【国投证券｜环保公用】可控核聚变系列报告（一）：未来能源，聚变已至|人造太阳|国投证券|未来能源|核聚变|热核反应|环保公用|等离子体|辐射

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（来源：国投证券环保公用研究）

■核聚变是人类能源终极解决方案之一，当前正处于工程化验证阶段

核聚变由于资源无限性、能量密度大、高安全性和清洁性，被视为人类能源的终极解决方案之一。聚变反应的条件极为苛刻，需要满足温度、密度、约束时间三重积的劳逊条件才能够使得聚变系统实现能量输出。若以能量平衡、氚自持、可利用率、耐辐照能力四个指标作为评估核聚变反应堆的商用指标，人类正处于实验堆向商业堆转换阶段，技术路径尚未实现闭环验证。

从实现聚变条件的反应看，氘氚（D-T）反应是目前地球上最易实现聚变条件的反应，也是世界各国研究大规模聚变的首选。从约束方式看，当前全球范围内的聚变研究主要集中在磁约束聚变和惯性约束聚变两种技术路径上。其中磁约束被认为是目前最有希望实现大规模受控核聚变反应的一种约束方式。ITER是当前最具代表性的磁约束托卡马克装置，也是世界上规模最大的实验性托卡马克聚变反应堆。除此之外，惯性约束路径下的激光惯性约束和Z箍缩近年来也获得重要进展，我国大力发展的Z箍缩聚变裂变混合堆（Z-FFR）完成多项重要技术突破，有望在全球率先实现QENG>1。

■国内外核聚变产业融资活跃，各技术路线并行推进

国际方面，根据FIA发布《2025年全球聚变产业报告》，截至2025年，聚变产业累计融资总额达97.66亿美元，其中私人资本投入89.71亿美元，公共资本投入7.95亿美元。2024至2025年度新增融资26.44亿美元，较初期水平增长五倍。78%的企业预计将在2030-2035年间实现首座商业示范电厂投运，2040年之前实现并网已成为业界主流预期。国内呈国家队和民企双轮驱动格局，国家队以中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所和中核集团核工业西南物理研究院为主，目标是建造大型“人造太阳”，民企则聚焦开发小型、模块化的聚变反应堆，提供更低成本、更高效率的清洁能源。2025年7月，中国聚变能源有限公司在上海正式挂牌成立，被视为中国“人造太阳”商业化进程的关键里程碑；2026年政府工作报告中指出，要“培育发展未来能源、量子科技、具身智能、脑机接口、6G等未来产业”。根据工信部等七部门2024年发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，“未来能源”的重点领域包含“核能、核聚变”等重点领域，可控核聚变被写入政府工作报告，有望启动新一轮国家科技重大专项。我们认为，可控核聚变行业当前进入了从政策顶层设计到产业链协同，从技术路线共识到资本合力涌入的产业化多点突破的加速期

■从ITER看托卡马克装置，磁体系统和包层材料占比最大

托卡马克作为当前全球范围内发展最成熟、规模最大的可控核聚变路线，在多个领域完成了技术验证到工程化落地过程。根据ITER各环节价值量拆分，磁体系统、内部容器件、真空室等环节占比超50%。其中磁体系统是托卡马克实现等离子体磁约束的核心部件，正经历低温超导向高温超导演变过程，是建设更紧凑托卡马克装置，降低建造成本的重要路径；包层系统是等离子体直接反应的场所，面向等离子体材料（PFMs）的选择决定了反应的稳定性和有效性，钨基材料被认为是未来托卡马克最有希望的PFMs。我国承担了ITER约9%的采购包研制任务，覆盖较正场线圈制造、托卡马克核心安装、磁体变流器电源系统等关键系统研制等多方面，具备领先优势。

■投资组合及建议：

具体推荐标的，欢迎联系国投证券环保公用研究团队。

■风险提示：技术研发不及预期风险、核心企业业绩兑现的时滞性风险、政策推进不及预期风险、可控核聚变项目建设、招标不及预期风险

1.可控核聚变由实验室迈向工程化，多种技术路线并行

1.1.可控核聚变被视为人类能源终极解决方案之一

核聚变是两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。合并时，部分质量丧失转换为能量（质能方程E=mc²），从而释放巨大能量。可控核聚变是可控的并且能够持续进行的核聚变反应，在地球上建造的像太阳那样进行可控核反应的装置，被称为“人造太阳”。

聚变能具有资源无限性、能量密度大、高安全性和清洁性特点。（1）资源无限性：燃料氘可直接从海水中提取，全球海水中氘的储量超过40万亿吨，氚则可以利用聚变产生的中子与天然锂反应产生；（2）能量密度大：1g氘-氚产生的核聚变能量相当于8吨汽油，1g铀235产生的核裂变能量相当于1.8吨汽油；（3）高安全性：等离子体约束破裂时反应自动终止，不存在爆炸或堆芯熔毁的风险；（4）清洁性:运行过程中产生的放射性废物极少，且半衰期短。这些特性使得核聚变能被视为人类的终极能源

1.2.聚变点火需满足劳森判据，能量平衡是核聚变能否商用的重要指标

劳逊判据是评估核聚变反应堆能量平衡所需条件的理论标准。该理论基于一个理想化的脉冲聚变反应堆模型，探讨了如何实现能量的平衡。在理想状态下，聚变反应堆中的等离子体通过聚变反应产生的能量，以一定的效率转化为电能。这些电能再被用于补充等离子体的能量损失，包括轫致辐射损失、热传导损失以及由于粒子逃逸造成的能量损失。只有当补充给等离子体的能量足以补偿其损失时，聚变反应才能持续进行。劳森判据涉及三个主要的参数的三重乘积：等离子体的密度（粒子数每立方米），温度（以开尔文计）和能量约束时间（以秒计）的乘积。根据劳逊判据：当产生速率高于损失速率时，系统将产生净能量。如果足够的能量被燃料捕获，系统将能够自我维持。能量平衡的标准通常被称为Q。

在评估核聚变反应堆时，能量平衡、氚自持、可利用率、耐辐照能力4个指标最为关键，可用于各种聚变堆的技术性能差异比较。QSci=1代表着聚变放能和输入能量相等是能量“得失相当”条件，即聚变存在科学可行性；QEng=1代表着出入电能和输出电能一致，即聚变工程存在可行性。基于以上四个指标，聚变能源发展可以总结为需要跨越4个里程碑节点：节点1为当前的领域最优水平；节点2为ITER水平；节点3为聚变商业示范堆（DEMO）水平；节点4为第一代商业堆水平。近年来，各种聚变技术路线均取得显著进步，但面向能源应用的聚变技术路径尚未获得闭环验证，相应开发工作面临着多重挑战

氘氚（D-T）反应是目前地球上最易实现聚变条件的反应。聚变反应的条件极为苛刻，如前文所述，实现核聚变需要满足聚变反应劳逊条件(温度、密度、约束时间三重积):高温、高密度和长约束时间保持聚变反应环境。（1）高温：为了克服原子核间的库仑斥力，实现核聚变，必须将物质加热至极高的温度；（2）高密度：为使原子核之间的碰撞概率增加，提高聚变反应的速率，等离子体中的粒子数量巨大；（3）长约束时间：为了使核聚变反应持续进行并产生可观的能量，必须维持足够长的时间，这需要有效地约束等离子体。

常见的聚变反应有：

D-T(氘-氚聚变)：是当前可控核聚变研究中最有希望实现的反应，反应温度相对较低，但释放的能量相对于其他反应来说非常高，且能够产生高能量中子；

D-D(氘-氘聚变)：氘-氘反应是最基本的聚变反应之一，产生氦-3和一个中子，或者产生一个氚原子和质子，且同位素氘的获取相对简单;

p-11B (质子-硼11聚变)：反应过程不直接释放中子，因此相比其他聚变反应更为“清洁”。但p-11B聚变反应对温度和压力的要求极高；

D-3He (氘-氦3聚变)：相较于D-T反应产生较少的中子，但氦-3的获取相对困难;

3He-3He (氦3-氦3聚变)：氦3-氦3聚变反应完全不产生中子，被认为是一种极其干净的核能源，但3He难以获取；

在当前主要聚变反应中，D-T聚变反应截面最大，在温度10-50keV之间(对应1亿到5亿度，最大值为20keV)，对应的劳逊条件为1021keV s/m3，是目前地球上最易实现聚变条件的反应，其他反应条件，如氢硼聚变反应在热核条件下达不到劳森条件，因此尽管具有燃料易获得、无中子辐照损伤等优势，依然无法成为主流聚变反应。目前世界各国大规模聚变研究计划均首选D-T反应。

1.3.磁约束和惯性约束是主流聚变技术路径

从约束方式看，目前实现核聚变的技术路径主要分为以下几类：（1）磁约束聚变，即利用强大的超导磁场将高温等离子体约束在环形装置中，包括中国的“东方超环”EAST装置、BEST装置、中国环流三号(HL-3)、新奥玄龙-50U等，美国的SPARC项目，欧洲的ITER（国际热核聚变实验堆）等；（2）惯性约束聚变，通过高能激光瞬间轰击燃料靶丸引发聚变，美国国家点火装置（NIF）是典型代表；（3）磁-惯性约束聚变，结合磁场和惯性双重约束机制，典型如磁化靶聚变和脉冲磁约束等。这类方案在燃料被快速压缩前先施加磁场预先约束或加热，以降低能量损失、提高效率。（4）箍缩聚变，通过强电流在等离子体内自生磁场实现瞬时压缩，如Z箍缩（Z-pinch）方式。此外还有一些较前沿或特殊的聚变机制，如μ子催化聚变、致密等离子体聚焦、静电惯性约束等。

2.磁约束聚变：托卡马克是主流路径，ITER完成多项工程化攻关

磁约束路线通过加热聚变燃料至极高的温度，使燃料完全电离形成等离子体，采用特殊结构的磁场形式把燃料离子和大量自由电子组成的处于热核反应状态的高温等离子体约束在有限的体积内，使之受到控制地发生核聚变反应，并在此过程中释放出能量。增强磁场可以大幅度地减小带电粒子横越磁力线的扩散和导热特性，使处于磁场中的高温等离子体与反应容器的壁面隔开，从而保护壁面不受高温侵袭。是利用强大的超导磁场将高温等离子体约束在环形装置中，磁约束被认为是目前最有希望实现大规模受控核聚变反应的一种约束方式

2.1.托卡马克磁约束是最有希望实现可控核聚变的途径

根据磁场位形的不同，磁约束聚变装置有托卡马克、仿星器、磁镜、球形环、紧凑环等多种类型，磁约束核聚变研究70年的历史表明，基于托卡马克装置的磁约束核聚变是目前最有希望实现聚变能和平利用的途径。

托卡马克是苏联科学家于20世纪50年代提出的一种磁约束核聚变装置，其名字由俄文中环形、真空室、磁、线圈四个词的前几个字母组成，也代表了托卡马克装置的核心组成部分。托卡马克通过在环形真空室中构造出一个闭合的螺旋磁场，完成对高温等离子体的约束，聚变燃料在周而复始的运动中完成核聚变反应。在托卡马克环形真空室周围，分布着若干个环向场(纵场)线圈、中心螺管(欧姆加热)线圈、极向场线圈等几类磁体，等离子体运行中磁体通入电流产生磁场，以激发和控制等离子体

国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）是目前世界上规模仅次于国际空间站的科学工程，也是目前在建的世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆。ITER的计划分为三阶段：

第一阶段:建设一个能产生50万千瓦核聚变功率(能量增益因子Q=10)、重脉冲大于500秒氘-氚燃烧的托卡马克型核聚变实验堆；

第二阶段:探索实现具有持续(3000秒，Q>5)、稳定、高约束、高性能燃烧等离子体；

第三阶段:将优化燃烧等离子体至完全非感应运行模式，实现Q=3-5的稳态运行

根据ITER最新的项目时间表，项目计划2034年实现初步研究运行，2036年实现全磁能运行，2039年开始氘氚实验（较原计划推迟4年）。

磁体系统和容器内部件占ITER成本比重超40%。从ITER项目成本划分看，磁体系统、容器内部件、建筑分别占总成本的28%、17%、14%。此外，真空室、电源、辅助系统、加热及电流驱动分别占总成本的8%，8%，7%，7%。根据DEMO核聚变发电厂的成本估算，工厂总体成本预计将增至40%，而制冷系统、容器内部件、磁体系统的成本分别占比16%、15%、12%

2.2.从ITER看托卡马克装置核心构成

2.2.1.超导磁体系统：价值量最高的环节

托卡马克磁体系统是其实现等离子体磁约束的核心部件，磁体系统的线圈类型主要有环向磁场线圈(toroidal field coil，TF线圈)；极向磁场线圈(poloidal field coil，PF线圈)；中心螺管线圈(central solenoid coil, CS线圈)、辅助性线圈等，磁体系统的各类线圈通过协同工作产生特定形态的磁场，共同维持等离子体的稳定运行。

ITER共有超导大型磁体48个，具体包括18个纵场线圈(TF)、6个极向场线圈(PF)、6个中心螺管线圈组成的中心螺管(CS)和18个校正场线圈(CC)，其中TF和PF采用Nb3Sn超导线，CS和CC采用NbTi超导线。我国承担69%的NbTi超导线和7%的Nb3Sn超导线生产任务。

托卡马克装置中采用超导磁体是突破常规导体限制、实现高强度磁场和高能量约束效率的关键技术路径。ITER要把由氘、氚组成的上亿度高温等离子体约束在一个有限的空间里，产生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒，需要采用超导材料产生的强磁场对高温等离子体进行约束以使其避免与容器壁接触，从而实现聚变反应。与常规导体的线圈相比，超导线圈在超导态下直流电阻为零，可承载极高的电流密度而几乎不产生焦耳热，可以解决为维持强磁场而持续增大电流产生的焦耳热损耗问题。

超导材料经历了从低温超导（NbTi和Nb₃Sn为代表的材料体系）到高温超导（以REBCO(稀土钡铜氧)和BSCCO(铋锶钙铜氧)为代表的材料）的演变过程。

从产业链看，超导磁体系统上游为超导原材料（低温超导原材料主要为钛矿、铌矿和锡矿，高温超导原材料主要为钇钡矿、镁矿等），中游为超导带材和超导磁体集成商；从产业趋势看，当前低温超导占主导地位（约78%），而高温超导材料由于较高的临界温度（制冷成本低）、以及在承载电流和抵抗磁场方面良好的性能正逐渐取代低温超导材料，并使得建造更紧凑、更强磁场、更高效率的托卡马克成为可能

低温超导市场集中度高，头部企业已建立较高壁垒，高温超导“三足鼎立”。低温超导由于技术成熟，应用广泛，国内市场格局较为清晰，在可控核聚变领域，西部超导是唯一国家队企业，ITER项目中NbTi超导线和Nb3Sn超导线全部由西部超导提供，国内CRAFT、EAST、BEST等装置磁体材料也几乎由西部超导提供。高温超导国内主要参与者有上海超导、联创超导（联创光电子公司）和东部超导（永鼎股份子公司），其中上海超导产品已进入到全球可控核聚变龙头企业供应链，也是国内多个核聚变项目的核心供应商，是少数具备年产千公里级以上第二代高温超导带材能力的企业。

2.2.2.真空室：对工程化要求提高

真空室作为托卡马克装置的核心部件之一，是一个密封的双层钢制容器，是聚变堆的第一安全防护屏障，确保等离子体在腔室中实现连续旋转并不接触侧壁，为等离子体提供稳态运行环境，免受大气组分干扰。

托卡马克装置中，真空室体积越大，就越容易约束等离子体并实现产生显著聚变功率所需的高能状态。ITER真空室内部容积达1400立方米，为聚变物理学家提供了一个独一无二的实验平台：其内部中心区域容纳的等离子体体积（840立方米）是目前全球最大在运的托卡马克装置的六倍。ITER真空室外径19.4米，高11.4米，重约5200吨。（安装包层和偏滤器后，真空室总重将达到8500吨）

高密度焊缝与紧凑结构并存的特点，真空室的设计制造面临着设计风险系数高、成型精度低、磁导率难控制等难题。在聚变时，燃烧的等离子体要被约束在真空室内，真空室是等离子体直接运行的场所，因此真空室不仅要为真空室内部构件提供必要的支撑，在正常运行及非正常运行期间，还要承受自身和内部构件的重力、压力以及各种电磁力。根据合锻智能公司公告，由于运输限制以及为实现模块化制造，ITER真空室被均分为9个40°的扇区(Sectors)，各扇区制造完成后运输至ITER总装现场装配成360°环，每一个Sector的总高和总宽尺寸公差要求控制在±20mm以内。1/9真空室扇区设计包含184个Housing和长达160m的加强筋板，外壳分割多达60块，材料利用率仅30%，焊缝总长达1000m，平均焊缝密度10m/m2，远超普通真空容器。且聚变装置的结构紧凑性要求真空室(运行温度约100°C)、冷屏(约193°C)与磁体(约269°C)之间的设计间距必须控制在50mm以内。但在热胀冷缩效应的影响下，这三者之间的微小间隙可能会面临碰撞风险，因此对制造精度提出了极高要求。

2.2.3.包层系统：第一壁材料对服役要求高

包层是聚变堆中最重要的部件之一，其主要作用包括:(1)能量转换，将高能中子携带的聚变反应能量转换成热量，并进一步有效提取用于发电；(2)产气，在包层中利用含锂的氚增殖剂与中子反应产生气，并进行提取，投入到主真空室中，进行燃烧；(3)辐照屏蔽，屏蔽中子并防止堆内放射物质泄漏。在ITER装置中，包层系统为整个ITER装置提供中子和高热负荷的屏蔽，包括覆盖于ITER真空室内壁的两个不同的子系统——覆盖面积为620m²的壁挂包层模块和覆盖40m²的端口挂载包层模块。整个包层系统采用模块化设计，共计440块，总重量约1500吨。

包层不仅负责将聚变产生的能量转换为可用的电能，还要实现氚的自持和提供必要的辐照屏蔽。当前低活化铁素体马氏体钢(RAFM钢)作为包层材料取得了显著进展，但在面对更高水平的中子辐照时，现有材料的性能仍显不足。为了克服这些挑战，研究人员探索了添加氧化物弥散相来提高材料的高温蠕变强度，以及开发了机械合金化和非机械合金化方法来制备氧化物弥散强化钢(ODS钢)。此外，钒合金和碳化硅复合材料也因其独特的优势而成为研究的焦点，尽管它们目前还面临一些技术和应用上的障碍。展望未来，新型材料如复合块状非晶材料和低活化高熵合金，有望为满足下一代核聚变堆的严苛要求提供解决方案。

ITER每个模块由第一壁 (First Wall)、屏蔽块(Shield Module)以及柔性支撑等组成，面向等离子体材料是第一壁的核心。第一壁是包层系统的核心部件，由面向等离子体材料（此前所选材料是铍，2023年ITER改为钨）、中间热沉材料以及后面支撑背板材料三部分组成，主要连接工艺为热等静压（HIP）。根据不同模块所承受热载荷的不同，第一壁分为承担高热载荷和低热载荷两种类型，即普通热负荷型（NHF）和增强热负荷型（EHF）。

第一壁材料对服役要求高，金属钨被认为是理想材料。磁约束聚变中第一壁材料的选择需要考虑：（1）杂质的产生，避免冷却及稀释等离子体，需要优先考虑低物理或化学溅射及低Z轫致辐射的材料；（2）等离子体沉积热量的移除，避免温度积累，减少材料腐蚀，需要优先考虑热性能好、熔点温度高的材料；（3）氚滞留及再循环，关系到等离子体密度控制、氚自持燃烧、未来聚变堆发电的经济性；（4）第一壁材料需要能够抵抗腐蚀、灰尘产生、中子辐照损伤等影响，以及D-T聚变反应产生的高能中子及伽马射线对有机材料产生损伤及引起金属材料的活化。

金属钨(W)材料具有高熔点、高热导、低热膨胀系数、低溅射率，以及低燃料粒子滞留量等优异性能，被认为是未来聚变装置中最有前景的面对等离子体材料(PFM)，ITER已经确定纯钨作为偏滤器材料。EAST也已通过升级改造，实现了ITER-like结构的上钨偏滤器，其下偏滤器也将升级为钨偏滤器，拟实现全金属壁运行，为未来ITER运行提供物理支持

2.2.4.偏滤器：钨基材料是最有希望的PFMs

现代先进托卡马克通常采用极向偏滤器结构，位于真空室的上下方。偏滤器的作用是：(1)排出来自聚变等离子体的能流和粒子流；(2)有效地屏蔽来自器壁的杂质，减少对芯部等离子体的污染；(3)排出核聚变反应过程中所产生的氦灰等产物，并提取有用的热量用于发电。

其中，等离子体损耗功率热量的迅速排出是聚变反应堆成功运行的关键，而面向等离子体部件(plasma-facing components，PFCs)是偏滤器区域中直接与等离子体相互作用的部件，承受来自等离子体的强粒子流和高热流的冲击，服役环境十分苛刻。为维持PFCs在如此严苛的工况下正常运行，目前的解决方案是在PFCs热沉材料中开流道通冷却剂，带走等离子体与PFCs相互作用产生的大量热量，从而确保热沉材料和面向等离子材料处于其许用温度范围内，使PFCs能够在聚变堆内正常服役。因此，偏滤器热沉材料的性能对聚变堆能否成功运行起着关键作用。

钨基材料被认为是未来托卡马克最有希望的PFMs（面向等离子体材料）。EAST最初采用石墨或钨单体材料，只能在低功率试验条件下维持数秒，无法满足高功率长脉冲的工程使用要求，钨铜复合组件成为理想的候选方案。安泰天龙（安泰科技全资子公司）是全球首家量产ITER全钨复合偏滤器，为法国WEST装置和国际热核聚变ITER提供多批次的钨铜产品，2025年承接中国环流三号升级项目；国光电气公司为ITER项目提供偏滤器、包层系统等关键部件，同时为国内EAST装置提供偏滤器。

2.2.5低温恒温器（Cryostat）：托卡马克装置的“安全屏障”

低温恒温器（真空杜瓦）一般为不锈钢高真空容器，处于整个托卡马克装置外围，为真空室与超导磁体提供高真空及超低温环境并支撑整体结构。ITER低温恒温器是人类迄今建造的最大不锈钢高真空压力容器（容积16,000立方米），为真空室和超导磁体系统提供超高真空（10⁻⁴ Pa）与极低温（4K）环境。

主要功能：(1)真空密封。为超导磁体系统（TF/PF线圈）提供高真空环境（≤10

⁻⁴ Pa），减少热传导与对流损失；(2)热屏蔽。通过多层绝热材料与液氮冷却的热屏蔽层（80K），降低辐射传热至4.5K超导线圈；(3)结构支撑。作为整个托卡马克装置的外壳，承受自重、地震载荷及电磁力（如等离子体破裂时的瞬态力）；(4)安全屏障。作为放射性物质（如氚、活化粉尘）的第二层包容屏障（第一层为真空容器）

2.3.中国在ITER中参与的情况

ITER计划参与方包括中国、欧盟、日本、韩国、俄罗斯、印度和美国七个成员方共三十多个国家共同参与，总投资约280亿欧元，其中中国承担了约9%的采购包研制任务，覆盖较正场线圈制造、托卡马克核心安装、磁体变流器电源系统等关键系统研制等多方面

3.惯性约束：激光约束进展迅速，Z箍缩优势亮眼

3.1.激光惯性约束

惯性约束采用高能量的激光或粒子束将燃料加热和压缩为等离子体，在自身惯性作用下，等离子体在极短的时间内来不及向四周飞散，在此过程中被压缩至高温、高密度的物理状态，从而发生核聚变反应。具体而言，驱动器在10ns左右的时间内向氚聚变靶丸输送10MJ级的辐射能量，可以释放出GJ级聚变能量，靶丸从获得能量到聚变放能的总时长小于100ns。目前能创造这种条件的技术，只有Z箍缩和激光。

惯性约束的代表性项目是美国国家点火装置(National Ignition Facility，简称NIF)，项目建设始于1997年，并在2008年完成了整个建设周期，总投资额达22.5亿美元。NIF由两大核心组成部分构成——高能紫外线激光系统和靶室，激光系统包括光脉冲发生器、激光放大器、脉冲驱动系统、光学开关、光学聚能器以及激光束的精确控制系统，目的是将主振荡器产生的初始低功率激光脉冲进行校正和显著放大，最终实现对微型氘氚（DT）靶丸的精确聚焦。通过这一过程，NIF能够产生强大的激光能量，以实现对靶丸的高效压缩和聚变反应的触发。NIF项目于2022年12月5日利用2.05MJ激光驱动能量，获得了3.15MJ的氘氚聚变放能，是人类历史上首次在实验室实现了聚变放能大于驱动能量。

惯性约束聚焦点火效率，中心点火是主流途径。实现热核聚变点火是激光聚变研究最重要的目的之一。聚变点火是指局部热核反应产生的能量可以加热周围的冷燃料达到热核反应所需的温度，为持续反应创造条件。激光聚变的点火技术途径主要有中心点火、快点火和体点火等。（1）中心点火是通过内爆过程将大部分氘氚(主燃料)压缩到超高密度，将中心很小部分氘氚(热斑)加热到高密度和高温度;中心部分氘氚发生热核反应产生聚变能量，进一步加热热斑并引发主燃料聚变反应，最终放出大量聚变能量；（2）快点火是将燃料压缩与点火热斑形成分开的点火方式，核心是追求高密度；（3）体点火是把氘氚燃料整体压缩到点火条件，一般利用重金属材料来降低压缩过程中轫致辐射带来的能量损耗。与中心点火技术途径相比，体点火在点火能量要求和能量增益方面并没有优势。但如果有比较充足的驱动能量，体点火靶的皮实性高。在有限的激光能量条件下，难以将聚变燃料整体加热到发生聚变反应需要的温度，只能将中心小部分氘氚加热到高温度，引发聚变反应，因此中心点火是当前惯性约束聚变的主流点火途径

激光玻璃是激光驱动器的核心装置。钕玻璃作为介质能够将10-9焦耳能量的微弱激光扩大百万亿倍至106焦耳，是目前人类所知地球上能够输出最大能量的激光工作介质，因此，钕玻璃直接决定了激光装置输出能量的大小，是激光装置的“心脏”。NIF的激光驱动器使用了3072片尺寸为810mmX460mmX40mm的激光钕玻璃，具备短脉宽、大能量、高功率的紫外激光输出等优势，但造价高达35亿美元。我国上海光机所根据不同时期大型高功率激光装置和激光技术发展的应用需求，对激光钕玻璃的品种、型号和制备工艺技术进行了持续研发，N31等型号激光钕玻璃元件作为核心增益介质材料，已在神光系列装置中发挥重要作用。

点火成功到商用，激光驱动器效率提升&靶丸成本下降任重道远。NIF虽已实现靶丸能量增益(Q>1)，但驱动器效率较低，向靶丸注入约2兆焦耳的激光能量，激光系统需从电网汲取数百兆焦耳的电能，NIF的整体壁插效率仅约为0.5%∼0.7%，且每次投射激光束之后需要数小时冷却，每天只能使用1-2两次，无法满足商用电站高频率需求，激光聚变商业化应用依然任重道远

3.2.Z箍缩聚变裂变混合堆或是距离商业化最近的技术路线

在物理模型中，等离子体被视为一个圆柱体，电流沿着轴向（Z轴）流动，而产生的磁场则沿着角向（方向）环绕。这种特定的“轴向电流、环向磁场”构型，被定义为Z-pinch（Z箍缩）。

Z箍缩聚变是指利用脉冲功率技术产生快速上升(100-500ns)的大电流(数十MA),将电流馈入同轴柱形负载，使柱形负载在轴向电流洛伦兹力作用下发生高速向心内爆后与聚变靶的泡沫转换层作用产生X射线，进而压缩并加热聚变燃料，在内爆运动惯性约束下实现热核点火和燃烧的过程。Z箍缩聚变主要分为三个阶段：（1）电磁内爆阶段；（2）辐射压缩阶段；（3）聚变放能阶段

Z箍缩聚变裂变混合堆或是距离商业化最近的技术路线。除了直接利用Z箍缩极高的能量密度，直接实现高增益的聚变反应路线之外，中国工程物理研究院研究团队提出了“Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆(Z-FFR)”概念。采用Z箍缩驱动惯性约束聚变(ICF)途径.利用快Z箍缩技术提供足够的等离子体内爆动能、并与聚变靶丸相互作用，近似球对称地压缩热核燃料(氘氚冰),最终实现大规模热核聚变。该技术路线利用裂变技术克服聚变瓶颈，利用聚变技术破解裂变难题，克服了纯聚变能源“技术极难”且“造价极贵”的困境，又为压水堆乏燃料和贫铀的直接利用创造了条件，在工程可行性和商业可行性方面具有显著优势。

Z箍缩聚变裂变混合堆包括局部体点火靶、深次临界裂变包层、重频长寿命驱动器三项原创重大关键技术。局部体点火靶能够很好地匹配Z箍缩驱动条件，60MA量级的驱动器就可以实现高增益燃烧和2-3GJ级聚变放能，是破解聚变困局的关键。使用天然铀或乏燃料的深次临界裂变包层可将聚变能量二次放大10倍以上，显著降低聚变规模、并提供富裕中子，解决聚变氚自持、耐受高能中子辐照以及裂变燃料增殖、高放射性废物嬗变问题。重频驱动器为大规模聚变创造条件，10s运行一次，解决准连续运行问题。这样，一个功率为200-300MW的聚变单元驱动一个深度次临界裂变包层就可以稳定实现1GW以上的电功率输出，使得Z-FFR成为极具竞争力的聚变能源系统。

局部整体点火能够匹配Z箍缩驱动条件。Z箍缩内爆等离子体主要沿径向飞行，方向性很强，利用“中心点火”模型设计的聚变靶将难以实现高度球对称压缩，也难以控制其能量加载的时间行为。其次，若采用柱对称压缩技术路线，压缩度又成为难题，很难实现既点火、又很好燃烧，也难以达到所希望的燃耗深度，即难以释放出足够的聚变能量。再次，尽管Z箍缩能量充足，但要实现完全的整体点火所需要的能量高，工程代价巨大。因此中物院提出“局部整体点火”技术路线，与完全体点火相比，它巧妙地解决了点火和大规模聚变放能难题，并大幅降低了对驱动器提供能量的要求

重频驱动器方面，中物院针对快脉冲直线变压驱动器（Linear Transformer Driver，LTD）做了大量研究，于2005年成功研制国内第一个快脉冲LTD原理模块，2021年建成50MA超高功率强留驱动器的LTD单路样机，是目前世界上输出能力最强的LTD驱动器。LTD电路结构的特点是“分而治之”可以将能量和功率分配到大量的元器件，降低元器件承受的压力，从而具备重频长寿命的潜力。我国正建设50MA电磁驱动大科学装置，目标是实现Z箍缩驱动的聚变点火，并验证LTD装置的工程可行性，项目预计2028年完成建设，50MA装置电储能65MJ，驱动局部体点火靶可以实现200-300MJ聚变放能，有望在全球率先实现QENG>1的历史突破

4.全球核聚变商业化进程加速，有望2040年之前实现并网

4.1.国际：产业融资活跃，各技术路线并行推进

在全球战略竞速与技术攻坚的双重驱动下，除ITER、NIF之外，全球各国依托国家级聚变装置在多技术路线下实现里程碑突破。

美国国家聚变设施（DIII-D）：实现两大关键进展，一是通过“临近控制”算法大幅提升了等离子体密度，使其超过理论密度20%，该进展将显著提升聚变能量增益。二是通过新的磁场配置，DIII-D实现了“超级H模式”等离子体，提高了等离子体的稳定性和反应效率。

欧洲聚变装置持续突破技术边界：德国Wendelstein7-X仿星器证明长时间等离子体稳态运行的出色稳定性，成功地维持了长等离子体放电三重积长达43秒的新峰值，为未来聚变电站的发展提供了重要技术支持。法国WEST装置于2025年2月12日在5000万摄氏度的高温条件下成功将等离子体维持了1337秒，刷新稳定时间纪录。

亚洲方面，日本JT-60SA托卡马克装置于2024年10月创造了160立方米的等离子体体积记录，远超此前其他装置的100立方米。韩国KSTAR托卡马克装置在2024年实现了48秒的1亿摄氏度等离子体温度，打破了该装置于2021年创造的30秒的纪录。

全球聚变产业融资持续跃升，商业化信心不断增强。FIA发布《2025年全球聚变产业报告》，报告显示截至2025年，聚变产业累计融资总额达97.66亿美元，其中私人资本投入89.71亿美元，公共资本投入7.95亿美元。2024至2025年度新增融资26.44亿美元，较初期水平增长五倍，其中Pacific Fusion、Helion、Proxima Fusion和TAE Technologies进行了重大融资。

从技术路线看，参与回复的51家企业中，25家采用磁约束（托卡马克和仿星器），11家为惯性约束，6家为磁惯性路径，其余为静电约束、介子催化等新型路径。

商业化进展预期方面，78%的企业预计将在2030-2035年间实现首座商业示范电厂投运，11%的企业目标设定在2030年之前；预计并网发电时间方面，68%的公司计划在2030-2035年间实现，2040年之前实现并网已成为业界主流预期

头部企业纷纷启动售电协议与电厂建设。CFS与谷歌创纪录合作：全球最大聚变售电协议。美国Commonwealth Fusion Systems（CFS）于2025年7月与谷歌签署全球最大聚变售电协议，计划在2030年代初从其首座商业聚变电厂ARC向谷歌供应200兆瓦电力。该电厂建成后发电能力达400兆瓦，可满足约15万户家庭用电需求。CFS正加速推进SPARC示范装置建设，预计2026年完工并于2027年首次验证能量净增益（Q>1），为后续商业化铺平道路。

HelionEnergy启动全球首座聚变电厂建设。美国HelionEnergy公司采取磁惯性约束技术路线，利用场反转配置反应堆方法，且以氘-氦-3为燃料，该公司的设计通过直接将快速脉冲聚变反应转化为电能，绕过了传统涡轮机系统。2023年5月，Helion和微软签署了一项历史性电力购买协议（PPA），计划从2028年开始通过一座50兆瓦的聚变发电厂为微软的数据中心提供电力。2024年5月10日，HelionEnergy宣布与科技巨头微软签署对赌协议，2028年实现为微软供电50兆瓦的目标。2024年9月，HelionEnergy又与北美最大的钢铁生产商和回收商纽柯签署协议，开发一座500兆瓦的聚变发电厂。2025年7月30日，公司宣布已开始在其拟建聚变发电厂“猎户座”（Orion）的厂址上进行建设，标志着聚变电力并网取得关键进展。

聚变企业正积极推动电厂选址，形成区域化产业集群。2024年2月，TypeOneEnergy与田纳西河谷管理局合作，计划在退役煤电厂旧址建设聚变设施；同年12月，CFS联合DominionEnergy在弗吉尼亚州里士满以外开发其第一家工厂，目标2030年代初运营。全球范围内，美国太平洋西北部、五大湖区及英国牛津集群已初具规模，各国通过政策调整强化供应链与人才网络，竞相争夺"聚变中心"地位

4.2.“国家队+民企”双轮驱动，中国聚变商业化加速布局

4.2.1国家队推动聚变装置演进升级，“三步走”战略逐步落地

我国聚变装置的发展经历了“从跟跑到并跑、从实验装置到工程验证、从国家主导到多元协同”的跨越式演进，技术路径涵盖托卡马克、球形环、FRC等多种方向。在国家核能“三步走”战略（热堆—快堆—聚变堆）指引下，我国核聚变研究进入快速发展阶段。

“国家队+民企”双轮驱动新格局。目前，中国在核聚变研究上形成了两股主要力量：以中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所和中核集团核工业西南物理研究院为主的“国家队”；以及迅速崛起的商业化企业。“国家队”建造的是大型“人造太阳”，为未来真正点亮“人造太阳”打基础、做准备。商业化企业则采取小型“人造太阳”的模式，通过开发小型、模块化的聚变反应堆，提供更低成本、更高效率的清洁能源。

两大院所引领创新，聚变研究进展显著。核工业西南物理研究院新一代人造太阳“中国环流三号”（HL-3）于2025年3月28日实现“双亿度”，标志着我国聚变装置具备了聚变燃烧相关的高参数运行能力。中国科学院等离子体物理研究所EAST（2006）作为全球首个全超导非圆截面托卡马克，于2025年1月20日首次实现在1亿摄氏度下1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创世界新纪录。

预计2050年前我国将实现聚变商用电站的目标。聚变能实验堆预计最早在2027年可迎来Q大于1的关键节点，CFEDR计划于2035年完成建设，届时我国聚变工程堆的关键参数有望进一步取得进展。中国在核聚变领域的发展路线规划显示，预计在2050年前后建成聚变商用电站，实现聚变堆商用发电。

4.2.2.民营企业加速商业化，聚变能源产业链深度布局

民营企业加速布局，聚焦小型堆。商业化企业聚焦开发小型、模块化聚变反应堆，以提供低成本、高效率的清洁能源为目标。目前已有至少7家聚变企业活跃在国内市场，包括新奥集团、能量奇点、星环聚能、星能玄光、瀚海聚能、聚变新能、中国聚变能源有限公司等，初步构建起千亿级聚变产业生态。

（1）托卡马克路线：能量奇点、星环聚能、聚变新能

能量奇点公司于2024年6月成功点亮全球唯一全高温超导托卡马克装置“洪荒70”，实现标志性等离子体放电；2025年3月，其自主研发的“经天磁体”更以21.7特斯拉的强磁场刷新世界纪录，超越美国MIT与CFS公司保持的20.1特斯拉水平，标志着能量奇点在高温超导聚变磁体领域达到国际领先水平。为攻克氘-氚反应的关键瓶颈，公司计划2027年建成下一代装置“洪荒170”，推动上海未来能源产业向商业化迈出实质性步伐。

星环聚能仅用279天建成球形托卡马克装置，11个月内验证原创技术可行性，并实现480kA等离子体电流的重大突破。其独创的高温超导重复重联技术，正加速改写聚变能源商业化进程——其即将建设的NTST装置有望成为全球首个原生负三角球形托卡马克，通过融合AI算法强化等离子体控制能力，计划2030年左右展示一个可输出电能的聚变反应堆。

聚变新能提出清晰的"三步走"战略：第一阶段（2022—2030年）通过BEST完成发电演示，实现聚变能量净增益的技术突破；第二阶段（2030年起）建设CFEDR，实现超过1000兆瓦聚变功率的稳态运行，聚变增益达到Q>30；第三阶段在2040年前后，由商业化公司联合产业链上下游企业共同推进更大功率的聚变商业堆建设，最终实现低成本、可持续的聚变能源输出。2025年7月14日，高温超导电流引线顺利通过极端工况下的性能测试，其稳态载流能力突破100kA，创造世界纪录。

（2）场反位形（FRC）：瀚海聚能、星能玄光

瀚海聚能于2025年7月成功点亮中国首台商业化直线型FRC装置HHMAX-901，该装置已具备后续场反实验基础。星能玄光于2025年2月完成Xeonova-1装置的安装与放电测试，刷新全球聚变装置建造纪录。

（3）球形环氢硼聚变技术路线上则由新奥科技实现里程碑突破。其自主设计的"玄龙-50U"装置在升级首代设备基础上，于2024年1月实现等离子体放电后，今年4月更创下全球首次兆安级氢硼放电纪录：等离子体电流达到1兆安，温度达到4000万度。这一成就不仅攻克了电流维持的技术瓶颈，更验证了氢硼燃料在磁约束条件下高参数运行的科学可行性

4.2.3.中国聚变能源有限公司成立，可控核聚变纳入“未来能源”

中国聚变能源产业化进程在2025年迎来关键转折。2025年7月22日，由中国核工业集团牵头、七家央企联合注资114.92亿元的中国聚变能源有限公司在上海正式挂牌成立，注册资本超150亿元。这一动作被业界视为中国“人造太阳”商业化进程的关键里程碑，也为全球能源革命注入新动能。8月1日，诺瓦聚变于斩获5亿元天使轮融资，创下国内聚变企业单笔融资纪录。该公司依托场反位形与磁压缩技术创新，规划三阶段发展路径：短期实现1亿度离子温度验证，中期突破聚变增益Q＞1，长期目标建成50兆瓦小型模块化电站，力争2035年助推全球零碳供电转型。

目前，国内以中核集团和中科院为代表的两大聚变能研究机构已分别牵头成立产业联盟，旨在围绕聚变研究装置建立聚变产供链体系，实现聚变产业化融合发展。中核集团牵头成立可控核聚变创新联合体。联合体包含33家中央企业、科研院所、高等院校及民营企业，其目标是把握未来产业关键环节，探索聚变能创新体系能力建设，在技术研发、产业化推进、国际合作等方面发挥合力优势，完成聚变产业生态培育、全产业链体系打造。中国科学院等离子体研究所于2023年牵头成立聚变产业联盟。该联盟联合合肥合锻、中国一重、上海电气、西部超导等相关企业、科研院校、服务机构。该产业联盟下设9个工作组，旨在统筹加快聚变能源核心技术攻关

5.投资组合及建议

具体推荐标的，欢迎联系国投证券环保公用研究团队。