环保及公用事业行业可控核聚变系列报告：未来能源聚变已至

内容目录可控核聚变由实验室迈向工程化，多种技术路线并行 5可控核聚变被视为人类能源终极解决方案之一 5聚变点火需满足劳森判据，能量平衡是核聚变能否商用的重要指标 5磁约束和惯性约束是主流聚变技术路径 7磁约束聚变：托卡马克是主流路径，ITER完成多项工程化攻关 7托卡马克磁约束是最有希望实现可控核聚变的途径 7从ITER看托卡马克装置核心构成 10超导磁体系统：价值量最高的环节 10真空室：对工程化要求极高 12包层系统：第一壁材料对服役要求高 12偏滤器：钨基材料是最有希望的PFMs 14低温恒温（Cryostat：托卡马克装置“安全屏” 14中国在ITER中参与的情况 15惯性约束：激光约束进展迅速，Z箍缩优势亮眼 16激光惯性约束 16Z箍缩聚变裂变混合堆或是距离商业化最近的技术路线 17全球核聚变商业化进程加速，有望2040年之前实现并网 19国际：产业融资活跃，各技术路线并行推进 19国内：“国家队+民企”双轮驱动，中国聚变商业化加速布局 21国家队推动聚变装置演进升，“三步走”战略逐步落地 21民营企业加速商业化，聚变能源产业链深度布局 22中国聚变能源有限公司成，可控核聚变纳入“未来能源” 23投资建议 23风险提示 24图表目录图1.核聚变示意图 5图2.核聚变反应三要素 53.(D-D，D3He，D-D，p-11B)以及最大反应截面所对应的温度(keV) 6图4.几种主要的聚变反应以及实现聚变的劳逊条件 6图5.聚变反应堆技术路线分类 7图6.磁场约束带电粒子运动示意图 7图7.托卡马克约束磁场示意图 8图8.托卡马克基本结构 8图9.带线圈的大型ITER托卡马克的截面和真空室内部示意 8图10.ITER成本拆分 10图11.核聚变发电厂DEMO成本拆分 10图12.ITER装置环形截面图 12图13.ITER包层结构图 13图14.CFETR主要包层概念 13图15.ITER全钨偏滤器示意图 14图16.ITERCryostat 15图17.惯性约束核聚变原理示意图 16图18.NIF结构图 16图19.中心点火技术的靶丸结构图 17图20.Z箍缩聚变基本过程示意图 18图21.Z箍缩负载和靶示意图 18图22.50MA装置概念设计示意图 19图23.2021-2025年聚变产业累计融资额（十亿美元） 20图24.2024-2025年重大融资公司 20表1：聚变能源开发的重要节点 6表2：ITER系统主要构成 9表3：高温&低温超导材料性能比较 10表4：已实现商业化的超导材料基本情况 11表5：主要包层材料特性 13表6：ITER中国采购包情况 15表7：国际核聚变商业化项目与区域化产业集群 21表8：国家队核聚变装置 22表9：民企核聚变装置最新进展 23表10：可控核聚变主要公司情况 24可控核聚变被视为人类能源终极解决方案之一核聚变是两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。合并时，部分质量丧失转换为能量（质能方程E=mc²），从而释放巨大能量。可控核聚变是可控的并且能够持续进行的核聚变反应，在地球上建造的像太阳那样进行可控核反应的装置，被称为人造太阳。40（）1g8g2351.8（3）等离子体约束破裂时反应自动终（4图1.核聚变示意图建刚《可控核聚变研究现状及未来展望》，国投证券证券研究所聚变点火需满足劳森判据，能量平衡是核聚变能否商用的重要指标（粒子数每立方米（以开尔文计（以秒计）的乘积。根据劳逊判据：当产生速率高于损失速率时，系统将产生净能量。如果足够Q。图2.核聚变反应三要素腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》，国投证券证券研究所在评估核聚变反应堆时，能量平衡、氚自持、可利用率、耐辐照能力4个指标最为关键，可用于各种聚变堆的技术性能差异比较。QSci=1代表着聚变放能和输入能量相等是能量得失相当条件，即聚变存在科学可行性；QEng=1代表着出入电能和输出电能一致，即聚变工程存412ITER3评价指标节点1评价指标节点1节点2节点3节点4能量平衡QSci=1QEng=1QEng=5QEng=10氚自持数值模拟实验模块扇形切片或全堆全堆可利用率＜1255070耐辐照能力/dpa-3-550100先觉等《聚变能源研究态势及展望》，国投证券证券研究所；注：聚变放能和输入能量相等是能量得失相当条件（QSci=1），视为聚变科学可行性的门槛；输出电能与输入电能相等是工程意义上的能量得失相当条件（QEng=1），视为聚变工程可行性的门槛；dpa表示平均每个原子离开平衡位置的次数。（1）高温：为了克服原子核间的库仑斥力，实现核聚（2）（3）常见的聚变反应有：D-T(氘-氚聚变)：是当前可控核聚变研究中最有希望实现的反应，反应温度相对较低，但释放的能量相对于其他反应来说非常高，且能够产生高能量中子；D-D(氘-氘聚变)：氘-氘反应是最基本的聚变反应之一，产生氦-3和一个中子，或者产生一个氚原子和质子，且同位素氘的获取相对简单;p-11B(质子-硼11聚变)：反应过程不直接释放中子，因此相比其他聚变反应更为清洁。但p-11B聚变反应对温度和压力的要求极高；D3He3D-T-33He-3He3-33-33He在当前主要聚变反应中，D-T10-50keV1520keV1021keVs/m3，是目前地球上最易实现聚变条件D-T图3.几种主要的聚变反应截面(D-D，D-3He，D-D，p-11B)以及最大反应截面所对应的温度(keV)

图4.几种主要的聚变反应以及实现聚变的劳逊条件券研究所

建刚等《可控核聚变研究现状及未来展望》，国投证券证所

建刚等《可控核聚变研究现状及未来展望》，国投证券证券研究磁约束和惯性约束是主流聚变技术路径从约束方式看，目前实现核聚变的技术路径主要分为以下几类：（1）磁约束聚变，即利用强大的超导磁场将高温等离子体约束在环形装置中，包括中国的东方超环EAST装置、BEST装置、中国环流三号(HL-3)、新奥玄龙-50U等，美国的SPARC项目，欧洲的ITER（国际热核聚变实验堆）等；（2）惯性约束聚变，通过高能激光瞬间轰击燃料靶丸引发聚变，美国国家点火装置（NIF）是典型代表；（3）磁-惯性约束聚变，结合磁场和惯性双重约束机制，典型如磁化靶聚变和脉冲磁约束等。这类方案在燃料被快速压缩前先施加磁场预先约束或加热，以降低能量损失、提高效率。（4）箍缩聚变，通过强电流在等离子体内自生磁场实现瞬时压缩，如Z箍缩（Z-pinch）方式。此外还有一些较前沿或特殊的聚变机制，如μ子催化聚变、致密等离子体聚焦、静电惯性约束等。图5.聚变反应堆技术路线分类变汇，国投证券证券研究所TR磁约束路线通过加热聚变燃料至极高的温度，使燃料完全电离形成等离子体，采用特殊结构的磁场形式把燃料离子和大量自由电子组成的处于热核反应状态的高温等离子体约束在有限的体积内，使之受到控制地发生核聚变反应，并在此过程中释放出能量。增强磁场可磁场约束带电粒子运动示意图志斌等《我国磁约束核聚变能源的发展路径、国际合作与未来展望》，国投证券证券研究所托卡马克磁约束是最有希望实现可控核聚变的途径根据磁场位形的不同，磁约束聚变装置有托卡马克、仿星器、磁镜、球形环、紧凑环等多种类型，磁约束核聚变研究70年的历史表明，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。2050图7.托卡马克约束磁场示意图 图8.托卡马克基本结构腾超导体技与磁束核变，国证券券研所 腾超导体技与磁束核变，国证券券研所国际热核聚变实验堆（InternationalThermonuclearExperimentalReactor，ITER）是目前世界上规模仅次于国际空间站的科学工程，也是目前在建的世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆。ITER的计划分为三阶段：50Q=10第二阶段:探索实现具有持续(3000Q=3-5ITER2034运行，2039（4。图9.带线圈的大型ITER托卡马克的截面和真空室内部示意聚变商业化，国投证券证券研究所表2：ITER系统主要构成装置功能介绍指标参数储存磁能:51吉焦超导磁铁温度(-269°C):4KNB3SN超导股线:10万公里图示超导磁体系统限制、塑造和控制体。真空室不锈钢真空容器容纳聚变反应并充当第一道安全屏障。钢制等离子室:8,000等离子体主半径包层系统包层保护钢真空容器和外部机器部件免受聚变反应中产生的高能中子的侵害。包层模块最大热负荷:设计变体:占地600平方米偏滤器位于真空容器底部的杂散器控制着来自反应堆的废气和杂质的排出，并承受着ITER装置表面最高的热负荷。:54;时):20低温恒温器不锈钢低温恒温器(2929米)环绕真空容器和超导磁体，确保超冷真空环境。低温恒温器真空密度比空气小:100万倍;钢铁:3,800吨;总体积:16,000立方米(全球最大的不锈钢真空室)TER官网，国投证券证券研究所磁体系统和容器内部件占ITER40。ITER2817148，8，7，7DEMO161512。8281456178图10.ITER成本拆分 图11.核聚变发电厂8281456178磁体系统供电系统制冷系统建造加热及电流驱动真空室

真空室内部容器件供电系统其他辅助系统仪器及控制系统电厂配套辅助设施制冷系统建造加热及电流驱动磁体系统《forfusionaroadmap投证券证券研究所

《forfusionaroadmapITER看托卡马克装置核心构成超导磁体系统：价值量最高的环节托卡马克磁体系统是其实现等离子体磁约束的核心部件，磁体系统的线圈类型主要有环向磁场线圈(toroidalfieldcoil，TF(poloidalfieldcoil，PFsolenoidcoil,CSITER4818(TF)、66(CS)18(CC)TFPFNb3nCSCCNbTi69NbTi7Nb3Sn的关键技术路径。ITER要把由氘、氚组成的上亿度高温等离子体约束在一个有限的空间里，产生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒，需要采用超导材料产生的强磁场对高温等离子体进行约束以使其避免与容器壁接触，从而实现聚变反应。与常规导体的线圈相比，超导线圈在超导态下直流电阻为零，可承载极高的电流密度而几乎不产生焦耳热，可以解决为维持强磁场而持续增大电流产生的焦耳热损耗问题。（NbTi和为代表的材料体系（以REBCO(稀土钡铜氧)和BSCCO(铋锶钙铜氧)为代表的材料（镁矿等（约78（制冷成本低表3：高温&低温超导材料性能比较比较维度低温超导材料高温超导材料材料类别NbTi/Nb3Sn等BSCC0/REBCO等工作温区 液氦(4.2K，-269°C) 液氦(4.2K，约-269°C)至液氮(77K，-196°C)磁场强度 0-15T 0-30T以上磁体体积及重量 制冷能耗较高磁体体积及重量较磁共振成像、核磁共振波谱分

制冷能耗较低可控核聚变、超导电力、超导磁控主要应用领域

析、可控核聚变、超导磁控单晶炉等

单晶炉、超导感应加热装置等海超导招股说明书申报稿，国投证券证券研究所类别功能性能类别功能性能原材料制备难度下游应用领域使用寿命全球市场规模（2024年）使用效果使用成本商业化情况NbTi临界温度9K，适用<10T优良机械加工性能，稳定超导电性钽、铌、钛、锆、铜等金属复合材料集束拉拔法，工艺成熟，实现大规模生产医用MRI、加速器>30年6亿美元液氦环境，高电流，适合低磁场高精度设备材料较便宜，6-15/米，制冷成本较高，液氦价格150-300升非常成熟，全球产能万吨级Nb3Sn临界温度<15T性能优于NbTi铌、锡、铜等青铜法/内锡法，涉及复杂热处理工艺，脆性较高，成型工艺困难核聚变、NMR>30年4.5亿美元液氦环境，高电流，适合中磁场高精度设备材料较便宜元/米;制冷成本较高，液氮价格150-300升相对成熟Bi-2223临界温度110K，电流密度高，热/电稳定性好，但临界磁场低银、氧化铋、碳酸锶、碳酸钙、氧化铜等氧化物粉末套管成熟超导电力>30年不足亿元液氦/境，高电流，适合电力应用材料较昂贵，100-130/米;1-3/升REBCO代Bi-2212临界温度85K，向同性圆粉末套管Bi-2223低温高场内插磁体>30年不足亿元液氦/境，高电流，国外用作低温高场内插磁体贵200元/1-3/升有限商业化REBCO临界温度93K，强磁场载流能力优异哈氏合金基带、氧化钇、氧化铝、氧化镁等薄膜沉积采用PLD/MOCVD/RCE/MOD工艺，制备难度较高超导电力、MCZ、加>30年7.9亿元液氦/液氮环境，强电和高场应用均合适材料较昂贵，70-150元/米(4mm);制冷成本较低，3元/升受多应用领域牵引，加速发展中MgB2临界温度39K，可制各向同性圆线镁粉末、硼粉末多种工艺路线的拉拔料成本低医用MRI、超导电力>30年不足亿元液氦/液氮环境，低场性能稳定材料较便宜，25-30万元/吨，制冷成本中等有限商业化（低温超导市场集中度高，头部企业已建立较高壁垒，高温超导三足鼎立。低温超导由于技术成熟，应用广泛，国内市场格局较为清晰，在可控核聚变领域，西部超导是唯一国家队企业，ITER项目中NbTi超导线和Nb3Sn超导线全部由西部超导提供，国内CRAFT、EAST、BEST等装置磁体材料也几乎由西部超导提供。高温超导国内主要参与者有上海超导、联创超导（联创光电子公司）和东部超导（永鼎股份子公司），其中上海超导产品已进入到全球可控核聚变龙头企业供应链，也是国内多个核聚变项目的核心供应商，是少数具备年产千公里级以上第二代高温超导带材能力的企业。真空室：对工程化要求极高真空室作为托卡马克装置的核心部件之一，是一个密封的双层钢制容器，是聚变堆的第一安全防护屏障，确保等离子体在腔室中实现连续旋转并不接触侧壁，为等离子体提供稳态运行环境，免受大气组分干扰。托卡马克装置中，真空室体积越大，就越容易约束等离子体并实现产生显著聚变功率所需的高能状态。ITER1400）ITER19.411.45200（8500图12.ITER装置环形截面图.Ioki《DesignoftheITERvacuumvessel》，国投证券证券研究所高密度焊缝与紧凑结构并存的特点，真空室的设计制造面临着设计风险系数高、成型精度低、磁导率难控制等难题。在聚变时，燃烧的等离子体要被约束在真空室内，真空室是等离子体直接运行的场所，因此真空室不仅要为真空室内部构件提供必要的支撑，在正常运行940°的扇区ITER360Sector±20mm1/9184Housing6010m/m2100°C)、193°C)269°C50mm包层系统：第一壁材料对服役要求高包层是聚变堆中最重要的部件之一，其主要作用包括:(1)能量转换，将高能中子携带的ITERITERITER620m²40m²4401500图13.ITER包层结构图 图14.CFETR主要包层概念控聚变国投券证研究所 控聚变国投券证研究；注左为冷固包层右为水冷态包层(RAFM表5：主要包层材料特性名名称 优点 挑战低活化铁素体马氏体钢(RAFM钢)

更低的辐照活性、更高的热导率、更低的热膨胀系数、更优越的抗肿胀性能

550氧化物弥散强化钢(ODS钢)

良好的韧性和延展性，较低的韧脆转变温度、优异的抗中子辐照肿胀性能、对氢脆和氦脆具有抗性

认(CNA

在多个性能方面相比传统著提升，成本却与ODSODS

工业化生产技术缺乏、焊接性能信息不足非机械合金化制备的ODS钢钒合金

效率问题低活性、良好的中子辐照耐受性、高熔点强度、与液态锂的高兼容性、优异的延展性和非铁磁性

已在铜、镍合金中成功应用，但针对ODS钢，特别是氧含量的精确控制，仍是研究的难点和热点碳化硅复材料 高温性能异、照稳性优异 焊接难度、制成本、结设计准不足控核聚变，国投证券证券研究所ITER每个模块由第一壁(FirstWall)(ShieldModule)此前所选材料是铍，2023ITER、中间热沉材料以及后面支撑背板材料三部分组成，主要连接工艺为热等静压HIP。根据不同模块所承受热载荷的不同，第一壁分为承担高热载荷和低热载荷两种类型，即普通热负荷型NHF）和增强热负荷型EHF（1）杂质的产生，避免冷却及稀释等离子体，需要优先考虑低物理或化学溅射及Z（2）（3）氚滞留及再循环，关系到等离子体密度控制、（4）D-T金属钨(W)(PFM)，ITEREASTITER-likeITERPFMs现代先进托卡马克通常采用极向偏滤器结构，位于真空室的上下方。偏滤器的作用是：(1)排出来自聚变等离子体的能流和粒子流；(2)有效地屏蔽来自器壁的杂质，减少对芯部等离子体的污染；(3)排出核聚变反应过程中所产生的氦灰等产物，并提取有用的热量用于发电。等离子体损耗功率热量的迅速排出是聚变反应堆成功运行的关键(plasmafacingcomponentsPFCs)是偏滤器区域中直接与等离子体相互作用的部件，承受来自等离子体的强粒子流和高热流的冲击，服役环境十分苛刻。为维持PFCs在如此严苛的工况下正常运行，目前的解决方案是在PFCs热沉材料中开流道通冷却剂，带走等离子体与PFCs相互作用产生的大量热量，从而确保热沉材料和面向等离子材料处于其许用温度PFCs因此，偏滤器热沉材料的性能对聚变堆能否成运行起着关键作用。图15.ITER全钨偏滤器示意图吴擎亮等《核聚变堆偏滤器热沉材料研究现状及展望》，国投证券证券研究所钨基材料被认为是未来托卡马克最有希望的面向等离子体材料EAST最初采用石墨或钨单体材料，只能在低功率试验条件下维持数秒，无法满足高功率长脉冲的工程使用（安泰科技全资子公司）是全球首家量ITERWESTITERITEREAST低温恒温器（Cryostat）：托卡马克装置的安全屏障（真空杜瓦）一般为不锈钢高真空容器，处于整个托卡马克装置外围，为真ITER的最大不锈钢高真空压力容器（16,000Pa）与极低温（4K）环境。(1)（TF/PF（≤10⁻⁴Pa(2)80K4.5K(3)(4)安全屏障。作为放射性物质（如氚、活化粉尘）的第二层包容屏障（第一层为真空容器。图16.ITERCryostat TER官网，国投证券证券研究所中国在ITER中参与的情况ITER总投资约280亿欧元其中中国承担了约9的采购包研制任务较正场线圈制造、托卡马克核心安装、磁体变流器电源系统等关键系统研制等多方面。采购包项目作用采购包项目作用进展参与方磁体支撑负责支撑整个热核聚变实验堆的核心装置，是ITER重要结构安全部件之一618套PFCS5以及首套GS、PFCS3、PFCS4产品；202311中国国际核聚变能源计划执行中心贵州航天新力铸锻有限责任公司中核集团核工业西南物理研究院东方电气（广州）重型机器有限公司校正场超导磁体系统补偿纵场和极向场线圈的制造误差20254中国科学院等离子体物理研究所协同国内企业（未具体披露）环向场线圈导体超导磁体系统的重要子系统之一20247我国承担制造其中的11根导体。中科院等离子体物理研究所极向场线圈导体在等离子体的产生、上升、成形和平顶各个阶段提供欧姆加热和控制等离子体位形201996号线圈（PF6线圈）竣工交付。20231中国国际核聚变能源计划执行中心中科院等离子体物理研究所西部超导材料有限公司西安西电变压器有限责任公司校正场线圈导体磁体馈线导体校正场超导磁体系统、磁体馈线系统重要组成部分导体制造合同；20165校正场付。中科院等离子体物理研究所磁体馈线系统ITER供应及信号测量20177期竣工；20254安徽合肥科烨公司有超大部件的研制任务顺利完成包层第一壁提供了包层系统与等离子体的界面并屏蔽等离子体运行时产生的高热负荷2016负荷测试；20257中国国际核聚变能源计划执行中心包层屏蔽模块包层系统为整个ITER装置提供中子和高热负荷的屏蔽2024中国国际核聚变能源计划执行中心东方电气（广州）重型机器有限公司中核集团核工业西南物理研究院气体注入系统为ITER装置提供等离子体运行、维护、控制和壁处理所需气体；同时，为加热和诊断中性束提供氢气和氘气，为弹丸注入系统（PIS）急关闭功能202147中国国际核聚变能源计划执行中心中核集团核工业西南物理研究院中科院等离子体物理研究所中核二三承担制造国国际核聚变能源计划执行中心，国投证券证券研究所激光惯性约束惯性约束采用高能量的激光或粒子束将燃料加热和压缩为等离子体，在自身惯性作用下，等离子体在极短的时间内来不及向四周飞散，在此过程中被压缩至高温、高密度的物理状态，10ns10MJGJZ(NationalIgnitionFacilityNIF)，1997200822.520221252.05MJ3.15MJ图17.惯性约束核聚变原理示意图 图18.NIF结构图

控核聚变官网，国投证券证券研究所（1）（2）快点火是将燃料压缩与点火热斑形成分开的点火方式，核心是追求高密度；（3）体点火是把氘氚燃料整体压缩到点火条件，一般利用重金属材料来降低压缩过程中轫致辐射带来的能量损耗。与中心点火技术途径相比，体点火在点火能量要求和能量增益方面并没有优势。但如果有比较充足的驱动能量，体点火靶的皮实性高。在有限的激光能量条件下，难以将聚变燃料整体加热到发生聚变反应需要的温度，只能将中心小部分氘氚加热到高温度，引发聚变反应，因此中心点火是当前惯性约束聚变的主流点火途径。图19.中心点火技术的靶丸结构图激光玻璃是激光驱动器的核心装置。钕玻璃作为介质能够将10-9焦耳能量的微弱激光扩大百万亿倍至106焦耳，是目前人类所知地球上能够输出最大能量的激光工作介质，因此，钕玻璃直接决定了激光装置输出能量的大小，是激光装置的心脏。NIF的激光驱动器使用了3072片尺寸为810mmX460mmX40mm的激光钕玻璃，具备短脉宽、大能量、高功率的紫外激光输出等优势，但造价高达35亿美元。我国上海光机所根据不同时期大型高功率激光装置和激光技术发展的应用需求，对激光钕玻璃的品种、型号和制备工艺技术进行了持续研发，N31等型号激光钕玻璃元件作为核心增益介质材料，已在神光系列装置中发挥重要作用。点火成功到商用，激光驱动器效率提升&靶丸成本下降任重道远。NIF虽已实现靶丸能量增益(Q>1)，但驱动器效率较低，向靶丸注入约2兆焦耳的激光能量，激光系统需从电网汲取数百兆焦耳的电能，NIF0.5∼0.7，且每次投射激光束之后需要1-2Z箍缩聚变裂变混合堆或是距离商业化最近的技术路线在物理模型中，等离子体被视为一个圆柱体，电流沿着轴向（Z轴）流动，而产生的磁场则沿着角向（方向）环绕。这种特定的轴向电流、环向磁场构型，被定义为Z-pinch（Z箍缩）。Z(100-500nsMA),将电流XZ1）2）辐射压缩阶段；（3）聚变放能阶段。图20.Z箍缩聚变基本过程示意图先觉等《Z箍缩聚变裂变混合堆简介》，国投证券证券研究所Z箍缩聚变裂变混合堆或是距离商业化最近的技术路线。除了直接利用Z箍缩极高的能量密度，直接实现高增益的聚变反应路线之外，中国工程物理研究院研究团队提出了Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆(Z-FFR)概念。采用Z箍缩驱动惯性约束聚变(ICF)途径.利用快Z箍缩技术提供足够的等离子体内爆动能、并与聚变靶丸相互作用，近似球对称地压缩热核燃料(氘氚冰),最终实现大规模热核聚变。该技术路线利用裂变技术克服聚变瓶颈，利用聚变技术破解裂变难题，克服了纯聚变能源技术极难且造价极贵的困境，又为压水堆乏燃料和贫铀的直接利用创造了条件，在工程可行性和商业可行性方面具有显著优势。ZZ2-3GJ10200-300MW1GWZ-FFR成为极具竞争力的聚变能源系统。局部整体点火能够匹配Z箍缩驱动条件。Z箍缩内爆等离子体主要沿径向飞行，方向性很强，利用中心点火模型设计的聚变靶将难以实现高度球对称压缩，也难以控制其能量加载的时间行为。其次，若采用柱对称压缩技术路线，压缩度又成为难题，很难实现既点火、又很好燃烧，也难以达到所希望的燃耗深度，即难以释放出足够的聚变能量。再次，尽管Z箍缩能量充足，但要实现完全的整体点火所需要的能量高，工程代价巨大。因此中物院提出局部整体点火技术路线，与完全体点火相比，它巧妙地解决了点火和大规模聚变放能难题，并大幅降低了对驱动器提供能量的要求。图21.Z箍缩负载和靶示意图先觉等《Z箍缩聚变裂变混合堆简介》，国投证券证券研究所重频驱动器方面，中物院针对快脉冲直线变压驱动器（LinearTransformerDriver，LTD）做了大量研究，于2005年成功研制国内第一个快脉冲LTD原理模块，2021年建成50MA超高功率强留驱动器的LTD单路样机，是目前世界上输出能力最强的LTD驱动器。LTD电路结构的特点是分而治之可以将能量和功率分配到大量的元器件，降低元器件承受的压力，从而具备重频长寿命的潜力。我国正建设50MA电磁驱动大科学装置，目标是实现Z箍缩驱动的聚变点火，并验证LTD装置的工程可行性，项目预计2028年完成建设，50MA装置电储能65MJ，驱动局部体点火靶可以实现200-300MJ聚变放能，有望在全球率先实现QENG>1的历史突破。图22.50MA装置概念设计示意图先觉等《Z箍缩聚变裂变混合堆简介》，国投证券证券研究所国际：产业融资活跃，各技术路线并行推进ITER、NIF美国国家聚变设施（DIII-D）：实现两大关键进展，一是通过临近控制算法大幅提升了等离子体密度，使其超过理论密度20，该进展将显著提升聚变能量增益。二是通过新的磁场配置，DIII-D实现了超级H模式等离子体，提高了等离子体的稳定性和反应效率。Wendelstein7-X仿星器证明长时间等离子体稳43WEST20252125000高温条件下成功将等离子体维持了1337秒，刷新稳定时间纪录。JT-60SA202410160100KSTAR2024的1亿摄氏度等离子体温度，打破了该装置于2021年创造的30秒的纪录。FIA2025202597.66亿美元，其中私人资本投入89.717.952024202526.44PacificFusion、Helion、ProximaFusionTAETechnologies5125（托卡马克和仿星器11782030-20351120302030-2035间实现，2040图23.2021-2025年聚变产业累计融资额（十亿美元） 图24.2024-2025年重大融资公司86420年 年 年 年 年全球变产报告国投券证研究所 全球变产报告国投券证研究所头部企业纷纷启动售电协议与电厂建设。CFSCommonwealthFusionSystems（CFS）202572030ARC20040015CFSSPARC20262027Q>1HelionEnergyHelionEnergy-3脉冲聚变反应转化为电能，绕过了传统涡轮机系统。2023年5月，Helion和微软签署了一项历史性电力购买协议（PPA），计划从2028年开始通过一座50兆瓦的聚变发电厂为微软的数据中心提供电力。2024年5月10日，HelionEnergy宣布与科技巨头微软签署对赌协议，2028年实现为微软供电50兆瓦的目标。2024年9月，HelionEnergy又与北美最大的钢铁生产商和回收商纽柯签署协议，开发一座500兆瓦的聚变发电厂。2025年7月30日，公司宣布已开始在其拟建聚变发电厂猎户座（Orion）的厂址上进行建设，标志着聚变电力并网取得关键进展。20242田纳西河谷管理局合作，计划在退役煤电厂旧址建设聚变设施；同年12月，CFS联合DominionEnergy2030表7：国际核聚变商业化项目与区域化产业集群项目要素CFS项目HeliEry项目产业集群合作方谷歌（200MW）微软（50MW、纽柯（500MW）技术路线磁约束+托卡马克磁惯性约束+场反转配置+氘-氦3燃料核心项目ARC聚变电站猎户座（Orion）电厂商业化里程碑全球最大聚变售电协议（200MW）全球首份聚变订单（微软50MW，2028年发电）SPARC2027Q>1500MW议（2024）ARC电厂2030年代初供电猎户座电厂已开建（20257）碳情报，全球技术地图，新浪新闻网，《2025年全球聚变产业报告》，FIA，国投证券证券研究所国内：国家队+民企双轮驱动，中国聚变商业化加速布局国家队推动聚变装置演进升级，三步走战略逐步落地我国聚变装置的发展经历了从跟跑到并跑、从实验装置到工程验证、从国家主导到多元协同的跨越式演进，技术路径涵盖托卡马克、球形环、FRC等多种方向。在国家核能三步走战略（热堆—快堆—聚变堆）指引下，我国核聚变研究进入快速发展阶段。国家队+民企双轮驱动新格局。目前，中国在核聚变研究上形成了两股主要力量：以中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所和中核集团核工业西南物理研究院为主的国家队；以及迅速崛起的商业化企业。国家队建造的是大型人造太阳，为未来真正点亮人造太阳打基础、做准备。商业化企业则采取小型人造太阳的模式，通过开发小型、模块化的聚变反应堆，提供更低成本、更高效率的清洁能源。两大院所引领创新，聚变研究进展显著。核工业西南物理研究院新一代人造太阳中国环流三号（HL-3）于2025年3月28日实现双亿度，标志着我国聚变装置具备了聚变燃烧202512011066预计20502027Q12035望进一步取得进展。中国在核聚变领域的发展路线规划显示，预计在2050年前后建成聚变商用电站，实现聚变堆商用发电。研究主体 代表研究主体 代表装置 技术路线 核心成就进展EAST（东方超环） 全超导托卡马CRAFT2025年1月20日，实现亿度千秒的高约束模式运行记录，创世界新纪录。20241229个核心指标超预期，确立其为全球最大、最完备的超导磁体动态测试系统中科院合肥等离子体所（聚变新能）

（夸父-聚变堆主机关键系统综合研究设施）BEST（紧凑型聚变能实验装置）

托卡马克托卡马克

2025714，CRAFT顺利通过极端工况下的性能测试，其稳态载100kA，创造世界纪录。计划2027年建成，实现聚变能发电演示核工业西南物理研究院（聚变能源）

CFEDR（中国聚变工程试验堆） 托卡马HL-3 （环流三号

验证氚自持循环（增殖比>1）第一阶段：200MW，第二阶段：1GW聚变功率2025年3月28日实现双亿度，标志着我国聚变装置具备了聚变燃烧相关的高参数运行能力中国科学技术大学(星能玄光)清华大学工程物理系设计

Kmax/Kmax-U 串节磁镜装置 2014年实现首次放电（星环聚能） SUNIST/SUNIST-2 球形托卡马克 2023年建成并首次放电中国科学技术大学物理学院基础等离子体物理重点实验室承担南昌大学江西省聚变能与信

KTX装置科大一环"

反场箍缩装置

2015年6月完成建设息控制重点实验室牵头设计 NCST 球形托卡马克 2021年实现首次放电西南交通大学聚变科学研究所和日本国家核融合科学研究

CFQS

20241114成高精度磁场，标志我国继美国和德国之后掌握了该核心制造工艺民营企业加速商业化，聚变能源产业链深度布局民营企业加速布局，聚焦小型堆。7托卡马克路线：能量奇点、星环聚能、聚变新能能量奇点公司于2024年6月成功点亮全球唯一全高温超导托卡马克装置洪荒70，实现标志性等离子体放电；2025年3月，其自主研发的经天磁体更以21.7特斯拉的强磁场刷新世界纪录，超越美国MIT与CFS公司保持的20.1特斯拉水平，标志着能量奇点在高温超导聚变磁体领域达到国际领先水平。为攻克氘-氚反应的关键瓶颈，公司计划2027年建成下一代装置洪荒170，推动上海未来能源产业向商业化迈出实质性步伐。星环聚能仅用279天建成球形托卡马克装置，11个月内验证原创技术可行性，并实现480kA等离子体电流的重大突破。其独创的高温超导重复重联技术，正加速改写聚变能源商业化进程——其即将建设的NTST装置有望成为全球首个原生负三角球形托卡马克，通过融合AI算法强化等离子体控制能力，计划2030年左右展示一个可输出电能的聚变反应堆。聚变新能提出清晰的"三步走"战略：第一阶段（2022—2030）BEST（20301000Q>30；2040714100kA，创造世界纪录。场反位形FRC20257FRC20252Xeonova-1球形环氢硼聚变技术路线20241414000表9：民企核聚变装置最新进展代表装代表装置 技术路线 运营公司 最新突破

全高温超导托卡 能量奇马克

2025年3月，其自主研发的"经天磁体"更以21.7特斯拉的强磁场刷新世界纪录，标志着能量奇点在高温超导聚变磁体领域达到国际领先水平。计划2027年建成下一代装置洪荒170SUNIST-2 球形托卡马克 星