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全球核聚變戰(zhàn)略部署和技術(shù)進展分析

核聚變技術(shù)是全球主要國家能源戰(zhàn)略未來布局的重點方向。2025年2月底，美國一家由私人基金支持成立的核聚變規(guī)模化委員會發(fā)布報告[1]，建議美國政府將聚變能確立為國家安全優(yōu)先事項，構(gòu)建聚變能領(lǐng)導(dǎo)體系推進商業(yè)化。3月16日，知名財經(jīng)媒體CNBC發(fā)文指出，中國和美國正在競爭成為首個實現(xiàn)聚變能并網(wǎng)發(fā)電的國家，美國在這一領(lǐng)域曾長期領(lǐng)先，而中國正以雙倍的資金投入和創(chuàng)紀錄的技術(shù)創(chuàng)新速度趕超[2]。本文梳理2024年以來全球核聚變戰(zhàn)略部署，分析聚變技術(shù)研究進展以及典型初創(chuàng)企業(yè)動態(tài)，為我國聚變技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

一、全球核聚變戰(zhàn)略部署

1、持續(xù)加大財政投入，設(shè)立專項支持關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

2025年1月16日，美國能源部（DOE）為核聚變創(chuàng)新研究引擎（FIRE）合作組織提供1.07億美元，并與“里程碑計劃”8家企業(yè)達成協(xié)議撬動了超過3.5億美元的私營投資，支持進一步創(chuàng)建聚變能創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)[3]。同天，英國政府宣布為2025—2026年“聚變未來計劃”投資4.1億英鎊[4]，計劃2027年前向聚變能領(lǐng)域投資總額達6.5億英鎊。德國自2023年9月起，計劃未來五年通過“聚變2040計劃”增加投入3.7億歐元（到2028年投入總額達到10億歐元），同步推進磁約束和激光約束聚變技術(shù)路線開發(fā)。日本大力支持核聚變技術(shù)開發(fā)，從2023年開始啟動專項支持政策，支持小型化、精密化、獨創(chuàng)性的新興技術(shù)探索，加速未來核反應(yīng)堆原型開發(fā)，推進核聚變相關(guān)基礎(chǔ)研究。

2、積極引導(dǎo)金融資本并實施行業(yè)主導(dǎo)的聚變發(fā)展模式

截至2024年7月，全球可控核聚變行業(yè)的總投資額已達到71億美元，至少45家企業(yè)參與[5]。微軟、谷歌等大型科技企業(yè)紛紛加入賽道，預(yù)計2030年全球市場規(guī)模有望達5000億美元。其中，有21家企業(yè)認為可以在2030—2035年期間實現(xiàn)核聚變并網(wǎng)發(fā)電。2024年12月16日，韓國成立了核聚變創(chuàng)新聯(lián)盟，旨在加速聚變產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動聚變能戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。歐盟計劃在2026年前組建一個專門負責(zé)私營聚變企業(yè)投資的聯(lián)盟。

3、制定監(jiān)管方案

2024年9月7日，美國時任總統(tǒng)拜登簽署了《加速部署多功能、先進核能清潔法案》[6]，使其成為正式法律。包括通過明確的監(jiān)管權(quán)限和投資激勵措施推動清潔能源的發(fā)展。2025年4月4日，美國大西洋理事會發(fā)布《構(gòu)建全球核聚變部署之路》報告[7]，呼吁以出口控制為核心，盡快建立核聚變監(jiān)管體系。2025年1月，德國國家科學(xué)與工程院發(fā)布《德國制造的聚變》報告[8]，建議制定聚變能源法，將聚變電站與裂變分開監(jiān)管，營造一個風(fēng)險適當且有利于創(chuàng)新的環(huán)境。

二、全球核聚變技術(shù)最新進展

1、全球聚變能實驗陸續(xù)取得重大突破，運行試驗加快向工程驗證邁進

我國在等離子體高參數(shù)運行、三維非平面模塊化線圈制造和雙億度聚變實驗等方面取得系列世界領(lǐng)先成果，美國、德國、法國也相繼推進關(guān)鍵裝置升級和高約束實驗，在等離子體穩(wěn)定性控制和新構(gòu)形裝置研制等方面取得重要成果，全球聚變能競賽全面提速。

（1）中國。2024年11月14日，準環(huán)對稱仿星器平臺首次實現(xiàn)三維模塊化線圈生成高精度磁場，標志我國繼美國和德國之后掌握了該核心制造工藝[9]。12月29日，由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所建設(shè)運行的聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）分系統(tǒng)聚變工程堆中心螺管系統(tǒng)完成首輪測試實驗[10]，多個核心指標超預(yù)期，確立其為全球最大、最完備的超導(dǎo)磁體動態(tài)測試系統(tǒng)[11]。2025年1月20日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置EAST首次實現(xiàn)在1億攝氏度下1066秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，創(chuàng)世界新紀錄。3月28日，核工業(yè)西南物理研究院新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”實現(xiàn)“雙億度”，標志著我國聚變裝置具備了聚變?nèi)紵嚓P(guān)的高參數(shù)運行能力[12]。

（2）美國。2024年10月25日，美國DIII-D國家核聚變設(shè)施完成了20萬次實驗性的“脈沖”測試，實現(xiàn)了超過理論上限20%的密度，同時保持了高質(zhì)量的等離子體約束[13]。2025年1月，美國普林斯頓等離子體物理實驗室和西班牙塞維利亞大學(xué)合作研制的全球首臺負三角度托卡馬克裝置SMART產(chǎn)生首束等離子體，標志新構(gòu)形驗證取得進展[14]。

（3）德國。2024年9月10日，德國馬克斯·普朗克等離子體物理研究所對全球最大仿星器Wendelstein 7-X裝置本體、控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等完成升級，啟動新的實驗階段[15]。10月28日，該機構(gòu)在ASDEX Upgrade托卡馬克裝置上驗證了“共振磁擾動（RMP）通過形成磁島抑制邊界局域模（ELM）”的物理機制[16]。

（4）法國。2025年2月12日，法國WEST裝置在5000萬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)定時間紀錄[17]。

2、示范項目穩(wěn)步推進

多國相繼啟動新一輪示范裝置建設(shè)。2024年11月12日，日本正式啟動聚變能示范電廠項目FAST，預(yù)計將在2025年完成初步設(shè)計，2030年代末進行發(fā)電示范[18]。加拿大General Fusion公司正在建設(shè)Lawson Machine 26聚變示范裝置，目標是到2026年實現(xiàn)科學(xué)盈虧平衡。

3、人工智能正加速推動從材料研發(fā)到反應(yīng)堆設(shè)計的全流程革新

多國科研機構(gòu)和企業(yè)紛紛部署AI模型，用于等離子體控制、材料開發(fā)和裝置設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，顯著提升研究效率與精度。2024年10月9日，美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室開發(fā)的AI模型將等離子體加熱預(yù)測速度提高1000萬倍[19]。2025年2月，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所、安徽大學(xué)、清華大學(xué)合作推出首個專注于核聚變?nèi)蝿?wù)的大模型XiHeFusion（羲核啟明）[20]。3月17日，日本JT-60SA裝置首次應(yīng)用AI成功預(yù)測并控制等離子體約束磁場狀態(tài)，顯著提升高速動態(tài)調(diào)控能力[21]。

4、高溫超導(dǎo)材料和新型結(jié)構(gòu)材料的創(chuàng)新提升聚變商用潛力

相關(guān)研究在磁體性能、耐輻照性與熱機械強度等方面取得重要進展，為未來聚變堆工程提供關(guān)鍵支撐。2024年7月10日，德國馬克斯·普朗克研究所通過激光誘導(dǎo)技術(shù)在更接近室溫的條件下實現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象[22]。8月7日，美國紐約州立大學(xué)布法羅分校研究開發(fā)出具有最高臨界電流密度的稀土鋇銅氧高溫超導(dǎo)磁體，有望顯著降低聚變堆成本[23]。12月，英國Oxford Sigma、日本Kyoto聚變和加拿大STEP合作評估創(chuàng)新高溫材料在氚增殖與輻射屏蔽方面的潛力[24]。在新型結(jié)構(gòu)材料方面，2024年8月19日，麻省理工學(xué)院通過在金屬壁中添加具有較低氦嵌入能的納米級顆粒，顯著延長核聚變反應(yīng)堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料使用壽命[25]。2025年1月，俄羅斯NIIEFA研究所和MISIS大學(xué)研究團隊利用增材制造方法研制鎢銅復(fù)合材料用于托卡馬克偏濾器[26]。

5、國際聚變合作持續(xù)深化，重大聯(lián)合項目加快關(guān)鍵設(shè)施建設(shè)與實驗準備

ITER與JT-60SA等多邊合作平臺取得階段性成果，全球協(xié)同研發(fā)體系逐步成型。2024年7月1日，ITER迎來重要里程碑，大型環(huán)形場線圈在日本和歐洲成功完工并交付，我國承擔(dān)了其中12個子包的制造任務(wù)。2025年初，ITER完成低溫泵等關(guān)鍵設(shè)備測試準備，預(yù)計年內(nèi)實現(xiàn)首次等離子體實驗[27]。日本與歐盟合作的目前世界上最大的核聚變實驗堆JT-60SA正在進行技術(shù)升級，包括部署診斷系統(tǒng)、加熱裝置和等離子體控制設(shè)備，計劃于2026年下半年開展實驗。

三、典型核聚變初創(chuàng)企業(yè)創(chuàng)新方向

能量奇點能源科技（上海）有限公司和星環(huán)聚能公司是中國初創(chuàng)核聚變企業(yè)代表。2024年6月18日，能量奇點能源科技（上海）有限公司宣布其設(shè)計、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實現(xiàn)等離子體放電，成為全球首臺全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置；在12月31日成功進行了超過標準設(shè)計工況的通流實驗，該裝置性能顯著提升[28]；2025年3月10日，其自主研制的大孔徑強場磁體成功完成了首輪通流實驗，產(chǎn)生了高達21.7特斯拉的磁場，創(chuàng)下大孔徑高溫超導(dǎo)D形磁體的最高磁場紀錄[29]。2024年9月9日，星環(huán)聚能公司率先實現(xiàn)了球形托卡馬克等離子體的一種優(yōu)化位形，實現(xiàn)了等離子體電流翻倍，等離子體電子溫度提升超過2倍，最高電子溫度超過1.2千電子伏[30]。

美國聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司是全球最大的私營核聚變公司。2024年11月20日，該公司成功測試了SPARC托卡馬克反應(yīng)堆設(shè)計的核心部分中央螺線管模型線圈（CSMC），產(chǎn)生了5.7特斯拉的磁場，是地球磁場的100000倍，并儲存了3.7兆焦耳的能量，電流增加到50000安培[31]。該公司預(yù)計2026年實現(xiàn)SPARC的首次等離子體，并在不久后產(chǎn)生凈聚變能量。2025年3月20日，美國仿星器商業(yè)聚變公司Thea Energy成功運行了全球首個超導(dǎo)平面線圈3×3磁體陣列系統(tǒng)[32]。

美國Helion Energy公司采取磁慣性約束技術(shù)路線，利用場反轉(zhuǎn)配置反應(yīng)堆方法，且以氘-氦-3為燃料[33]。為了降低成本達到能量凈增益，Helion Energy計劃通過第七代原型機Polaris，將產(chǎn)生的電子直接進行回收，無需通過傳統(tǒng)的蒸汽帶動渦輪轉(zhuǎn)化電能等步驟，從而大幅提高能量轉(zhuǎn)化效率，其發(fā)電成本目標是每千瓦時僅需1美分。該裝置延遲到2025年完成，預(yù)計將脈沖頻率從每10分鐘一次提高到每秒一次，以短時間內(nèi)加熱聚變等離子體至超過1億攝氏度的溫度。2024年5月10日，Helion Energy宣布與科技巨頭微軟簽署對賭協(xié)議，2028年實現(xiàn)為微軟供電50兆瓦的目標。9月，Helion Energy又與北美最大的鋼鐵生產(chǎn)商和回收商紐柯簽署協(xié)議，開發(fā)一座500兆瓦的聚變發(fā)電廠。

日本初創(chuàng)公司Helical Fusion采用仿星器來構(gòu)建試驗性聚變反應(yīng)堆，利用磁場在等離子體中形成螺旋形路徑，以維持等離子體的穩(wěn)定和約束[34]。2024年9月，該公司計劃在2034年啟動世界上首個穩(wěn)態(tài)核聚變反應(yīng)堆，并在2040年代開始商業(yè)運營，預(yù)計發(fā)電能力將達到50至100兆瓦。

2025年2月26日，德國初創(chuàng)企業(yè)Proxima Fusion公司推出“Stellaris”核聚變電廠集成概念設(shè)計[35]。該設(shè)計采用準等動力（Quasi-Isodynamic, QI）仿星器技術(shù)路線，實現(xiàn)聚變堆連續(xù)可靠運行。Stellaris以德國Wendelstein 7-X研究實驗裝置的破紀錄成果為基礎(chǔ)，該裝置是世界上最先進的QI仿星器原型。

新西蘭商業(yè)聚變初創(chuàng)公司OpenStar Technologies采用懸浮高溫超導(dǎo)磁體置于超熱等離子體內(nèi)部，通過磁體的南北磁場線來限制等離子體，這種設(shè)計允許等離子體保持在真空腔室內(nèi)，從而避免其與任何物質(zhì)接觸造成損壞。2024年10月27日，該公司計劃建造的懸浮偶極場反應(yīng)堆（LDR）的核心部件-超導(dǎo)磁體“Junior”已制造完成并開始通電測試，標志著懸浮偶極場聚變裝置迎來了首個里程碑時刻[36]。

注釋與參考文獻

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[1] Commission on the Scaling of Fusion Energy. Fusion Power: Enabling 21st Century American Dominance. https://fusion.scsp.ai/posts/fusion-power-enabling-21st-century-american-dominance

[2] CNBC. How the U.S. is Losing Ground to China in Nuclear Fusion, as AI Power Needs Surge. https://www.cnbc.com/2025/03/16/the-us-is-falling-behind-china-in-nuclear-fusion-needed-to-power-ai.html

[3] DOE. U.S. Department of Energy Announces Selectees for $107 Million Fusion Innovation Research Engine Collaboratives, and Progress in Milestone Program Inspired by NASA. https://www.energy.gov/articles/us-department-energy-announces-selectees-107-million-fusion-innovation-research-engine

[4] Department for Energy Security and Net Zero. Plan for Change to Deliver Jobs and Growth in UK Leading Fusion Industry. https://www.gov.uk/government/news/plan-for-change-to-deliver-jobs-and-growth-in-uk-leading-fusion-industry

[5] Fusion Industry Association. Fusion Industry Reports. https://www.fusionindustryassociation.org/fusion-industry-reports/

[6] Congress.Gov. All Information (Except Text) for S.870 - An Act to Authorize Appropriations for the United States Fire Administration and Firefighter Assistance Grant Programs, to Advance the Benefits of Nuclear Energy, and for Other Purposes. https://www.congress.gov/bill/118th-congress/senate-bill/870/all-info

[7] Atlantic Council. Building a Path Toward Global Deployment of Fusion: Nonproliferation and Export Considerations. https://www.atlanticcouncil.org/in-depth-research-reports/issue-brief/building-a-path-toward-global-deployment-of-fusion-nonproliferation-and-export-considerations/

[8] Acatech. Nuclear Fusion Made in Germany. Options for Building an Innovation Ecosystem for Nuclear Fusion. https://en.acatech.de/publication/nuclear-fusion-made-in-germany/

[9] 中國科技網(wǎng). 我國首臺準環(huán)對稱仿星器測試平臺取得重大階段性成果. https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-11/14/content_258336.html

[10] 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院. 國際最大超導(dǎo)磁體動態(tài)測試設(shè)施在合肥建成. https://www.hf.cas.cn/zhxw/jrtt/202412/t20241230_7511756.html

[11] 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院. 聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施. https://www.hf.cas.cn/kxyj/dkxzz/202009/t20200921_5701193.html

[12] Xinhua. Economic Watch: China Edges Closer to Commercial Nuclear Fusion. https://english.news.cn/20250407/292ab129ca2e4b6b8c6c3217219ba9a1/c.html

[13] Interesting Engineering. US Nuclear Fusion Lab Hits 200,000 Plasma ‘Shots,’ a Milestone Powering Hopes. https://interestingengineering.com/energy/us-fusion-facility-hits-milestone

[14] Nuclear Fusion. Performance Prediction Applying Different Reduced Turbulence Models to the SMART Tokamak. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ad8a70

[15] Max Planck Institute for Plasma Physics. Wendelstein 7-X Starts New Experimental Campaign. https://www.ipp.mpg.de/5440378/W7X_startet_OP_09_2024

[16] Nature Physics. Observation of Magnetic Islands in Tokamak Plasmas During the Suppression of Edge-localized Modes. https://www.nature.com/articles/s41567-024-02666-y

[17] CEA. Nuclear Fusion: WEST Beats the World Record for Plasma Duration!. https://www.cea.fr/english/Pages/News/nuclear-fusion-west-beats-the-world-record-for-plasma-duration.aspx

[18] FAST Project Office. Fusion Energy Power Generation Demonstration Project, FAST, Launched in Japan. https://www.fast-pj.com/en/post/fusion-energy-power-generation-demonstration-project-fast-launched-in-japan

[19] Princeton Plasma Physics Laboratory. New AI Models of Plasma Heating Lead to Important Corrections in Computer Code Used for Fusion Research. https://www.pppl.gov/news/2024/new-ai-models-plasma-heating-lead-important-corrections-computer-code-used-fusion

[20] Cornell University. XiHeFusion: Harnessing Large Language Models for Science Communication in Nuclear Fusion. https://arxiv.org/abs/2502.05615

[21] QST. 世界初、大型核融合裝置のプラズマ閉じ込め磁場予測に高精度なAI手法を適用 ~QSTとNTTの共同研究成果が革新的な技術(shù)の実用化に向けて進展～. https://www.qst.go.jp/site/press/20250317.html

[22] Nature. Magnetic Field Expulsion in Optically Driven YBa2Cu3O6.48. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07635-2

[23] University of Buffalo. World’s Highest-performance Superconducting Wire Segment Fabricated at UB. https://www.buffalo.edu/news/releases/2024/07/worlds-highest-performance-superconducting-wire-segment-fabricated-at-UB.html

[24] Kyoto Fusioneering. Oxford Sigma, Kyoto Fusioneering, and STEP Programme Publish Collaborative Research Exploring Novel Configurations and Materials for Tritium Breeding in Spherical Tokamaks. https://kyotofusioneering.com/en/news/2024/12/16/2735

[25] MIT. More Durable Metals for Fusion Power Reactors. https://news.mit.edu/2024/more-durable-metals-fusion-power-reactors-0819

[26] World Nuclear News. New Material Proposed in TRT Tokamak Project. https://www.world-nuclear-news.org/articles/new-material-shows-promise-for-tokamak

[27] Iter. Ready to Enter Commissioning. https://www.iter.org/node/20687/ready-enter-commissioning

[28] 新黃河. 洪荒70托卡馬克成功放電！全球首臺全高溫超導(dǎo)磁約束聚變裝置點亮等離子體. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1802203347865947603&wfr=spider&for=pc

[29] 能量奇點. 能量奇點創(chuàng)高溫超導(dǎo)磁體新紀錄：21.7特斯拉經(jīng)天磁體加速聚變能商業(yè)化！https://mp.weixin.qq.com/s/-LbJ3LnMk_medh1reXJYeA

[30] 星環(huán)聚能. 國際首例！星環(huán)聚能實現(xiàn)裝置運行與控制的新突破！https://mp.weixin.qq.com/s/DqRAumK6wuqL93AihekLxw?poc_token=HDz53majg2nfk1s0t0ZgioHAs3rw6nS52h9Nayga

[31] Interesting Engineering. Supermagnet 100,000x Stronger than Earth’s Magnetic Field to Bring Nuclear Power Closer. https://interestingengineering.com/energy/worlds-largest-nuclear-fusion-company-key-milestone

[32] Thea Energy. Thea Energy Demonstrates Performance and Controllability of Small and Simple Magnets for Fusion Energy. https://thea.energy/press-release/thea-energy-demonstrates-performance-and-controllability-of-small-and-simple-magnets-for-fusion-energy/

[33] Helion Energy. Explaining Helion’s Fusion Fuel: D-He-3. https://www.helionenergy.com/articles/explaining-helions-fusion-fuel-choice-d-he-3/

[34] Reuters. Japan Start-up Aims to Launch World’s First Steady-state Fusion Reactor in 2034. https://www.reuters.com/business/energy/japan-start-up-aims-launch-worlds-first-steady-state-fusion-reactor-2034-2024-08-30/

[35] Proxima Fusion. Proxima Fusion and Partners Publish Stellaris Fusion Power Plant Concept to Bring Limitless Safe Clean Energy to the Grid. https://www.proximafusion.com/press-news/proxima-fusion-and-partners-publish-stellaris-fusion-power-plant-concept-to-bring-limitless-safe-clean-energy-to-the-grid

[36] Openstar Technologies. OpenStar Launches Formal Collaboration with MIT Plasma Science and Fusion Center in Quest to Build New Zealand’s First Fusion Energy Device. https://openstar.substack.com/p/openstar-launches-formal-collaboration

（滕飛 孫玉玲）