由中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)系統(tǒng)雙碳戰(zhàn)略研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)營(yíng)的“雙碳情報(bào)”公眾號(hào)正式上線！重點(diǎn)跟蹤報(bào)道主要國(guó)家和重要組織雙碳相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃、政策法規(guī)、發(fā)展路線圖、重大計(jì)劃、重點(diǎn)項(xiàng)目等動(dòng)態(tài)訊息，監(jiān)測(cè)分析雙碳領(lǐng)域國(guó)際前沿科技熱點(diǎn)和發(fā)展態(tài)勢(shì)。

全球核聚變戰(zhàn)略部署和技術(shù)進(jìn)展分析

核聚變技術(shù)是全球主要國(guó)家能源戰(zhàn)略未來(lái)布局的重點(diǎn)方向。2025年2月底，美國(guó)一家由私人基金支持成立的核聚變規(guī)?；瘑T會(huì)發(fā)布報(bào)告[1]，建議美國(guó)政府將聚變能確立為國(guó)家安全優(yōu)先事項(xiàng)，構(gòu)建聚變能領(lǐng)導(dǎo)體系推進(jìn)商業(yè)化。3月16日，知名財(cái)經(jīng)媒體CNBC發(fā)文指出，中國(guó)和美國(guó)正在競(jìng)爭(zhēng)成為首個(gè)實(shí)現(xiàn)聚變能并網(wǎng)發(fā)電的國(guó)家，美國(guó)在這一領(lǐng)域曾長(zhǎng)期領(lǐng)先，而中國(guó)正以雙倍的資金投入和創(chuàng)紀(jì)錄的技術(shù)創(chuàng)新速度趕超[2]。本文梳理2024年以來(lái)全球核聚變戰(zhàn)略部署，分析聚變技術(shù)研究進(jìn)展以及典型初創(chuàng)企業(yè)動(dòng)態(tài)，為我國(guó)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(cái)政投入，設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)支持關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

2025年1月16日，美國(guó)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(jì)劃”8家企業(yè)達(dá)成協(xié)議撬動(dòng)了超過(guò)3.5億美元的私營(yíng)投資，支持進(jìn)一步創(chuàng)建聚變能創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)[3]。同天，英國(guó)政府宣布為2025—2026年“聚變未來(lái)計(jì)劃”投資4.1億英鎊[4]，計(jì)劃2027年前向聚變能領(lǐng)域投資總額達(dá)6.5億英鎊。德國(guó)自2023年9月起，計(jì)劃未來(lái)五年通過(guò)“聚變2040計(jì)劃”增加投入3.7億歐元（到2028年投入總額達(dá)到10億歐元），同步推進(jìn)磁約束和激光約束聚變技術(shù)路線開(kāi)發(fā)。日本大力支持核聚變技術(shù)開(kāi)發(fā)，從2023年開(kāi)始啟動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)支持政策，支持小型化、精密化、獨(dú)創(chuàng)性的新興技術(shù)探索，加速未來(lái)核反應(yīng)堆原型開(kāi)發(fā)，推進(jìn)核聚變相關(guān)基礎(chǔ)研究。

2、積極引導(dǎo)金融資本并實(shí)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(dá)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(jì)2030年全球市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)5000億美元。其中，有21家企業(yè)認(rèn)為可以在2030—2035年期間實(shí)現(xiàn)核聚變并網(wǎng)發(fā)電。2024年12月16日，韓國(guó)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(dòng)聚變能戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。歐盟計(jì)劃在2026年前組建一個(gè)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)私營(yíng)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(guó)時(shí)任總統(tǒng)拜登簽署了《加速部署多功能、先進(jìn)核能清潔法案》[6]，使其成為正式法律。包括通過(guò)明確的監(jiān)管權(quán)限和投資激勵(lì)措施推動(dòng)清潔能源的發(fā)展。2025年4月4日，美國(guó)大西洋理事會(huì)發(fā)布《構(gòu)建全球核聚變部署之路》報(bào)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(guó)國(guó)家科學(xué)與工程院發(fā)布《德國(guó)制造的聚變》報(bào)告[8]，建議制定聚變能源法，將聚變電站與裂變分開(kāi)監(jiān)管，營(yíng)造一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)適當(dāng)且有利于創(chuàng)新的環(huán)境。

二、全球核聚變技術(shù)最新進(jìn)展

1、全球聚變能實(shí)驗(yàn)陸續(xù)取得重大突破，運(yùn)行試驗(yàn)加快向工程驗(yàn)證邁進(jìn)

我國(guó)在等離子體高參數(shù)運(yùn)行、三維非平面模塊化線圈制造和雙億度聚變實(shí)驗(yàn)等方面取得系列世界領(lǐng)先成果，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)也相繼推進(jìn)關(guān)鍵裝置升級(jí)和高約束實(shí)驗(yàn)，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(jìng)賽全面提速。

（1）中國(guó)。2024年11月14日，準(zhǔn)環(huán)對(duì)稱(chēng)仿星器平臺(tái)首次實(shí)現(xiàn)三維模塊化線圈生成高精度磁場(chǎng)，標(biāo)志我國(guó)繼美國(guó)和德國(guó)之后掌握了該核心制造工藝[9]。12月29日，由中國(guó)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(yùn)行的聚變堆主機(jī)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(cè)試實(shí)驗(yàn)[10]，多個(gè)核心指標(biāo)超預(yù)期，確立其為全球最大、最完備的超導(dǎo)磁體動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)[11]。2025年1月20日，中國(guó)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(shí)驗(yàn)裝置EAST首次實(shí)現(xiàn)在1億攝氏度下1066秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，創(chuàng)世界新紀(jì)錄。3月28日，核工業(yè)西南物理研究院新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”實(shí)現(xiàn)“雙億度”，標(biāo)志著我國(guó)聚變裝置具備了聚變?nèi)紵嚓P(guān)的高參數(shù)運(yùn)行能力[12]。

（2）美國(guó)。2024年10月25日，美國(guó)DIII-D國(guó)家核聚變?cè)O(shè)施完成了20萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)性的“脈沖”測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)理論上限20%的密度，同時(shí)保持了高質(zhì)量的等離子體約束[13]。2025年1月，美國(guó)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室和西班牙塞維利亞大學(xué)合作研制的全球首臺(tái)負(fù)三角度托卡馬克裝置SMART產(chǎn)生首束等離子體，標(biāo)志新構(gòu)形驗(yàn)證取得進(jìn)展[14]。

（3）德國(guó)。2024年9月10日，德國(guó)馬克斯·普朗克等離子體物理研究所對(duì)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(jí)，啟動(dòng)新的實(shí)驗(yàn)階段[15]。10月28日，該機(jī)構(gòu)在ASDEX Upgrade托卡馬克裝置上驗(yàn)證了“共振磁擾動(dòng)（RMP）通過(guò)形成磁島抑制邊界局域模（ELM）”的物理機(jī)制[16]。

（4）法國(guó)。2025年2月12日，法國(guó)WEST裝置在5000萬(wàn)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(shí)間紀(jì)錄[17]。

2、示范項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)

多國(guó)相繼啟動(dòng)新一輪示范裝置建設(shè)。2024年11月12日，日本正式啟動(dòng)聚變能示范電廠項(xiàng)目FAST，預(yù)計(jì)將在2025年完成初步設(shè)計(jì)，2030年代末進(jìn)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(biāo)是到2026年實(shí)現(xiàn)科學(xué)盈虧平衡。

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

多國(guó)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛部署AI模型，用于等離子體控制、材料開(kāi)發(fā)和裝置設(shè)計(jì)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(guó)能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的AI模型將等離子體加熱預(yù)測(cè)速度提高1000萬(wàn)倍[19]。2025年2月，中國(guó)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(gè)專(zhuān)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(cè)并控制等離子體約束磁場(chǎng)狀態(tài)，顯著提升高速動(dòng)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(jī)械強(qiáng)度等方面取得重要進(jìn)展，為未來(lái)聚變堆工程提供關(guān)鍵支撐。2024年7月10日，德國(guó)馬克斯·普朗克研究所通過(guò)激光誘導(dǎo)技術(shù)在更接近室溫的條件下實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象[22]。8月7日，美國(guó)紐約州立大學(xué)布法羅分校研究開(kāi)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(guó)Oxford Sigma、日本Kyoto聚變和加拿大STEP合作評(píng)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(guò)在金屬壁中添加具有較低氦嵌入能的納米級(jí)顆粒，顯著延長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)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(guó)際聚變合作持續(xù)深化，重大聯(lián)合項(xiàng)目加快關(guān)鍵設(shè)施建設(shè)與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

ITER與JT-60SA等多邊合作平臺(tái)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(lái)重要里程碑，大型環(huán)形場(chǎng)線圈在日本和歐洲成功完工并交付，我國(guó)承擔(dān)了其中12個(gè)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(cè)試準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)年內(nèi)實(shí)現(xiàn)首次等離子體實(shí)驗(yàn)[27]。日本與歐盟合作的目前世界上最大的核聚變實(shí)驗(yàn)堆JT-60SA正在進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，包括部署診斷系統(tǒng)、加熱裝置和等離子體控制設(shè)備，計(jì)劃于2026年下半年開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

三、典型核聚變初創(chuàng)企業(yè)創(chuàng)新方向

能量奇點(diǎn)能源科技（上海）有限公司和星環(huán)聚能公司是中國(guó)初創(chuàng)核聚變企業(yè)代表。2024年6月18日，能量奇點(diǎn)能源科技（上海）有限公司宣布其設(shè)計(jì)、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實(shí)現(xiàn)等離子體放電，成為全球首臺(tái)全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置；在12月31日成功進(jìn)行了超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況的通流實(shí)驗(yàn)，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(qiáng)場(chǎng)磁體成功完成了首輪通流實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生了高達(dá)21.7特斯拉的磁場(chǎng)，創(chuàng)下大孔徑高溫超導(dǎo)D形磁體的最高磁場(chǎng)紀(jì)錄[29]。2024年9月9日，星環(huán)聚能公司率先實(shí)現(xiàn)了球形托卡馬克等離子體的一種優(yōu)化位形，實(shí)現(xiàn)了等離子體電流翻倍，等離子體電子溫度提升超過(guò)2倍，最高電子溫度超過(guò)1.2千電子伏[30]。

美國(guó)聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司是全球最大的私營(yíng)核聚變公司。2024年11月20日，該公司成功測(cè)試了SPARC托卡馬克反應(yīng)堆設(shè)計(jì)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(chǎng)，是地球磁場(chǎng)的100000倍，并儲(chǔ)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(jì)2026年實(shí)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(guó)仿星器商業(yè)聚變公司Thea Energy成功運(yùn)行了全球首個(gè)超導(dǎo)平面線圈3×3磁體陣列系統(tǒng)[32]。

美國(guó)Helion Energy公司采取磁慣性約束技術(shù)路線，利用場(chǎng)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(dá)到能量?jī)粼鲆?，Helion Energy計(jì)劃通過(guò)第七代原型機(jī)Polaris，將產(chǎn)生的電子直接進(jìn)行回收，無(wú)需通過(guò)傳統(tǒng)的蒸汽帶動(dòng)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(biāo)是每千瓦時(shí)僅需1美分。該裝置延遲到2025年完成，預(yù)計(jì)將脈沖頻率從每10分鐘一次提高到每秒一次，以短時(shí)間內(nèi)加熱聚變等離子體至超過(guò)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(duì)賭協(xié)議，2028年實(shí)現(xiàn)為微軟供電50兆瓦的目標(biāo)。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(kāi)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(lái)構(gòu)建試驗(yàn)性聚變反應(yīng)堆，利用磁場(chǎng)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(jì)劃在2034年啟動(dòng)世界上首個(gè)穩(wěn)態(tài)核聚變反應(yīng)堆，并在2040年代開(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)，預(yù)計(jì)發(fā)電能力將達(dá)到50至100兆瓦。

2025年2月26日，德國(guó)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(jì)[35]。該設(shè)計(jì)采用準(zhǔn)等動(dòng)力（Quasi-Isodynamic, QI）仿星器技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)聚變堆連續(xù)可靠運(yùn)行。Stellaris以德國(guó)Wendelstein 7-X研究實(shí)驗(yàn)裝置的破紀(jì)錄成果為基礎(chǔ)，該裝置是世界上最先進(jìn)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(guò)磁體的南北磁場(chǎng)線來(lái)限制等離子體，這種設(shè)計(jì)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(jì)劃建造的懸浮偶極場(chǎng)反應(yīng)堆（LDR）的核心部件-超導(dǎo)磁體“Junior”已制造完成并開(kāi)始通電測(cè)試，標(biāo)志著懸浮偶極場(chǎng)聚變裝置迎來(lái)了首個(gè)里程碑時(shí)刻[36]。

注釋與參考文獻(xiàn)

上下滑動(dòng)查看

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[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

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[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(tái)全高溫超導(dǎo)磁約束聚變裝置點(diǎn)亮等離子體. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1802203347865947603&wfr=spider&for=pc

[29] 能量奇點(diǎn). 能量奇點(diǎn)創(chuàng)高溫超導(dǎo)磁體新紀(jì)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(guó)際首例！星環(huán)聚能實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)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）