日期：2025-11-08 06:27:43
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中金点睛
清洁核技术路线，全球东风已至。核聚变具备环境友好、资源充足、能量密度高、自限性反应机制等优势。中国近期将核聚变纳入“十五五”及未来产业重点方向，美国、日本、英国等国则通过专项立法、资金引导等方式加快落地节奏，形成从顶层设计到产业实践的全链条支持体系。
全球形成多元核聚变示范项目。根据《World Fusion Outlook 2024》，2024年全球托卡马克装置占比50%，其他路线（仿星器、激光器装置等）多元化存在。欧洲探索以ITER为核心的国际合作体系，国内自主研发并行，北美以私营企业为主体。根据FIA统计，截至2025年中，全球商业核聚变产业累计融资总额达到97.66亿美元，创近三年最高年度增幅。
产业正从实验室走向工程化落地的关键跃迁期。以ITER项目为例，核聚变装置核心价值集中于磁体、包层、真空室、偏滤器四大系统，设备中磁体系统、容器内部件、建筑和真空室的成本占比最高，分别为28%、17%、14%和8%。短期来看，核心部件国产化推进将主导产业节奏；长期而言，成本控制能力与跨学科技术融合（如AI等离子体控制）将决定核聚变在全球能源结构中的最终权重。
风险
核聚变项目进展不及预期，装置点火时间延后等。
Text
正文
核聚变：从理想终极形态走向商业化临界点
核聚变是人类理想的终极能源
可控核聚变被誉为“人类终极能源”[1]。据国际原子能机构定义，核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。核聚变反应发生在等离子体物质状态（由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体），具有如下优势：
1）环境友好：核聚变每公斤燃料可以产生比核裂变（用于核电厂）多四倍的能量，且反应产物主要为中子和氦核，基本无碳排放与高放射性废物；
2）资源瓶颈小：氘氚聚变作为能源，氘大量存在于水中，每升水可提取出约0.035克氘，通过聚变反应可释放相当于燃烧300升汽油的能量；氚可通过中子轰击锂来制备，而锂在地壳、盐湖和海水中大量存在；
3）能源密度高：2025年4月，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）创造了纳秒级8.6兆焦耳的能量输出[2]；
4）自限性反应机制：聚变反应依赖极端条件维持（如1亿摄氏度），若等离子体温度下降至阈值以下，离子动能不足以克服库仑斥力，聚变反应会在毫秒内停止，构成天然安全屏障。[3]
图表1：核聚变基本原理
资料来源：IAEA官网，中金公司研究部
图表2：核聚变反应三要素
资料来源：《超导磁体技术与磁约束核聚变》（王腾，2022），中金公司研究部
全球主流核聚变路径以氘-氚（D-T）聚变为代表。据FIA《The global fusion industry in 2025》报告数据，50家企业中有36家明确选择DT路径，另有4家使用氢-硼（p-B11），3家选用氘-氦3（D-He3），其余企业则采用氘-氘或锂等多种路径。DT聚变反应的优势在于1）能量产出高：每次氘-氚聚变反应可释放 17.6 兆电子伏特的能量，是能量密度最高的聚变反应之一；2）所需温度相对较低：相较于其他聚变反应，氘氚聚变反应所需的实现温度更低（1000万℃）。
图表3：氘氚聚变反应堆的主循环过程
资料来源：合肥太阿聚变科技有限公司官网，中金公司研究部
图表4：三种主要聚变反应的反应率随温度的变化关系
资料来源：ITER，中金公司研究部
全球主要经济体在政策端和资金端持续加码。作为全球能源格局变革的前沿领域，近年来各国政府密集出台核聚变发展战略，推动跨部门协同，明确核聚变在未来能源结构中的核心定位。中国近期将核聚变纳入“十五五”及未来产业重点方向，美国、日本、英国等国则通过专项立法、资金引导等方式加快落地节奏，形成从顶层设计到产业实践的全链条支持体系。各国政府在政策与资金方面的协同发力，正在显著缩短核聚变商业化进程的时间线，也为全球核聚变产业生态的初步构建奠定基础。
图表5：全球主要经济体在核聚变领域的政策推动与资金投入进展
资料来源：中国科学院科技战略咨询研究院，国家核安全局，中国核技术网，FIA官网，核融合科学研究所，英国原子能管理局，中金公司研究部
资本快速涌入核聚变赛道。随着行业技术路径逐步清晰、产业可行性增强，全球范围内聚变企业数量持续增长，投融资活跃度显著提升。根据《2025全球聚变产业报告》统计，截至2025年中，全球商业聚变产业的累计融资总额达到97.66亿美元，较2024年新增26.43亿美元，创近三年最高年度增幅。其中，私人资本贡献89.71亿美元，公共资金投入7.95亿美元，体现出资本市场对聚变能源商业化前景的高度认可。
美国 AI 巨头入局，为核聚变商业化注入关键动力。据Fusion Industry Association统计，在参与调查的45家聚变公司中，超半数公司预计首台核聚变机组将在2035年前实现并网供电，并在2040年之前满足低成本与高效率的商业可行性。与此同时，相关代表性企业正加速布局商业化路径：1）2023年美国Helion与微软签署电力采购协议，计划于2028年实现首台聚变发电机组并网供电，供应微软数据中心用电，成为全球首个聚变发电商业交付合同，该项目已于2025年7月启动土方工程与基建工作；2）2025年6月谷歌宣布将购买Commonwealth Fusion Systems首座商业聚变电厂ARC的一半发电量（200兆瓦），该电厂预计于2030年代初投运。
图表6：超半数公司认为2035年前核聚变能够实现并网发电
资料来源：FIA《The global fusion industry in 2025》，中金公司研究部
图表7：超半数公司认为2040年前核聚变电厂能够满足商业可行性
资料来源：FIA《The global fusion industry in 2025》，中金公司研究部
全球核聚变方案对比：托卡马克方案为主导
核聚变实验装置已先后实现关键物理指标突破。当前，全球聚变研究正加速迈入工程可行性验证与商业示范部署的新阶段，多个国家和区域正围绕不同技术路线、工程架构与产业组织方式，推进聚变堆原型机建设和商业化路径探索。欧洲聚焦以ITER为核心的国际合作体系，中国推进“CFETR-DEMO”自主路线，北美则以私营企业为主体，探索更快速的商业堆模式。整体来看，我们认为全球核聚变发展正处于向百兆瓦级工程演进的关键跃迁期，未来5-10年内将有多个示范性装置陆续落地。
图表8：可控核聚变进入工程可行性验证阶段
资料来源：中国核技术网，合肥物质科学研究院，Helion官网，《全球可控核聚变发展态势研究》（温一村，2024），中金公司研究部
托卡马克为目前实现核聚变的主流方案。为了持续输出反应能量，对于聚变等离子体的有效约束是关键。通常对于此类高温等离子体的约束方式有3种，即引力约束、惯性约束，以及磁约束。
图表9： 2024年全球主要聚变装置占比
资料来源：《IAEA World Fusion Outlook 2024》，中金公司研究部
图表10：2024年全球聚变装置类型&地区分布
资料来源：《IAEA World Fusion Outlook 2024》，中金公司研究部
高温超导磁体为关键演进方向。高温超导材料相比低温超导材料，具备高临界温度、高载流能力与高临界磁场的优势，能显著提升聚变功率密度，并且可以显著缩小聚变堆体积，进而大幅加速核聚变商业化进程。而超导磁体作为聚变装置中成本占比最高的环节（达20%-40%）[4]，采用高温超导材料的这一特性，对控制装置整体成本、推动技术落地至关重要。
图表11：低温超导与高温超导材料对比
资料来源：上海超导招股书，中金公司研究部
我们认为，核聚变在未来电力系统中的渗透程度取决于成本。据MIT Energy Initiative报告测算，在1.5℃稳定路径情景下，2050年核聚变电厂的隔夜建设成本对其装机规模具有决定性影响：当成本维持在11300美元/kW的高位时，聚变在电力结构中的比重相对有限；若成本下降至2800美元/kW，装机潜力则显著释放。
图表12：基于不同核聚变成本假设的全球电力系统结构预测
资料来源：MIT Energy Initiative《The Role of Fusion Energy in a Decarbonized Electricity System》，中金公司研究部
高温超导技术突破+成本下降有望引领核聚变装置走向商业化。第一代BSCCO高温超导材料在磁场下临界电流衰减很快，且原材料成本较高，使得其应用推广范围相对较窄。而第二代REBCO高温超导带材具有高载流能力、高不可逆场、高机械强度和原材料成本低等优势。根据上海超导招股说明书，上海超导第二代高温超导单价/成本已从2022年的360/262元/米降低至2024年的241/93元/米，降幅分别为33%/65%。随着第二代高温超导材料价格下降和良率的提升，有望进一步提升高温超导材料在核聚变装置中的使用。根据赛迪网，全球磁约束可控核聚变用高温超导材料市场规模预计从2024年的3.0亿元达到2030年的49.0亿元，期间CAGR达59.3%，行业规模有望实现快速增长。
图表13：高温超导材料价格逐渐下探
资料来源：上海超导招股说明书，中金公司研究部
图表14：2024-2030E全球高温超导材料市场规模
资料来源：上海超高招股说明书，赛迪网，中金公司研究部
细数全球核聚变工程：国际合作与自主研发并行
ITER：全球“人造太阳”计划，中方深度参与
“实物分摊+经费出资”的多国合作模式。欧洲承担建设成本比重最大，约为45.6%；剩余部分由中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国平均分担。中国承担了包括极向场线圈导体、磁体支撑系统、包层第一壁等关键设备的设计与制造任务，其中核工业西南物理研究院、中科院等离子体物理研究所是中方参与ITER的主要承担单位，国光电气、安泰科技、西部超导等企业也参与到相关部件、材料、工艺的研发和加工当中。2025年9月11日，由中国承担的ITER诊断系统首个关键部件径向X射线相机（RXC）实现成功交付。
图表15：ITER部件由各国分工完成
资料来源：ITER官网，中金公司研究部
图表16：中国ITER计划采购包情况
资料来源：《中国ITER计划采购包进展》（罗德隆等，2019），中金公司研究部
NIF：惯性约束聚变路径的技术验证平台
美国国家点火装置NIF是全球代表性的惯性约束聚变研究平台。该项目由美国能源部下属的LLNL实验室主导，NIF采用的是惯性约束聚变路径：通过192束激光在数十亿分之一秒内同步聚焦，释放超过2兆焦耳的能量于毫米级燃料球，实现对氘氚混合物的快速压缩与加热，依靠燃料自身惯性完成聚变。该路径在实现聚变能量释放时间控制、装置尺度紧凑性和快速能量释放等方面具备一定优势。
图表17：NIF装置结构图
资料来源：可控核聚变官网，中金公司研究部
图表18：NIF关键突破时间线
资料来源：可控核聚变官网，中金公司研究部
SPARC：世界首个高温超导托卡马克实验堆
SPARC计划（美国）以小型化设计验证点火可行性。在2025年3月，CFS宣布其首个核心组件低温恒温器底座顺利完成安装，装置组装工作正式拉开序幕。SPARC预计2025年完成主体装置建设，2026年产生等离子体，2027年完成能量增益大于1的目标，2030年聚变电场ARC实现向电网供电。
图表19：SPARC装置结构图
资料来源：可控核聚变官网，中金公司研究部
图表20：SPARC装置示意图
资料来源：可控核聚变官网，中金公司研究部
2025年8月，CFS公司B2轮融资8.63亿美元，累计融资额接近30 亿美元，约占全球商业聚变公司总融资规模的三分之一。投资者包括比尔·盖茨、索罗斯、谷歌母公司 Alphabet等。2025年6月，CFS与 Alphabet 签订供电协议，计划在 2030 年代通过 ARC 电站向谷歌供应 200兆瓦电力。近期，CFS宣布与谷歌旗下的DeepMind合作，将TORAX模拟（用于生成模拟数据）、强化学习策略、实际传感器数据整合在一起开发实时控制系统，在毫秒级响应等离子体的变化，助力SPARC实验堆。
国内构建较为完整的聚变实验体系。根据我国工程科学代表文献，我国核聚变技术路线建议为如下技术路线：1）第一阶段，力争在2025年推动中国聚变工程试验堆立项并开始装置建设；2）第二阶段，到2035年建成中国聚变工程试验堆，调试运行并开展物理实验；3）第三阶段，到2050年开始建设商业聚变示范电站。
图表21：中国磁约束聚变能发展技术路线
资料来源：《磁约束聚变能源的发展机遇与挑战》（高翔等，2023），中金公司研究部
以托卡马克装置为例，拆分核聚变设备成本
托卡马克核聚变装置普遍具备高复杂度、高精密度、高集成度等工程特征，整体建设与运行成本远高于传统能源设施。ITER项目预估成本为220亿美元，其中磁体系统、容器内部件、建筑和真空室的成本占比最高，分别为28%、17%、14%和8%。而在整个核聚变发电厂中，电厂配套设施、低温装置和冷却水系统的成本占比最高，分别为25%、16%。
图表22：ITER托卡马克装置成本拆分
资料来源：《Superconductors for fusion： a roadmap》（Neil Mitchell等，2021），中金公司研究部
图表23：核聚变发电厂成本拆分
资料来源：《Superconductors for fusion： a roadmap》（Neil Mitchell等，2021），中金公司研究部
中国构建了适配国内制造体系的聚变工程框架。随着EAST、BEST和CFETR等核心工程的推进，中国聚变装置成本结构逐步清晰化，并正在向国产化率高、工程集成度强、成套交付能力完善的方向演进。与海外相比，中国在超导材料加工、真空系统制造、低温设备与电源控制领域具备较强本土化能力，部分设备已实现自主供给，显著降低了建设与运维成本。
图表24：CFETR全超导托卡马克聚变堆核心设备成本拆分
资料来源：《Preliminary Cost Assessment and Compare of China Fusion Engineering Test Reactor》（Dehong Chen等，2014），中金公司研究部
磁体系统
磁体系统是托卡马克核聚变装置中价值量最高的核心子系统之一。磁体系统主要用于产生和维持稳定的磁场以约束高温等离子体，典型磁体结构包括环向磁场线圈、极向磁场线圈与中央螺线管等。随着磁体系统逐步从常规导体向低温超导体乃至高温超导体转型，超导材料成为其价值构成中的核心部分。目前广泛使用的NbTi与Nb3Sn两类低温超导材料在ITER、EAST等装置中已实现应用，但制造工艺复杂、稳定性要求极高，对工业基础提出严苛要求。部分新型项目正在探索采用不同超导材料来进一步降低体积与能耗，我们认为具备潜在突破空间。
包层系统
包层系统是磁约束核聚变装置中位于等离子体最内侧的结构层，承担能量收集、中子缓冲、氚增殖与热管理等多重功能。其中，第一壁材料作为与高温等离子体直接接触的界面构件，是整个包层系统中热负荷与辐照强度最集中的区域，其材料性能对装置安全性、运行寿命与效率起到决定性作用。钨材料是包层系统第一壁的主流候选方案，主要由于其具备极高的熔点、良好的热导率以及对高能粒子辐照的耐受性，目前已广泛应用在EAST等聚变装置中。
真空室系统
在制造方面，真空室的高度定制化与模块拼装工艺显著拉高了其整体成本占比。目前各国已在大型复杂不锈钢部件焊接等方面取得多项突破，但其工程制造、运输与安装仍是聚变堆建设中的核心瓶颈之一。我们认为，未来商业化装置若要降低真空室系统成本，需在结构优化、模块标准化与新材料引入等方向取得新进展。
图表25：ITER装置中的真空室部分
资料来源：ITER官网，中金公司研究部
偏滤器系统
偏滤器是磁约束聚变装置中专门用于控制等离子体杂质和排出热粒子的功能组件。偏滤器通常位于真空室底部，是等离子体废物和能量的主要出口，其核心作用是清除等离子体运行中产生的高能氦灰、杂质离子及中性粒子，防止杂质回流污染核心等离子体，同时承担吸收、分散巨大热流的任务，是整个聚变堆中热负荷最集中的部位。考虑到偏滤器面临的瞬时热流密度高达10MW/m²，其表面通常采用钨或钨铜合金等高热导率材料，背部则结合高效冷却结构实现热量迅速转移。[5]
图表26：EAST装置的偏滤器
资料来源：《面向托卡马克聚变堆的偏滤器工程设计研究》（张西洋等，2024），中金公司研究部
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