中金研究
十五五规划将可控核聚变明确纳入国家未来产业体系,标志着其从前沿科学探索正式升级为战略性科技攻关方向。其作为清洁基荷能源,不仅能支撑高耗能产业降碳升级,还可衍生多领域应用,当前产业链上中下游协同突破,核心材料、关键设备与集成设计环节技术成熟度持续提升,为商业化奠定基础。建议重点关注超导线缆、激光器、传感监测与控制系统等上下游产业链投资机会。
Abstract
摘要
多因素推动聚变能源商业化进程。1)对稳定、清洁、高能量密度能源的迫切需求,推动可控核聚变成为能源转型的核心方向。2)关键技术节点的连续突破(NIF装置净能量增益的突破,高温超导磁体的成熟应用等),推动了可控核聚变的工程化验证进展。3)规模化与多元化的资本投入(截至2024年,全球私营聚变企业数量已增至45家)正加速可控核聚变从实验室研究走向商业应用。4)各国政府通过立法保障、资金支持等构建有利的政策环境,为聚变能源发展铺平道路。
产业链协同推进,多技术路径并行。上游超导材料、特殊材料及关键设备降本提效,头部企业技术突破与产业协同,为商业化奠定坚实基础。技术路径来看可控核聚变百花齐放,磁约束为当前主导,其中托卡马克是主流,ITER预计 2030-2035年首供,中国CFETR、BEST装置工程化优势显著;惯性约束以NIF为突破,但效率待提升;Z箍缩、FRC等创新路线亦获进展。过去四年,全球聚变行业的投资规模呈现高速增长的态势,总投资额从2021年的19亿美元攀升至2025年的约97.66亿美元,在四年内增长超过五倍。
建议关注产业链中上游核心环节投资机会。1)惯性约束的点火核心激光器。当前技术发展重心集中于持续提升半导体激光芯片的功率、效率及光束质量以满足聚变装置的极端要求,其脉冲功率与效率决定了靶丸压缩效果与能量增益。2)能量传输动脉超导线缆。在托卡马克装置中,超导磁体系统是产生强大磁场以约束上亿摄氏度高温等离子体的核心,其成本可占装置总投资较大比重。超导线缆作为磁约束可控核聚变装置的能量输送大动脉,其技术性能决定了磁场强度与装置效率,正在推动聚变装置向更紧凑、更经济的方向发展。3)监测与控制系统。作为可控核聚变装置的"神经中枢",其技术水平和可靠性直接决定了等离子体约束精度与装置运行安全,是上游产业链中高技术壁垒的核心环节之一。国内外主要聚变装置不断向更高参数运行迈进,对监测控制系统的实时性、精确性和智能化水平提出了更高的要求。政策上国家发改委和国家能源局于2025年9月联合发布《关于推进"人工智能 "能源高质量发展的实施意见》,明确将基于人工智能技术开展可控核聚变智能控制系统研究列为重点任务,提出到2030年实现能源领域人工智能技术世界领先的目标,为产业链上下游的技术协同创造了有利条件。
风险
工程技术成熟度的风险,商业化进程时间不确定性的风险,监管政策适应性风险,市场竞争格局演变的风险,投资回报周期风险
Text
正文
四轮驱动,聚变能源商业化进程加速
可控核聚变擘画终极能源蓝图
可控核聚变作为人类能源体系的终极解决方案之一[1],其核心是通过模拟太阳内部的物理过程,在受控环境下使轻原子核持续融合并释放巨大能量。这一过程以氘和氚作为主要燃料,每次反应可释放大量的电子伏特的能量,其能量密度达到核裂变反应的数倍。与核裂变技术相比,可控核聚变具有燃料储量较高、放射性废物较少及本质安全等突出优势。当前,中国已将可控核聚变列为未来人类能源的主力,并规划了“热堆-快堆-聚变堆”的三步走路径[2]。
2025年中国在可控核聚变领域实现多维度突破,从稳态运行时间、等离子体参数到工程化部署均取得里程碑式进展。全超导托卡马克装置EAST在1月成功实现了1亿摄氏度高温下高约束模等离子体持续运行1066秒[3],刷新了稳态长脉冲运行的世界纪录,为未来聚变堆的稳态运维提供了关键数据支撑。3月,中核集团新一代托卡马克装置“中国环流三号”实现了原子核温度1.17亿摄氏度与电子温度1.6亿摄氏度的“双亿度”运行状态[4],其等离子体电流达到百万安培量级,标志着中国正式进入聚变燃烧实验阶段,为验证能量自持条件奠定基础。7月,中国聚变能源有限公司在上海正式挂牌成立[5],整合了核电、石油等央企资源,旨在构建聚变工程化与商业化的创新主体;9月,《中华人民共和国原子能法》明确将聚变装置纳入分级分类监管框架[6],从政策层面强化对燃料循环与装置安全管理的支持。10月,合肥科学岛的紧凑型聚变能实验装置BEST完成重达400吨的杜瓦底座精准安装,精度达毫米级[7],为2027年实现全球首例聚变发电演示迈出关键一步。这些进展凸显中国在超导磁体、等离子体控制等核心技术领域的领先优势,为2035年示范堆建设铺平了道路。
十五五规划将可控核聚变明确纳入国家未来产业体系[8],为我国能源结构转型提供了长远支撑。根据《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》,氢能与核聚变能被共同列为需前瞻布局的未来产业,旨在培育成为新的经济增长点。规划强调通过科技创新引领能源革命,明确提出构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系,其中核能技术的创新与发展是重要组成部分。在核能领域,规划不仅继续支持裂变核能的安全高效发展,更将可控核聚变列为“国家重大科技专项”,将其提升到战略高度,旨在推动其从实验室研究向工程验证与产业培育阶段跨越。这一布局旨在通过国家战略科技力量的引领,结合多元技术路线的探索与国际合作的深化,为最终实现聚变能的商业化应用奠定坚实基础,从而为保障国家能源安全和实现“双碳”目标提供终极解决方案。
四重驱动力共振,刺激可控核聚变技术快速发展
全球碳中和共识正激发对稳定、清洁、高能量密度能源的迫切需求,推动可控核聚变成为能源转型的核心方向。核聚变反应的能量释放效率高,1克氘氚燃料聚变释放的能量约相当于燃烧11.2吨标准煤所产出的热量,其能量密度超越现有任何能源形式。环境友好性是其另一关键优势,氘氚聚变的主要产物为惰性气体氦,不产生二氧化碳等温室气体,且反应过程中不生成长寿命高放废物,从源头规避了传统裂变堆的核废料挑战。
图表1:全世界能源资源估计总量

注:仅为示意性估计,具体取决于能源价格,并且由于勘探不彻底而存在不确定性。
资料来源:Wesson, John. (2004). 《Tokamaks》. Clarendon Press.,中金公司研究部
图表2:各主要发电方式温室气体排放量对比

注:单位为(克,等效二氧化碳/千瓦时)
近年来关键技术节点的连续突破,推动了可控核聚变的工程化验证进展。2022年美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的NIF装置首次实现净能量增益[9],标志着输入能量低于聚变输出能量的科学可行性得到验证;磁约束技术路线同样进展显著,中国全超导托卡马克EAST在2025年初实现了1亿摄氏度高温下高约束模等离子体持续运行1066秒[10],创造了稳态长脉冲运行的世界纪录。技术创新有效攻克了长期存在的工程难题,高温超导磁体的成熟应用使得磁场强度得以大幅提升,同时降低了建设和运行成本;人工智能算法则被广泛应用于等离子体控制中,能够预测并抑制不稳定性,将等离子体约束时间从秒级延长至千秒量级。这些突破使表征聚变实现难度的三乘积参数明显提升,为示范堆建设奠定了坚实基础。
资本投入的规模化与多元化正加速可控核聚变从实验室研究走向商业应用。截至2024年,全球私营聚变企业数量已增至45家,累计融资额达到71.2亿美元[11],风险投资成为推动技术迭代的重要力量。美国初创企业表现较为活跃,例如CFS公司自25年八月的B2轮融资后估值已达80亿美元[12],其采用高温超导磁体技术的SPARC装置计划于2026年实现能量净增益。科技巨头也深度参与了可控核聚变技术的投资,谷歌与Helion Energy签署了200兆瓦的聚变电力采购协议,开创了商业购电的先例[13]。中国在这一领域的资本布局正在加速,2025年7月成立的中国聚变能源有限公司整合了多家央企资源[14],旨在通过市场化机制推进聚变工程的商业化进程,其投资方向清晰地聚焦于高温超导磁体、激光驱动器等核心部件的研发,推动装置向小型化、低成本化发展。资本市场的强力介入缩短了技术研发到工程示范的周期。
各国政府通过立法保障、资金支持和国际协作构建有利的政策环境,为聚变能源发展铺平道路。美国在2024年推出《聚变能源战略》[15],通过成本分担模式向私营公司提供赠款,并着手为聚变建立独立于传统核裂变的监管框架;德国则通过“德国迈向核聚变发电站”行动方案投入超过20亿欧元[16],力图在德国建造世界上第一座核聚变发电站;日本在2025年修订了《聚变能源创新战略》[17],将聚变发电的实证目标时间从2050年提前到2030年代。中国在2025年9月出台的首部《原子能法》中,明确鼓励和支持受控热核聚变的研发[18],并对聚变装置和燃料实行分级分类管理,此前已将聚变技术纳入“十四五”规划的前沿技术重点予以支持。国际大科学工程ITER的持续推进,集合了35个国家的力量,中国承担了其中约9%的核心部件研制任务[19],体现了全球协作在攻克聚变这一世界性难题中的关键作用。
路径多元创新,全球竞合格局加速形成
技术路线百花齐放,磁约束与惯性约束路径并行
托卡马克:主流路线迭代,紧凑化与高温超导并进
目前核聚变的研究主要围绕磁约束和惯性约束两条路线展开,其中磁约束技术路线凭借其较高的技术成熟度与工程可行性,已成为当前全球可控核聚变研究的主导路径。磁约束核聚变的基本原理是利用强磁场构建的磁力线网络,将高达上亿摄氏度的等离子体约束在环形真空室内,避免其与容器壁接触,从而实现持续可控的聚变反应。该路线的核心优势在于其等离子体能量约束时间较长,易于实现长脉冲或稳态运行,为未来聚变发电站的连续能量输出奠定了科学基础。然而,磁约束技术仍面临等离子体不稳定性控制、高能中子辐照对第一壁材料的损伤以及氚燃料自持循环等工程技术挑战。
图表3:聚变约束的三种途径

资料来源:南方能源建设,中金公司研究部
图表4:惯性约束核聚变原理示意图

资料来源:南方能源建设,中金公司研究部
托卡马克装置作为磁约束技术路线中最主流的实现方案,其核心结构通过环形磁场位形以实现对高温等离子体的高效约束与稳定控制。托卡马克的基本结构包括环形真空室、磁体系统、包层模块、偏滤器以及真空杜瓦等关键部件。其工作原理在于通过外部线圈系统产生强大的环形磁场和极向磁场,同时利用中心变压器感应产生巨大的环形等离子体电流,此电流自身产生的磁场与外部磁场叠加,最终形成螺旋状的闭合磁力线,将等离子体稳定地约束在环形真空室的中心区域。
仿星器:稳态运行优势凸显,复杂工程挑战待解
仿星器作为磁约束核聚变的一种重要装置类型,其核心原理在于完全通过外部复杂三维线圈系统直接产生能够约束高温等离子体的旋转变换磁场,而无需依赖等离子体内部电流的驱动。与托卡马克装置利用等离子体电流自身产生极向场不同,仿星器通过一系列精密设计的非平面螺旋线圈,在环形真空室内生成特定的螺旋磁场位形。这种由外部线圈固有生成的磁场结构,旨在将上亿摄氏度的等离子体稳定地约束在环形区域中心,其磁面的形状通常呈椭圆或三角形。
惯性约束:NIF点火开启新篇,商业化道路仍需探索
惯性约束聚变技术因其无需长时间维持等离子体稳定,在实现聚变能源商业化方面展现出独特的工程简化潜力,但也同时面临能量效率等诸多挑战。惯性约束技术通过高功率驱动器如激光器或粒子束,在纳秒时间尺度内压缩和加热毫米尺度的氘氚燃料靶丸,利用其自身惯性在飞散前达到聚变条件。其技术路径主要包括直接驱动与间接驱动两种方式。惯性约束路线的核心优势在于其驱动系统与聚变反应堆在物理空间上相互分离,这使得反应堆本体结构得以大幅简化,避免了磁约束装置中复杂且昂贵的磁体系统和等离子体与第一壁材料相互作用的难题。这种模块化设计更便于维护和关键部件的更换,为未来发电厂的设计降低了工程复杂度。然而,惯性约束的能量耦合效率低,当前激光器电能转化为激光能量的效率仅约1%,远低于商用所需的10%-20%。同时,惯性约束每秒需重复点火数次以实现燃料的充分压缩与加热才能连续发电,但目前能量输入系统的重复运行能力尚不成熟。此外,惯性约束堆材料需耐受瞬态高热负荷,而氚燃料增殖技术仍处于实验阶段。
创新路线崛起,Z箍缩、FRC等技术有望加速落地
场反位形凭借其高比压和简易结构在商业化路径上展现出独特优势,但等离子体稳定性控制仍是核心挑战。FRC的原理是通过外部线圈产生极向磁场,使等离子体自组织形成内部磁场方向与外部相反的“场反转”结构,从而在直线型装置中构建闭合磁力线来约束高温等离子体。该技术无需环向磁场线圈和复杂的外部加热系统,装置结构简洁,较好提升了其经济性。近期FRC的技术突破集中在创新磁场生成方式,其中TAE Technologies的Norm装置采用准稳态运行的磁约束路径,其使用纯中性束注入技术在装置中心直接生成并稳定FRC等离子体,使系统尺寸和成本明显降低;Helion Energy则结合磁约束与惯性约束的优势,将FRC作为磁化靶聚变中靶等离子体,通过脉冲式FRC结合磁压缩技术,计划在2028年实现50兆瓦供电目标,其第七代原型机“北极星”已投入运行,旨在验证更强磁场下的聚变条件。
Z箍缩技术作为惯性约束聚变的重要分支,因其装置结构相对简洁且无需超导磁体系统,在实现聚变能源的商业化应用方面展现出独特的成本与工程优势,其发展潜力正随着脉冲功率技术的持续突破而不断增强。Z箍缩技术利用轴向百万安培级电流通过等离子体产生角向磁场,引发的自箍缩效应能够将等离子体向中心压缩至聚变所需的高温高密度状态。与需要复杂磁体系统的托卡马克装置相比,Z箍缩装置结构更为紧凑,建造成本也相对较低。
磁化靶聚变巧妙结合了磁约束与惯性约束的优势,通过预磁化靶等离子体与惯性压缩的协同作用,为降低聚变点火难度提供了新路径。磁化靶聚变分为两个阶段:首先利用磁场对预加热等离子体进行初步约束以抑制热传导损失,随后通过外部驱动源快速压缩磁化靶,结合惯性作用使等离子体在飞散前达到聚变条件,这种混合设计使得装置体积小于传统托卡马克装置。磁化靶聚变技术发展的关键需要解决磁化靶与压缩驱动的精确同步问题,以及压缩过程中磁瑞利-泰勒不稳定性的有效控制。
全球竞争格局形成,多元化公司创新并驱
大型国际合作项目与自主工程的双轨推进,正为全球聚变能源商业化奠定坚实的工程基础。国际热核聚变实验堆(ITER)作为由35个国家共同参与的超大型托卡马克装置,其核心目标是验证磁约束聚变能的工程可行性。在此基础上,中国自主推进的聚变工程试验堆(CFETR)计划已于2017年12月5日正式启动工程设计,目前正处于集成工程设计与关键部件预研阶段。与此同时,作为CFETR关键前置项目的合肥紧凑型聚变能实验装置(BEST)也已进入工程总装关键阶段。近日,该装置重达400吨的杜瓦底座已完成毫米级精度的落位安装,为后续核心部件装配奠定了基础。BEST装置采用全超导托卡马克技术,体积比ITER缩小约40%,但聚变功率密度提升3倍[20],计划于2027年建成并计划在2030年实现能量净增益的发电演示,为我国聚变能工程化路径提供重要支撑。
图表5:中国磁约束聚变发展路线图

资料来源:中国工程科学公众号,中金公司研究部
商业力量的涌入正加速聚变创新,北美、欧洲和中国的初创生态通过多元技术路线竞相推动产业化进程。北美地区以采用高温超导磁体技术的Commonwealth Fusion Systems为代表,其获得了谷歌等科技巨头的投资并目标在2030年前实现聚变商用发电;TAE Technologies则专注于场反位形路线,其Norm装置采用纯中性束注入技术稳定等离子体。中国初创生态自2025年快速发展,7月由多家央企联合注资114.92亿元成立的中国聚变能源有限公司,旨在整合产业链资源;民营公司如星环聚能计划在2027-2028年启动商业示范堆建设,目标2030年展示电能输出;能量奇点则聚焦高温超导托卡马克路线,其融资活动反映了资本对多元技术路径的持续看好。过去四年,全球聚变行业的投资规模呈现高速增长的态势,总投资额从2021年的19亿美元大幅攀升至2025年的约97.66亿美元,在四年内增长超过五倍。其中,2024年该行业新增投资额约为26亿美元。这一显著增长反映了资本市场对核聚变技术商业化前景的信心持续增强,也标志着该行业在技术进步与供应链成熟方面取得了重要进展。
图表6:截至2025年7月全球聚变行业总融资额与新增融资额

资料来源:FIA,中金公司研究部
产业链协同升级,广阔市场价值重估
上游核心环节:材料与部件突破决定成本下限
可控核聚变行业的上游核心环节涵盖了决定装置性能与成本下限的关键材料与部件,其发展水平直接制约着整个产业的商业化进程。上游核心环节主要包括超导材料、特殊材料、关键设备等。
► 在超导材料领域,高温超导带材(如REBCO)是实现紧凑化、强磁场托卡马克的关键,其高临界电流密度和强磁场下的优异性能使得聚变装置能够在更小体积内产生更强约束磁场。
► 特殊材料方面,面向等离子体的第一壁材料和偏滤器需要耐受极端环境,包括超过1亿摄氏度的高温等离子体辐照和高能中子轰击,这些材料性能直接决定聚变装置的运行寿命和安全性。
► 关键设备包括磁体系统、真空室、激光器等,其中大功率电源系统为等离子体加热和磁约束提供稳定能源,高精度磁场线圈制造确保了磁场形态的精确控制,而激光器系统则是惯性约束路线的核心驱动源。
图表7:可控核聚变产业链

资料来源:前瞻产业研究院,中金公司研究部
超导线缆:磁约束基石,高温超导带材驱动小型化革命
超导线缆作为磁约束可控核聚变装置的能量输送大动脉,其技术性能决定了磁场强度与装置效率,高温超导带材凭借其独特优势正在推动聚变装置向更紧凑、更经济的方向发展。在托卡马克装置中,超导磁体系统是产生强大磁场以约束上亿摄氏度高温等离子体的核心,其成本可占装置总投资较大比重。在临界温度方面,高温超导材料可在液氮温区实现超导态,降低了制冷系统的能耗和运维复杂性;在临界磁场方面,高温超导材料能够承受更强磁场,为建造更高磁场强度的紧凑型聚变堆创造条件;在电流承载能力方面,高温超导材料在强磁场环境下仍能保持极高的电流密度,确保磁体系统的高效稳定运行。此外,超导线缆在电能传输过程中能够实现较低损耗,这对提升聚变装置的整体能量效率具有重要意义。这些特性使得建造具有高磁场强度的紧凑型聚变堆成为可能,为显缩小装置体积降低建造成本并加速商业化应用铺平了道路。
当前超导线缆产业市场规模随着聚变等前沿科技的应用而呈现较强的增长势头。根据《中国高温超导材料行业发展趋势研究与未来投资预测报告(2025-2032年)》,2024年全球可控核聚变装置使用的高温超导材料市场规模为3.0亿元,预计到2030年将达到49.0亿元,2024至2030年期间的复合年增长率高达59.3%[21]。随着高温超导材料制备技术日趋成熟,全球主要企业正在积极扩大产能,第二代高温超导带材已实现千米级连续生产,性能指标不断提升,而制造成本呈现稳步下降趋势,这进一步推动了高温超导技术在聚变能源领域的应用拓展和商业化进程。中天科技在超导领域积极布局,其长期为中科院等离子体所BEST项目核聚变实验装置提供高RRR值镀铬铜线,该产品有助于提升超导导体的热稳定性,为装置安全稳定运行提供了可靠保障。近年来,公司还相继开发出长度达200米级的基于REBCO集束缆线和TSTC堆缆线的CICC导体,已成功应用于多项高温超导储能及核聚变磁体项目中。
图表8:2024-2030E全球可控核聚变装置用高温超导材料市场规模

资料来源:观研天下产业研究院,中金公司研究部
激光器:惯性约束引擎,高功率半导体激光点燃聚变火花
激光器作为惯性约束聚变路线的“点火核心”,其脉冲功率与效率决定了靶丸压缩效果与能量增益,当前技术发展重心集中于持续提升半导体激光芯片的功率、效率及光束质量以满足聚变装置的极端要求。在惯性约束聚变中,多束高能激光需对称辐照毫米级的氘氚靶丸,在纳秒量级的时间内使其表面消融产生向心爆聚,从而将燃料压缩至超高密度并加热至上亿摄氏度以实现点火。激光部件发展的核心在于高功率半导体激光芯片的创新,旨在通过提升单管芯片的输出功率、光电转换效率并有效控制像差,来确保激光能量能够高效、均匀地传递至靶丸,这是实现高增益聚变的关键。
国内激光器市场的主要参与者正通过其在半导体激光芯片及激光器组件领域的技术突破,为惯性约束聚变研究提供核心光源支持。长光华芯在高功率半导体激光芯片的研发上取得较快的进展,其利用自身IDM模式,推出的EEL双结单管芯片在室温连续波条件下的输出功率已超过132瓦,光电转换效率达到62%,创造了该领域已知的功率新高。此外,公司所研制的780nm宽条分布反馈(DFB)激光器,在室温连续工作条件下输出功率超过10W,创下了该波段DFB激光器的功率最高纪录[22],这些成果为需要高性能光源的聚变研究提供了新的可能性。炬光科技则专注于高功率半导体激光器组件的整体性能优化,其发布的LCS系列980纳米传导冷却激光器,采用自主研发的核心键合技术,使热阻降低约20%,光功率提升30%以上[23],产品性能在国内外同类半导体激光器产品中均处于领先水平,对于获得高质量光束以精确驱动聚变反应至关重要。
中游集成与设计:装置创新与商业模式重构
可控核聚变行业的中游集成与设计环节是连接上游核心材料与下游应用的关键枢纽,其核心价值在于将超导磁体、真空室等核心部件集成为可运行的聚变装置,并直接决定了技术路线的可行性与商业化潜力。中游环节承担着聚变主机设计、关键子系统集成优化以及等离子体控制等核心任务,其集成水平直接影响装置的能量增益和建造成本,占较大比重的价值量。以超导磁体系统为例,其成本通常占托卡马克装置总成本的20%至30%,偏滤器和第一壁等离子体面对组件由于需要接受高强度的热负荷及中子辐照,技术门槛高,价值量占比同样较大,凸显了中游集成设计对经济性的决定性影响。中游集成需解决极端环境下的材料兼容性、热管理及氚燃料循环等跨学科难题,是技术成熟度提升的核心战场。当前,中游创新正推动装置向紧凑化、模块化方向发展。
图表9:ITER项目建设成本占比

资料来源:Neil Mitchell 《Superconductor Science and Technology(2021)》,中金公司研究部
测控系统:神经中枢升级,AI驱动控制智能化革命
监测与控制系统作为可控核聚变装置的"神经中枢",其技术水平和可靠性直接决定了等离子体约束精度与装置运行安全,是上游产业链中高技术壁垒的核心环节之一。国内外主要聚变装置不断向更高参数运行迈进,对监测控制系统的实时性、精确性和智能化水平提出了前所未有的要求。当前,相关政策环境持续优化,国家发改委和国家能源局于2025年9月联合发布《关于推进"人工智能 "能源高质量发展的实施意见》[24],明确将基于人工智能技术开展可控核聚变智能控制系统研究列为重点任务,提出到2030年实现能源领域人工智能技术世界领先的目标,为产业链上下游的技术协同创造了有利条件。
监测与控制系统的技术演进正沿着高精度传感与智能控制深度融合的路径快速推进。在传感技术方面,研发重点已从传统电传感器转向性能更优的光纤传感系统等新型解决方案,最新研发的磁-惯性约束装置高压监测方法采用24bit高精度采样ADC和FPGA技术,结合两级高压隔离设计,实现了对几十千伏高压信号的精准采集与传输。智能控制领域的创新尤为活跃,针对控制系统,DeepMind与Commonwealth Fusion Systems已达成合作,将深度强化学习等人工智能技术成功应用于托卡马克装置的等离子体控制;而对于监测系统,如Diag2Diag等AI赋能的诊断系统已能够通过数据推演补全物理参数,破解高成本监测难题。传感精度的数量级提升与AI算法的创新应用正共同驱动着聚变装置控制能力的跨越式发展,为未来实现长时间稳态运行和商业化运营奠定了坚实基础。
图表10:磁惯性-约束装置的高压监测方法框架图

资料来源:专利公告CN118919103A,中金公司研究部
图表11:Diag2Diag监测系统技术路径

资料来源:Azarakhsh Jalalvand《Diag2Diag: Multi modal super resolution for physics discovery with application to fusion(2024)》,中金公司研究部
监测与控制系统的生态格局呈现出以国家级科研机构主导核心算法与系统集成、民营企业专注细分领域技术突破的协同发展态势。国家级团队不仅是ITER计划中国任务包的重要承担者,也在CFETR的预研中发挥着系统设计与集成核心作用,推动我国聚变测控技术从跟跑向并跑乃至局部领跑转变。中科院等离子体自主研发的等离子体控制系统“灵枢”,采用实时网络与共享内存技术实现高速实时数据分发,并运用多进程并行处理方式,具备优异的实时性能。系统采用双冗余集群架构,主从集群可同步运行并实现智能切换,可靠性达到99.99%[25]。在高精度传感器领域,基康技术作为国家级专精特新“小巨人”企业,其自主研发的量子光纤传感技术可满足核聚变装置对微小形变监测的极端要求。公司专注于安全监测领域,旨在构建一个从精密传感器、智能采集设备到云服务平台的一体化物联网系统,为能源、水利、交通等行业的客户提供全面的解决方案与服务,目前已在国内多个核电站的安全监测项目中得到应用。理工光科则掌握了光纤光栅传感技术、分布式光纤测温技术及振动测量技术,其新一代光纤光栅阵列传感技术融合了准分布式与分布式技术的优势,提升了在复杂环境下的监测能力。
全球中游环节已形成以国际大科学工程为引领、各国多元技术路线并进的竞争格局,其中中国在托卡马克路线集成能力上正展现优势。美国在创新技术路线方面表现活跃,联邦聚变系统公司(CFS)基于高温超导磁体的SPARC装置计划于2026年验证能量净增益;TAE Technologies专注于场反位形技术,其中性束注入技术提升了等离子体稳定性。中国方面,以中国聚变能源有限公司为代表的相关企业正主导CFETR、BEST等重大工程集成,其中BEST装置已于2025年10月完成杜瓦底座精准安装[26]。目前,中游集成环节通过多元技术路径与工程化突破,正为可控核聚变从实验室验证迈向商业化应用提供关键支撑。
下游应用场景:核聚变发电商业化加速推进
可控核聚变产业链的下游应用核心聚焦于未来聚变发电站的能源运营与综合技术服务体系,其终极目标是为社会提供大规模、稳定、清洁的基荷电力,并衍生出制氢、区域供热、同位素生产等多种应用场景,但目前整体仍处于发电商业化前的关键突破阶段。当前,可控核聚变本身尚未实现并网发电,但其潜在应用方向已十分明确,即建设聚变核电站以提供近乎无限的清洁能源。作为参照,我国现有的裂变核电产业规模持续扩大,2024年核电工程建设投资完成额达到1469亿元,创下历史新高。展望未来,根据我国核能“热堆-快堆-聚变堆”的三步走发展战略,中核集团预计可控聚变能应用在2045年左右进入示范阶段,并有望于2050年前后实现商业化发电[27]。
风险提示
► 工程技术成熟度的风险:可控核聚变的科学原理虽已被验证,但距离稳定发电仍有关键科学问题有待攻克,例如等离子体的长期稳定约束与关键材料的耐久性尚存不确定性。整个工程系统较为复杂,从装置设计、材料选择到控制系统集成,各个环节都存在较高的工程和技术壁垒,任何一环的突破迟滞都可能直接影响最终目标的实现。
► 商业化进程时间表不确定性的风险:从实验堆、示范堆到商业堆,每一步都充满挑战,研发周期长,导致实际应用时间表具有高度不确定性。国际大型合作项目ITER的启动时间已多次推迟,这在一定程度上揭示了此类项目在时间进度上的不可预测性,市场关于2030年代实现商用的乐观预期可能面临修正。
► 监管政策适应性风险:尽管我国已颁布《原子能法》并首次将聚变装置监管纳入法律,提出对聚变燃料和装置实行分级分类管理,但具体的监管细则和标准体系仍在逐步完善过程中。未来随着技术路线和装置类型的多样化,监管要求可能存在变数,从而对项目的审批和运营带来不确定性。
► 市场竞争格局演变的风险:在可控核聚变的漫长的研发周期内,光伏、储能、小型模块化裂变反应堆(SMR)等替代技术可能持续降本增效,从而挤压聚变能未来的市场空间和经济性。如果这些竞争技术的成本下降速度超预期,即便聚变能在技术上取得成功,其商业价值也可能被削弱。
► 投资回报周期风险:从实验堆到商业堆需要高额、长期、持续的投资,其回报周期却极长且高度不确定。这类投资高度依赖政府和大型机构的长期支持,若宏观环境变化或政策优先级发生转移,导致资金支持减弱或中断,可能直接影响研发进度与企业的生存。


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