10月1日，我国紧凑型聚变能实验装置BEST项目建设取得关键突破。BEST装置主机关键部件——杜瓦底座研制成功并顺利完成交付，成功精准落位安装在BEST装置主机大厅内，标志着项目主体工程建设步入新阶段。

2025年5月，BEST的总装工作正式启动，预计将在两年后建成，并在全球范围内首次实现聚变能发电演示。到2030年，有望通过核聚变点亮第一盏灯。

核聚变是两个轻原子核结合形成一个较重原子核，同时释放大量能量的过程。聚变反应发生在一种称为等离子体的物质状态中，等离子体是一种由正离子和自由移动电子组成的热带电气体，具有不同于固体、液体或气体的独特性质。太阳和所有其他恒星都是由这种反应提供动力的。

（资料来源：U.S. DOE Office of Science）

在人工实现的可控核聚变研究中，常见的聚变反应有：

（1）DT(氘-氚聚变)：氘-氚反应是当前可控核聚变研究中最有希望实现的反应，因为它在相对较低的温度下就能发生，且释放的能量相对于其他反应来说非常高。但这种反应产生的中子具有很高的能量，处理这些中子的辐射和材料问题是目前研究的难点之一；

（2）DD(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。这种反应相对容易实现，且由于同位素氘的获取相对简单，因此是可控核聚变研究中的一个重要反应；

（3）pB11(质子-硼11聚变)：这一过程不直接释放中子，因此相比其他聚变反应，被认为是一种更为“清洁”的核聚变反应。但pB11聚变反应对温度和压力的要求极高，远高于氘-氚聚变反应需要的条件；

（4）DHe3(氘-氦3聚变)：相较于D-T反应产生较少的中子，是一种更为“清洁”的核聚变反应。但氦-3的获取相对困难，这是实现该反应的主要挑战之一。

（资料来源：可控核聚变公众号）

02、实现条件

实现核聚变反应，需要同时满足三个条件：足够高的温度、一定的密度和一定的能量约束时间。

1）高温：原子核都带正电，只有在极高温条件下，才能获得足够高的动能，从而克服原子核之间的静电排斥。对于一团氘核整体而言，温度必须达到一亿度，才能够使它们具有足以产生碰撞的动能。而对于最容易实现的氘核与氚核间的聚变反应，温度也必须在五千万度以上。

2）燃料密度：燃料密度指等离子体中参与聚变反应的轻原子核（如氘、氚）的粒子数密度，即单位体积内的燃料原子数量。高密度可增加燃料粒子碰撞机会，从而提升聚变反应速率。根据劳森判据，聚变功率与粒子碰撞频率平方成正比。

3）约束时间：高温等离子体需要维持足够长的时间，以便充分地发生聚变反应，放出足够多的能量，使聚变反应释放的能量大于产生和加热等离子体本身所需的能量及其在这过程中损失的能量。

三者的乘积称为聚变三乘积。根据劳逊判据，只有聚变三乘积大于一定值，才能产生有效的聚变功率输出。

（资料来源：《超导磁体技术与磁约束核聚变》）

03、技术路线

核聚变实现方式主要包括磁约束、惯性约束、引力约束。引力约束是恒星内部的聚变机制，地球无法复制巨大的引力场进行约束，因此核聚变的研究主要沿着磁约束和惯性约束两大途径进行。

（1）磁约束：磁约束利用强磁场束缚高温等离子体，原理是带电粒子在磁场中运动形成封闭轨道，从而将上亿度的等离子体限制在真空容器中，避免高温等离子接触容器壁。其优势在于物理基础成熟、稳态运行潜力大，但挑战在于装置规模庞大且等离子体不稳定。

（2）惯性约束：利用强激光或粒子束在瞬间压缩燃料靶丸，依靠燃料自身惯性维持超高密度和温度足够长时间以发生聚变。其优点是物理过程快，不需要长时间稳定等离子体，缺点是能量利用效率低（目前激光能量耦合效率仅约1%，远低于商用所需的10%～20%），且重复频率和靶丸制造供应是巨大工程挑战。

（资料来源：聚变汇公众号，民生证券研究院）

03-1 托卡马克装置

托卡马克装置是典型的磁约束聚变装置，主要由为等离子体提供清洁环境的真空室及为控制与约束等离子体的磁体系统组成。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，将磁场弯曲成环形，避免高温等离子体与装置内壁直接接触。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

钢制真空室和偏滤器是托卡马克的主要结构。每一个托卡马克装置的基础是一个钢制真空室，在其中产生氢等离子体并加热到热核聚变的点火温度；另一个重要部分是偏滤器，用于去除可能破坏等离子体加热的杂质；使等离子体保持在正确位置的磁场由环形和极向线圈提供。

（资料来源：科技导报公众号，民生证券研究院）

03-2 仿星器

仿星器与托卡马克同属环形磁约束装置，其核心优势在于无需依赖等离子体电流即可约束高温等离子体。仿星器通过精密设计的扭曲磁体布局直接形成螺旋磁场，理论上可实现“无限期连续运行”，避免了托卡马克的固有缺陷。它的核心结构包括闭合管和外部线圈，闭合管可以是直线形、跑道形或空间曲线形。仿星器的特点是使用螺旋绕组产生旋转磁场，无需等离子体电流即可实现约束，因此运行稳定性较高，但制造精度要求极高。

（资料来源：瀚海聚能公众号，民生证券研究院）

03-3 FRC装置

场反位形直线形（FRC）装置是更经济的技术路线。场反位形是没有环形场线圈的较简单的磁约束系统，内部等离子体产生的反向电流会形成与外部磁场反向的磁场，使得等离子体在形成阶段成为一个自封闭的磁场结构。场反位形技术路线具有高β值特征，意味着能够在较低的磁场强度下约束较高密度的等离子体，从而具备更高的能量效率，适合实现紧凑、低成本的核聚变装置。同时可采用磁压缩、磁重联等高效加热手段，结合磁流体发电机实现能量转化，经济性较高。在工程建设方面，场反位形具有全对称的线圈和真空室等，结构简单，模块化结构替换容易，降低了工程难度，且造价低。

（资料来源：瀚海聚能公众号，民生证券研究院）

03-4 直线箍缩装置

直线箍缩装置（Z-pinch)是一种开端系统的聚变装置，属于惯性约束装置。其原理是在柱形放电管中通过强大的电流，来使其中的等离子体产生箍缩效应而受到压缩和加热，以形成高密度的灼热等离子体。基于脉冲功率技术的快Z箍缩技术可以实现驱动器电储能到Z箍缩负载动能或X射线辐射能的高效率能量转换，能量较为充足，驱动器造价相对低廉，并有望实现驱动器重频运行，将有可能为惯性聚变能提供可用的能量源。

（资料来源：核聚变前沿公众号，民生证券研究院）

04、超导材料

超导材料是实现可控核聚变的必经之路。作为目前最成熟的聚变装置，托卡马克存在能量耗散严重、线圈发热的情况。超导材料是拥有完全导电性、完全抗磁性和宏观量子效应三大基本特性的新材料，使用这种材料能够大大提升一定电流强度下所允许的最高磁场强度，实现长时间、高约束等离子体运行。有了足够强的磁场，托卡马克装置的体积也能大幅缩小。

（资料来源：《SPARC and the high-field path to commercial fusion energy》，招商证券）

目前，具备实用价值的高温超导材料主要包括铋系(例如Bi-Sr-Ca-Cu-0,BSCCO,Tc=110K)、钇系(例如Y-Ba-Cu-0,YBCOTc=92K)、MgB2超导材料(Tc=39K)、铁基超导材料等。其中铋系和钇系高温超导材料分别为第一代、第二代高温超导，两者均属于氧化物陶瓷，在制造工艺上须克服加工脆性、氧含量的精确控制及与基体反应等问题，因此生产成本相对偏高。

05、相关企业

融发核电：公司核岛主管道、主泵泵壳、容器锻件等核心产品覆盖华龙一号、CAP系列全路线，技术领先且订单充足；全资子公司中标中广核TY项目3、4号机组主管道。

合锻智能：2024年上半年中标聚变新能BEST真空室项目#1-4段，并组建百余人的专项团队攻关聚变堆核心部件。

安泰科技：具备钨铜偏滤器、包层第一壁量产能力，2025年再次中标EAST上偏滤器改造合同。

海陆重工：公司核电设备已覆盖二代+、三代、四代及热核聚变堆ITER等国内外主要机型。

东方电气：央企龙头，牵头国内首个聚变发电示范项目，提供热交换系统、发电机等核心设备，覆盖全核能产业链。

中洲特材：核电设施阀门、焊材供应商，已配套中核、中广核、国核等核电设施。

国光电气：长期为EAST、HL系列等国内聚变科学装置配套关键专用部件，并跟进BEST、HL-3等项目，具备偏滤器、第一壁等核心部件制造能力。

西部超导：全球唯一NbTi锭棒、超导线材、超导磁体全流程企业，超导线材已用于可控核聚变项目。

永鼎股份：国内唯一量产高温超导带材（YBCO类）的企业，第二代高温超导带材持续扩产，已应用于可控核聚变磁体等场景，国内首条高温超导直流电缆已投入商业运营。

来源：策金说