健康的潜在危害极小。

在环境保护方面，核聚变反应过程中不会产生二氧化碳等温室气体，有助于缓解全球气候变化，实现碳达峰碳中和目标，对环境保护具有重要意义。核聚变除了不排放温室气体外，不会产生氮氧化物、硫氧化物等污染环境的有害物质，对空气、水、土壤等环境因素的污染几乎为零。它是一种理想的清洁低碳能源，具有很大的经济潜力。

在成本潜力方面，虽然可控核聚变技术仍处于R&D阶段，但随着技术的不断成熟和工业化进程的推进，其发电成本有望显著降低。核聚变发电能量输出巨大，燃料成本相对较低，有望成为未来经济高效的能源需求模式。

此外，可控核聚变的研发和应用涉及超导材料、高温等离子体物理、精密制造等多个领域，将促进相关产业的协同发展，创造大量的就业机会和经济增长点，对促进科技创新和经济发展具有重要意义。

04 可控核聚变产业链

可控核聚变产业链主要包括上游原材料供应、中游技术研发与设备制造、下游应用与运营等。上游原材料包括稀有金属、特种气体等。超导磁材料、特种钢材、金属钨、钒等。，为核聚变装置提供了基本的物质保证。其质量和性能对于中游设备制造和核聚变技术的发展尤为重要，成本占比较高。

中游是核聚变产业链的核心，包括核聚变技术的研发和各种设备的制造，需要极高的精度和可靠性，其技术发展和设备性能直接关系到核聚变设备的运行效果和安全性。

目前，核聚变技术主要应用于科研领域，尚未实现商业化发电。未来，随着技术的突破和设备的建成，有望为世界提供清洁可持续的能源。

图表 2：可控核聚变产业链

资料来源：公开资料整理

根据国际原子能机构的预测，2030 年度全球可控核聚变市场规模有望实现 4965 亿美金，2050 或者超过10亿美元。核聚变发电技术一旦商业化，将为人类提供几乎无限的绿色能源，有效改善能源问题，减少对传统化石能源的依赖，减少温室气体的排放，对全球能源结构和经济发展产生深远影响。

05 可控核聚变的发展方向

第一，加快技术突破。等离子体控制精度提高 ，AI 核聚变研究与技术紧密结合，在等离子体控制、试验模拟、数据分析等方面发挥着关键作用。如 2024 每年普林斯顿团队提前训练神经网络 300 在核聚变中，ms预测等离子不稳定；DeepMind 与瑞士洛桑联邦理工学院合作展示 AI 精确等离子体控制的潜力在所有放电试验阶段都得到了估计。 2030 预计年度控制稳定性验证将提前到达。 2025 - 2026 年，商业能量导出系统的建成时间可能从 2045 年提前至 2035 年前。

重点材料研发进展 ，聚变堆中子辐照环境低活化钢、功能陶瓷等材料的研发取得了阶段性进展，部分性能匹配 ITER 等待近堆芯环境，为下一步高参数试验堆的建设和商业应用奠定基础。

创新磁体系统 ，高温超导磁技术发展迅速，有望取代传统的低温超导磁体，提高磁场强度和稳定性，同时降低成本，例如 BEST 堆 TF 磁体已经进行了招标，PF 磁体正在进行，CS 未招标磁体，高温超导的应用将提高聚变设备的性能。

第二，加快商业化进程，在实验堆建设和目标突破方面，上面已经提到，国内 EAST 设备 2025 年 1 月创出 1 亿℃ 1000 秒“高质量燃烧”世界纪录；新一代“中国环流三号”实现“双亿度”等离子体运行 。美国是国际上的 DIII-D 实现我国核聚变设施超过理论上限 20% 法国等离子体密度， WEST 装置在 5000 等离子体在万摄氏度下保持稳定。 1337 秒。

提前商业化时间表 ，据 FIA《2024 54.2%的全球聚变行业报告 受访者认为核聚变发电厂将在 2035 多年前有商业可行性，这一比例同比增长 8.13 ％。随著技术的进步，核聚变有望在 2040 几年前后实现了接近风电平价的成本。

企业参与度提高 ，截至目前，全球私人聚变商业公司数量迅速增加， 2024 2008年，全球可控核聚变行业投资总额已超过 70 十亿美元，至少 45 企业参与。微软、谷歌等各大科技企业纷纷加入跑道。超级 70% 核聚变企业的期望 2035 几年前实现并网发电。

图表 3：海外核聚变公司的进展情况

资料来源：聚变汇

第三，政策支持力度加大，全球主要国家已将核聚变视为未来能源战略的核心，政策支持力度不断加大，例如 2024 2008年至今，中国明确提出要提前布局核聚变产业；美国通过《ADVANCE 该法案巩固了其核能的全球领导地位；德国宣布在五年内增加 3.7 1亿欧元用于核聚变建设；韩国政府投资 1.2 核聚变反应堆开发亿美元。

图表 4：核聚变政策和投资是世界主要国家

资料来源：华金证券

第四，随着资本市场活跃度的提高，随着核聚变技术的不断突破和商业化前景的出现，资本市场对核聚变领域的投资情绪高涨，为核聚变研发和产业化提供了充足的资金支持。根据数据，2024年 到目前为止，国内核电跑道已经发生了投融事件。 20 首先，核聚变领域的可控投融事件 9 首先，融资总额超过 27 亿人民币。

图表 5：2024 今年以来，国内可控核聚变跑道投融事件

资料来源：寻找资料

图表 6：2024 到目前为止，核能跑道投资事件的统计

资料来源：来寻找 PEVC

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