核聚变仍面临着科学与工程技术的多重难题，预计到2040年后才将进入商业化验证的窗口期

文｜《财经》研究员 马铭泽

编辑｜黄凯茜

可控核聚变正处于从基础研究迈向工程化应用的阶段。目前中国正在瞄准百兆瓦级别的核聚变实验设施推进建设，预计在2030年实现发电。4月17日，中国科学院等离子体所研究员李建刚在2026核能可持续发展论坛上介绍。

这个项目位于安徽合肥，为中国科学院等离子体所牵头的聚变能实验装置（BEST），目标聚变功率达到20兆瓦-200兆瓦，演示聚变能发电。李建刚介绍，合肥项目将围绕着2027年建成实验设施（BEST）、2035年建成示范设施（CFEDR）、2040年开始商业化进程的整体目标推进。

经过数十年的技术积累与装置运行验证，可控核聚变研究被分为原理探索、规模试验、燃烧实验、实验堆、示范堆、商用堆六个阶段，目前中国聚变技术处于燃烧实验阶段。

中国聚变能源有限公司总工程师钟武律在同一个论坛上表示，未来将通过实验堆、示范堆、商用堆的三阶段发展路径，分批攻克关键技术，不断提升核心参数，逐步释放技术风险，最终实现技术成熟、运行可靠、具备规模化部署能力的聚变产业体系；而在第一步实验堆阶段，需要全面验证聚变的工程可行性，还有大量关键技术需要突破。

作为典型“大科学工程”，核聚变需要长期持续且大规模的技术、资金投入和产业体系建设。在“十五五”规划中，氢能与核聚变能、量子科技、具身智能等六个产业共同被列入未来产业重点方向；提出强化可控核聚变的技术攻关，突破氚燃料制备循环、材料辐照考验、高性能激光、超导磁体制造等核聚变关键技术，开展聚变氘氚燃烧等离子体运行实验和多技术路径可行性验证，推进核聚变研发工程化进程。

两支核聚变“国家队”

聚变的基本原理是氢的同位素（氘和氚）在极高温度和压力下发生原子融合，释放出巨大能量，反应过程与太阳的能量来源相同，因此被称为“人造太阳”。

当前主流的可控核聚变反应，第一步是将氘氚气体电离，使其变成等离子体，然后再由外部加热系统将等离子体加热到上亿摄氏度，这时两个带正电的原子核将发生融合反应。由于温度极高，需要通过强磁场将等离子体悬浮在装置内部，避免接触容器壁。反应过程中产生的α粒子在磁场约束中维持等离子体的高温，从而让融合反应持续，实现“自持燃烧”，而另一个产物中子将实现燃料增殖和能量释放。

中国聚变产业当前最受关注的，是由两支“国家队”推进的两个重点装置，均基于磁约束托卡马克（Tokamak）技术路线：一是由中国科学院牵头组建的中国聚变新能公司（下称“聚变新能”），围绕“东方超环”（EAST）装置，重点验证聚变所需的稳态运行能力。另一个是中核集团下属的中国聚变能源有限公司（下称“中国聚变”），依托核工业西南物理研究院的新一代人造太阳“中国环流三号”开展堆芯级等离子体物理实验研究，加速推动中国的聚变研究进入燃烧实验新阶段。

聚变新能公司成立于2023年，是在中科院等离子体物理研究所的技术积累基础上成立的产业化平台，引入安徽省国资（合计持股75%）、中国石油旗下产业资本运营平台昆仑资本（持股20%）以及社会资本共同参与，注册资金145亿元。

在磁约束聚变反应中，等离子体性能关键在于密度、温度和能量约束时间三者乘积（聚变三乘积），通常认为实现聚变燃烧需要达到10的21次方量级。在其他条件不变的情况下，密度越高，聚变频率就越高。然而攻克等离子体密度一直是国际难题。

2025年，“东方超环”实现了千秒级（约1066秒）等离子体稳定运行，标志着其在长脉冲、高参数运行能力上达到国际领先水平。2026年1月，该装置在实验中突破长期制约托卡马克装置的密度极限，实现了高密度条件下的稳定等离子体运行，大幅提高聚变的能量增益。在“东方超环”的基础上，预计在2027年建成下一代聚变装置BEST。

另一支“国家队”中国聚变于2025年挂牌成立，依托中核集团核工业西南物理研究院（下称“西物院”）60年的发展基础推进组建，注册资本150亿元，中核集团及其旗下上市公司中国核电合计持股57%，同时引入产业资金中国石油昆仑资本（20%）、上海未来聚变能源（11.81%）、国绿基金（3.19%）和浙能电力（5%）等股东。

在核聚变研究中，等离子体温度达到上亿摄氏度是发生聚变反应的基本条件。2025年3月，中国环流三号首次实现突破“双亿度”：即离子温度达到1.17亿度、电子温度达到1.6亿度，标志着中国核聚变研究快速挺进“燃烧实验”阶段。同时，中国环流三号的聚变三乘积达到10的20次方量级，成功接近10的21次方的点火目标。

中核集团聚变领域首席科学家段旭如3月在接受《中国电力报》采访时表示，预计中国在2027年可开启聚变能燃烧实验研究；2035年左右，建成首个工程实验堆；2045年左右，建成首个商用示范堆。

科学与工程挑战

在人类能源需求持续增长、资源与环境压力不断加大的背景下，可控核聚变被视为“能源终极解决方案”。

当前主流聚变反应使用燃料氘可从海水直接提取，氚可用氘反应制得。同时，聚变过程不产生长寿命高放射性废物，安全性更高，符合未来清洁能源体系的发展方向。随着人工智能、数据中心等高耗电产业快速发展，对稳定、大规模的低碳电力需求持续上升，核聚变提供了一种兼具高能量密度与可持续性的潜在解决方案。

据国际原子能机构《2025年世界聚变展望》报告，全球有近40个国家正在推进聚变计划。据聚变咨询机构Fusion Energy Base统计，自2021年起，全球聚变公司的股权投资规模快速增长，尤其是2023年之后，中国的投入显著提升。2025年全球年度投资规模已接近40亿美元，中国和美国占其中绝大部分投资额。

在核聚变国际合作中，ITER（国际热核聚变实验堆）项目是当前最具代表性的全球性大科学工程。项目由中国、欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和印度七方共同参与建设，中国科学院和中核集团也是ITER项目成员。按照设计，其目标是在数百秒尺度内实现约500兆瓦的聚变功率输出，能量增益达到10倍（即输出的聚变能量是输入加热能量的10倍）。

ITER项目选址于法国卡达拉舍，目前正处于安装与系统集成阶段，真正决定聚变可行性的氘氚聚变实验结果仍需等到2039年左右才能揭晓。

钟武律表示，当前聚变领域还存在三大科学问题与三大工程问题尚未解决。

三大科学问题包括：其一，还未能实现高温等离子体稳态自持燃烧、真正开始聚变反应，相关实验数据缺乏；其二，在高温、高能粒子冲击的极端工况下，聚变堆结构材料损伤如何解决；其三，关键燃料氚能否实现规模化循环利用。

三大工程问题为：其一，大型高温超导强场磁体技术是全球聚变领域的共识，但仍未能直接应用，还需解决如机械应力、失超保护的挑战，并在复杂“电磁-热-力”多场耦合条件中获得测试数据；其二，是等离子体的运行与控制，亟待加强应用人工智能技术进行等离子体破裂预测和应对，有效维持等离子体稳定性；其三，热量的传导与转换问题，高强度且高度不稳定的热量能否被安全导出并有效利用。

钟武律认为，高温超导和人工智能两项技术将为聚变能的发展提供重要支撑，下一步应依托中国核工业全产业链的优势，以及长期积累的技术基础推进工程实验堆建设，率先演示验证聚变取能与热电转化全过程、燃料增殖与循环全系统全流程，解决聚变能工程可行性关键核心问题。

“聚变（的话题）很热，但也不要被这股热浪烧晕了。”李建刚指出，相比裂变，聚变的复杂程度要高得多，它几乎把地球上所有的关键技术都用了一遍，单是主机系统就要用到低温技术、超导技术、电磁系统、氚相关技术等。同时还横跨广泛的，且有待验证的科学问题、工程技术与产业链条：上游的材料体系涵盖金属、无机非金属、碳基材料及各类绝缘材料；中游涉及数量庞大且种类繁杂的关键部件；下游则是更为复杂的运维体系。

责编 | 张生婷

题图来源 | 视觉中国