拆解可控核聚变：原理、技术路线、政策支撑与万亿市场空间

最新消息：外交部发言人毛宁向世界分享中国 “人造太阳” 进展，明确 BEST 装置预计 2027 年竣工，有望成为人类首个实现聚变发电的装置。

一、核心概念科普：

解码 “人造太阳” 的科学本质

（一）可控核聚变的核心定义

可控核聚变是通过人工手段构建极端物理环境（1 亿度以上高温、百万大气压级高压），使氢同位素（氘、氚为主）原子核克服库仑斥力发生聚变反应，将质量亏损转化为能量并实现可控输出的技术。

其相较于传统能源具有三大不可替代的优势：

燃料近乎无限：氘可从海水中提取（每升海水含 0.03 克氘，聚变释放能量相当于 300 升汽油），氚可通过锂（地壳储量达 2200 亿吨）与中子反应再生，足以支撑人类能源需求百亿年以上。

绝对安全清洁：无长寿命核废料（产物半衰期仅数十年），不发生链式反应，不存在核泄漏风险，全生命周期碳排放趋近于零。

能量密度极致：每公斤氘氚聚变释放能量约相当于 1.1 万吨标准煤，是裂变反应的 4 倍、化石能源的数百万倍。

实现可控核聚变需突破三大技术难关：1 亿度以上等离子体约束、持续稳定的能量输出、聚变能净增益（Q 值＞10），目前全球仍处于从 “科学验证” 向 “工程示范” 跨越的关键阶段。

（二）关键术语与技术路线解析

1）Q 值：指聚变反应输出能量与输入能量的比值，是衡量可控核聚变技术成熟度的核心指标。其中，Q＞1 是实现 “科学净增益” 的关键标志（2024 年美国 NIF 装置已实现 Q=1.55），而 Q＞10 则是满足商业化发电经济性的核心门槛，只有达到这一指标，聚变能源才具备替代传统能源的成本基础。

2）ITER（国际热核聚变实验堆）：由中国、欧盟、美国、俄罗斯等 35 个国家和地区共同参与建设的全球最大热核聚变合作项目，被誉为 “人类最大科学合作项目”。该项目 2025 年已进入关键安装阶段，完成脉冲超导磁体系统核心部件交付，计划 2035 年开展氘氚混合燃料实验，核心目标是验证 Q＞5 的工程可行性，为后续示范堆建设提供技术依据。中国在该项目中承担 18% 的核心部件供应任务，涵盖超导磁体、偏滤器等关键领域，技术输出能力获国际认可。

3）CFEDR（中国聚变工程示范堆）：前身为 CFETR（中国聚变工程实验堆），是中国衔接 ITER 与商业聚变堆的核心工程装置。该装置计划于 2030 年代建成，核心目标是实现 200MW 聚变功率稳定输出与氚自持（无需外部补充氚燃料），同时验证聚变发电的工程可靠性与经济性。作为中国聚变能源商业化的 “枢纽型” 装置，CFEDR 的落地将直接决定中国在全球聚变产业中的竞争地位，是实现 “2045 年示范发电” 国家战略的关键载体。

4）磁约束路线：通过强磁场将高温等离子体约束在真空容器内，避免其与容器壁接触，是当前全球可控核聚变研发的主流路线，占据全球研发投入的 70%。该路线主要分为两大技术方向：一是托卡马克装置，以中国环流三号为代表，技术成熟度最高，已实现 “1.17 亿度原子核温度 + 1.6 亿度电子温度” 双亿度运行，是目前最接近商业化的磁约束技术；二是仿星器装置，以德国 W7-X 为代表，等离子体稳定性更优（可长期约束等离子体），但装置结构复杂、制造难度极高，短期内难以实现工程化突破。

5）惯性约束路线：利用高功率激光或粒子束聚焦轰击微型氘氚靶丸，通过瞬间压缩使靶丸达到聚变条件（高温高压），美国 NIF（国家点火装置）是该路线的典型代表。2024 年 NIF 首次实现 Q＞1 的科学净增益，但该路线存在显著瓶颈：激光系统自身能耗极高（是聚变输出能量的 100 倍），且无法实现高频次重复运行（当前单次实验间隔需数天），同时靶丸制造成本高昂（单颗成本超 1 万美元），短期内难以满足商业化发电对 “连续、低成本” 的需求。

6）磁惯性混合路线：结合磁约束（长约束时间）与惯性约束（高强度压缩）的技术优势，通过磁场辅助惯性压缩实现聚变，装置体积较传统磁约束装置更紧凑（仅为托卡马克的 1/10），美国 Helion Energy 公司是该路线的领军者。该路线商业化时间表极为激进，Helion 已与微软签订全球首份聚变购电协议，计划 2028 年向微软数据中心交付 50MW 聚变电力，是目前所有技术路线中最接近 “商用落地” 的创新方向，但技术稳定性仍需长期验证（当前尚未实现持续聚变燃烧）。

二、核心催化剂：

政策协同与产业突破的双轮驱动

（一）全球政策体系：从科学合作到产业竞赛

1. 国际协同与竞争格局

全球已形成 “多边合作 + 国家竞速” 的政策格局，近 40 个国家出台专项规划，国际原子能机构（IAEA）2025 年报告显示，全球聚变领域累计公共投资超 300 亿美元，私营融资达 97 亿美元。

国际合作标杆：ITER 项目进入安装冲刺阶段，中国承担 18% 核心部件供应，涵盖超导磁体、偏滤器等关键领域，技术输出能力获国际验证。

国家战略竞速：

美国：特朗普政府 2025 年签署四项核能行政令，简化聚变堆审批流程，计划 2035 年前实现商用示范，私营融资占全球 58%（56.3 亿美元）。

欧盟：通过地平线计划投入 50 亿欧元支持 ITER 后续 DEMO 示范堆，目标 2050 年实现商业化发电。

中国：将聚变纳入 “热堆 - 快堆 - 聚变堆” 国家核能战略，形成 “中央统筹 + 地方落地” 的政策体系。

2. 中国政策的四维支撑体系

中国已构建覆盖战略规划、资金支持、区域布局、监管配套的全链条政策框架，2025 年成为政策落地密集期：

（二）产业突破：从技术验证到工程落地

1. 2025 年关键技术里程碑

等离子体参数突破：中国环流三号实现 “1.17 亿度原子核温度 + 1.6 亿度电子温度” 双亿度运行，聚变三乘积（约束时间 × 密度 × 温度）达国际领先水平，为持续燃烧奠定基础。

超导技术迭代：高温超导带材（REBCO）实现量产突破，永鼎股份产能从 2000km 扩至 2 万 km，成本较国际同类产品低 30%，推动磁体场强从 12T 向 20T 跃升。

AI 赋能研发：德国 Proxima Fusion 利用 AI 优化仿星器设计，将磁体制造周期缩短 40%，商用时间表提前 10 年，标志着聚变研发进入 “算力加速” 时代。

2. 工程建设与资本动作

重大项目开工潮：合肥 BEST 装置进入总装阶段（2027 年建成发电演示）、南昌 “星火一号” 混合堆开工（总投资 200 亿，2029 年冲击并网），国内在建项目总投资超 1500 亿。

资本加速入场：中石油昆仑资本增资 32.75 亿布局聚变；中国核电、浙能电力参股中国聚变能源公司，央国企主导的 “研发 - 投资 - 产业化” 闭环形成。

商业化订单破冰：美国 Helion 与微软签订全球首份聚变购电协议（2028 年交付 50MW），CFS 与谷歌约定采购 200MW 电力，验证聚变能源的市场接受度。

核聚变领域进展梳理：

三、行业趋势分析：

技术演进与产业生态的重构

（一）技术路线：从 “单一主导” 到 “多元竞争”

磁约束仍是当前主流，但技术路线呈现 “传统路线攻坚 + 创新路线突围” 的格局：

托卡马克路线：短期最具确定性，中国 CFEDR、美国 CFS 的 SPARC 装置（2026 年放电）均采用此路线，依托高温超导技术实现装置小型化，ARC 示范堆功率密度较 ITER 提升 5 倍。

磁惯性混合路线：商业化潜力凸显，Helion 的 Polaris 装置实现 100MK 温度，凭借 “紧凑结构 + 高频运行” 优势，瞄准数据中心、钢铁等高耗能场景率先落地。

惯性约束路线：科学突破后待工程验证，美国 NIF 虽实现 Q＞1，但激光系统能耗是聚变输出的 100 倍，需突破万瓦级高功率激光与靶丸批量制造技术。

新兴路线探索：Z 箍缩（美国 Zap Energy）、场反位形（TAE Technologies）等路线凭借无磁体 / 无激光的低成本优势，吸引资本关注，未来 2-5 年实验结果将决定其商业价值。

（二）商业化进程：“梯队式” 落地与场景分化

根据《2025 年全球聚变产业报告》，商业化将分三阶段推进，呈现显著的场景分化特征：

（三）产业生态：从 “科研闭环” 到 “产学研资协同”

聚变产业已形成 “科研机构 + 制造企业 + 资本方 + 终端用户” 的生态体系，分工加速细化：

科研端：中科院等离子体所、核工业西南物理研究院主导基础研究，ITER 参与经验转化为技术壁垒。

制造端：传统核电企业向聚变延伸（中国核建、东方电气），专用设备企业实现技术突破（合锻智能、国光电气）。

资本端：形成 “国家队领投 + 市场化跟投” 模式，上海未来产业基金、昆仑资本等聚焦设备制造环节。

用户端：AI 巨头（微软、谷歌）、钢铁企业（纽柯）提前锁定电力供应，倒逼技术降本与工程落地。

四、政策推动战略：

国家意志与市场机制的协同发力

（一）国家层面：“三极支撑” 的战略布局

中国聚变政策以 “技术自主、产业协同、国际引领” 为核心，构建三大支撑体系：

技术攻关体系：聚焦 “卡脖子” 环节，将超导材料、耐辐照材料、聚变控制纳入 “十四五” 重点研发计划，中央财政每年投入超 20 亿元，研发强度达航天领域的 1.5 倍。

产业培育体系：通过中国聚变能源公司整合资源，推动 “ITER 技术 - 实验堆 - 示范堆” 的技术转化，要求核心设备国产化率不低于 90%，已实现超导磁体、偏滤器等 10 类部件国产化。

国际合作体系：以成都 FEC 2025 大会为平台，扩大 “一带一路” 聚变合作，推动中国标准纳入 IAEA《聚变关键要素》框架，提升国际规则话语权。

（二）地方层面：“集群化” 落地与差异化竞争

地方政府依托资源禀赋形成四大产业集群，实现 “研发 - 制造 - 应用” 的区域协同：

五、市场空间预测：

从百亿投入到万亿生态

（一）全球市场规模：分阶段爆发的增长曲线

核聚变市场将随技术成熟度呈现 “阶梯式扩张”，2030 年进入爆发临界点，2050 年形成万亿级生态：

数据来源：IAEA《2025年世界聚变展望》、光大证券研报、FIA产业调查

（二）中国市场机遇：设备端率先受益，运营端长期爆发

中国凭借完整工业体系与政策支持，将占据全球聚变市场30%以上份额，不同阶段受益逻辑清晰：

短期（2025-2030）：实验堆建设带动设备与材料需求，年市场规模超100亿元，磁体系统（西部超导）、偏滤器（安泰科技）等核心部件企业率先兑现业绩。

中期（2030-2045）：示范堆建设推动工程与系统集成需求，中国核建、合锻智能等企业迎来订单高峰，预计年复合增长率达45%。

长期（2045年后）：商用堆运营催生万亿级市场，中国核电等运营商将复制裂变堆运营经验，毛利率有望稳定在30%以上。

六、产业链拆解：

细分领域与价值量深度解析

核聚变产业链涵盖“材料-设备-工程-运营”四大环节，价值量高度集中于中游核心设备，不同技术路线对产业链的需求差异显著：

（一）产业链价值分布与技术壁垒

以ITER项目为基准，各环节价值占比与核心壁垒如下：

上游材料（22%）：（超导材料10%)+(特种金属7%)+(复合材料5%)

中游核心设备（58%）：（磁体系统28%)+（真空室及内部件25%)+（电源与加热系统15%)

下游工程与服务（20%）：（工程建设12%)+（控制与运维8%)

1. 上游材料：技术壁垒最高的“卡脖子”环节

2. 中游核心设备：价值量最高的“利润核心”

•磁体系统：聚变装置的“心脏”，聚变功率与磁场强度的四次方成正比。高温超导磁体凭借场强优势（20T vs 低温12T）成为商用堆主流，单台示范堆磁体成本超50亿元。联创光电的高温超导磁体已中标“星火一号”50亿订单，技术参数达国际先进水平。

•真空室及内部件：聚变反应的“容器”，需同时满足真空度（10⁻⁷Pa）、耐辐照、耐高温三大要求。合锻智能实现ITER级D形双层真空室整体成型，解决了传统拼接工艺的泄漏难题；偏滤器作为“最苛刻部件”，安泰科技与国光电气占据全球90%市场份额。

•电源与加热系统：提供聚变所需能量输入，脉冲电源需实现百万安培电流快速切换（响应时间＜1ms）。旭光电子的兆瓦级电子管、英杰电气的脉冲电源系统已批量供应EAST、HL-2M等项目。

3. 下游工程与服务：门槛最低的“放量先锋”

•工程建设：以核级施工资质为核心壁垒，中国核建深度参与环流三号、BEST等项目，占据国内80%以上聚变工程市场份额。

•控制与运维：依赖AI算法优化等离子体控制，四创电子的聚变控制软件已应用于CFEDR项目，实现等离子体约束时间提升30%。

（二）不同技术路线的产业链需求差异

七、核心公司梳理：

按产业链环节解析

1） 上游材料：超导材料与特种材料

西部超导：Nb3Sn低温超导带材，ITER 中央螺线管独家供应商，2025 年 CFETR 订单 3.2 亿。

永鼎股份：REBCO高温超导带材，成本低 30%，2025 年扩产至 2 万 km，ITER 后续订单 41 亿。

安泰科技：钨铜偏滤器，全球市占率 80%，2025 年 BEST 项目订单超 3 亿。

方大炭素：高性能石墨制品，ITER 订单 1.8 亿，国内市占率 65%。

2）中游核心设备：磁体、真空室、电源

联创光电：高温超导磁体（20T），2025 年 “星火一号” 订单 50 亿。

合锻智能：真空室整体成型设备，全球唯一 ITER 级供应商，2025 年 BEST 订单 2.09 亿。

国光电气：偏滤器，ITER 市占率 60%，2025 年聚变营收 4 亿（+120%）。

旭光电子：兆瓦级电子管，国内市占率 70%，2025 年 HL-2M 订单 4800 万。

3）下游工程与服务：建设、运营、检测

中国核建：聚变工程建设，国内市占率 80%，2025 年环流三号收入 2.1 亿。

中国核电：参股中国聚变能源（6.65%），2025 年聚变投资 10.2 亿。

国缆检测：超导电缆检测，国内唯一 ITER 级资质，2025 年收入 + 120%。

八、风险提示

可控核聚变商业化周期较长（预计2040年后），技术验证、成本控制及地缘政治因素可能影响短期进度，需重点关注订单落地节奏与核心技术突破进展。

1. 技术验证风险：等离子体约束时间、能量净增益等核心指标突破延迟，如Q＞10的实现时间晚于2035年将影响商业化进程。

2. 项目进度风险：ITER、CFEDR等重大项目存在超支或延期可能，历史数据显示聚变项目平均延期3-5年。

3. 成本控制风险：商用堆建设成本若高于5万元/kW（当前规划），将丧失与光伏、风电的经济性竞争力。

4. 政策调整风险：全球或国内对聚变的财政投入缩减，影响研发与工程进度。

小结：

可控核聚变的价值，从不止于“终极清洁能源”的技术标签——它既是“十五五”规划中未来产业的攻坚核心，更是中国在全球能源结构转型中抢占话语权的关键抓手。

当下，政策从“研发支持”向“工程落地”加速倾斜，技术从“Q>1验证”向“示范堆并网”跨越，产业链从“单点突破”向“集群协同”升级，三重共振下，这场能源革命已从实验室走向商业化的“黎明前夜”。

对于投资者而言，当前正处于“确定性业绩兑现”与“成长性技术卡位”的双重窗口：磁体材料、偏滤器、电源系统等核心环节的龙头企业，已凭借订单锁定实现业绩放量；而真空加工、耐辐照材料、氦气装备等细分领域，正随着CFETR示范堆建设进入“技术壁垒决定市场份额”的关键期。尽管技术迭代的不确定性仍存，但可控核聚变“零碳、燃料无限、能量密度超千万倍”的底层逻辑，决定了其长期成长空间无需怀疑。

站在能源变革的历史拐点，把握可控核聚变的“聚变时刻”，本质是锚定人类能源文明的下一个百年——这不仅是一场关乎产业升级的投资布局，更是参与全球能源规则重塑、分享终极能源商业化红利的战略选择。未来十年，随着示范堆并网、商用堆落地，这场“从0到1”的革命，终将改写全球能源格局，而提前卡位核心环节的参与者，或将成为这场变革中最核心的受益者。

来源：研值与财华