全球核聚变战略布局与技术发展新动向及启示

当前全球聚变研究出现从侧重国际合作转向各国强化竞争的新趋势，美日英德等发达国家均提出了聚变自主发展战略，以尽早建立本国的聚变工业体系和创新生态系统。本文系统梳理了全球聚变堆战略布局和技术进展，分析了我国的现状不足，提出了对策建议。

一、全球聚变战略布局动向

1、主要国家发布新战略，谋划聚变堆产业化发展路线图

美、英、德等均制定了国家核聚变战略，提出2040年前建设原型电站。英国《迈向聚变能源时代：英国聚变战略》^[1]提出2040年前实现“球形托卡马克能源生产计划”（STEP）原型电站的示范并网，2022年10月完成原型电站选址。美国确立“聚变商业化十年愿景”^[2]，发布《聚变能战略》支持进一步创建聚变能源创新生态，促进私营投资。德国提出在未来10年或20年内建成首个惯性约束聚变示范发电厂^[3]，《核聚变资助计划2040》^[4]提出到2040年左右建成核聚变发电站原型。日本《核聚变能创新战略》^[5]将核聚变视为支撑未来超智能社会的重要基础，目标在2050年实现核聚变发电目标。

2、持续加大财政投入，设立专项支持关键技术研发

英国宣布在2027年前向聚变能领域追加投资6.5亿英镑，以强化脱欧后的自主研究。德国计划通过“Fusion 2040”未来5年增加3.7亿欧元（到2028年投入总额达到10亿欧元），同步推进磁约束和激光约束聚变技术路线开发。美国为核聚变创新研究引擎（FIRE）合作组织提供1.8亿美元，并与“里程碑计划”8家企业达成协议，推动加大核聚变商业进程中的私营投资，支持进一步创建聚变能创新生态系统。日本大力支持核聚变技术开发，从2023年开始启动专项支持政策，支持小型化、精密化、独创性的新兴技术探索，加速未来核反应堆原型开发，推进核聚变相关基础研究。

3、积极引导金融资本支持私营企业，加快构建自主工业体系

美、日等积极推动公私部门合作，美国发布聚变能公私财团框架，日本成立核聚变产业委员会，以加速核聚变商业化。自2017年以来，全球核聚变私营企业快速发展。据核聚变工业协会统计^[6]，截止2024年7月，全球核聚变企业达到45家以上，聚变融资规模为71亿美元（增长14.5%），微软、谷歌等纷纷加入赛道，预计2030年全球市场规模有望达5000亿美元；其中，有21家企业计划于2030—2035年期间实现核聚变发电并网，较政府规划时间大大提前。

二、全球聚变堆技术最新进展

1、运行试验突破性成果涌现

美国国家点火装置（NIF）激光约束核聚变点火实验获得多次净能量增益，德国仿星器装置实现破纪录的高能量周转，欧洲联合环聚变实验装置再创能量输出纪录，全球最大核聚变反应堆JT-60SA成功点火，我国EAST创造403秒稳态高约束等离子体运行纪录。

2、国际合作取得新进展

2024年7月1日，国际热核聚变实验反应堆项目（ITER）迎来重要里程碑，经过二十年的设计、生产、制造和组装，大型环形场线圈在日本和欧洲成功完工并交付。我国承担了其中12个子包的制造任务，包括制造关键零部件和系统。

3、应用研究进展显著

美国通用原子能公司发布稳定、紧凑型先进托卡马克聚变中试厂概念，Zap Energy技术企业开发的紧凑型反应堆突破1000万摄氏度。日本国家聚变科学研究所和美国TAE技术公司携手，首次在磁约束聚变等离子体中实现了氢-硼聚变实验，证明了无中子核聚变的可行性。牛津大学创建的First Light fusion公司成功实现弹丸核聚变技术实验，计划2030年前建成150兆瓦示范电厂。德国达姆施塔特工业大学衍生的Focused Energy公司使用激光式惯性约束聚变路线，计划于2035年建立首个聚变能试验电站。能量奇点公司研发的“洪荒70”高温超导托卡马克装置成功实现等离子体放电。

4、新技术助力突破聚变技术瓶颈

谷歌DeepMind公司基于深度强化学习算法，提高真实环境下堆内超高温等离子体的控制，等离子体模拟精确度提高到65%。美国普林斯顿大学和普林斯顿等离子体物理实验室，联合研发一个可用于实时预测聚变堆等离子体不稳定性的人工智能模型。

5、高温超导材料提升聚变商用潜力

我国联创超导突破了基于核聚变应用场景的百米级集束线缆的研发与制造。美国麻省理工学院研究开发出的稀土钡铜氧化物，制成世界强度最高的高温超导磁体，有望大幅降低聚变堆成本。

各国积极发展自主的核聚变项目，全球聚变试验装置已超过100台，目前实验装置、实验堆、工程示范堆、商业应用等路径是聚变能源开发和应用必须面对的发展阶段。实现上亿度点火和燃烧等离子体及演示氘氚运行是核聚变研究主要挑战，国际上还没有任何装置可以达到长时间燃烧等离子体状态。

三、我国聚变堆相关布局及现状分析

我国聚变研究与国际同步，聚变堆也处于研究初期，EAST创造新的运行记录，CFETR进展顺利，聚变产业联盟、可控核聚变创新联合体成立，能量奇点公司研发的“洪荒70”装置国产化率超过96%。同时，我国聚变堆研究还存在一些不足，主要表现为：

（1）面向未来产业的战略规划不足。我国已将核聚变列为未来产业，但产业发展支持政策较为宏观，面向未来应用的引导性政策还需落实落细。

（2）技术研发布局有待加强。据统计，我国2008—2023年磁约束核聚变专项经费约60亿元，而商业化和惯性约束路线布局不足。在小型化、AI技术等多元技术路线上，我国专项支持相对薄弱。国内现有装置无法开展具有聚变功率增益的稳态燃烧等离子体实验研究，在氘氚燃烧等离子体的理论模拟和诊断技术上缺乏物理实验和工程技术的积累，辐照分析评价、极端环境模拟等关键数据资源建设重视不够。

（3）产业链配套有待加强。目前，聚变堆应用导向研究相对薄弱，我国有新奥科技、能量奇点、星环聚能等民营企业参与到技术探索，但数量较美国的25家还有不少差距。我国技术门槛条件严格，存在行业壁垒，竞争机制较缺乏。此外，我国工程技术人才队伍存在缺口。

四、对策建议

（1）加强聚变未来产业发展规划。加强对核聚变未来产业的战略研判，厘清我国技术优劣势、发展前景及关键挑战，组织相关部门论证，独立提出聚变研究技术发展路线，细化实验装置－实验堆－工程示范堆－商业应用堆阶段目标和重点方向，合理规划核聚变研究中长期目标。准确把握聚变能源在能源结构转型中的功能定位，加强与绿氢等能源技术的互补利用。抢抓技术应用赛道，加强核聚变产业布局，提出近期可突破、中远期规模化的应用场景，积极推动在航天、医疗等领域的综合应用。

（2）加大聚变堆技术研究支持。统筹可控核聚变研究开发中的重大问题，研究设立大型聚变堆商用发电技术攻关重大任务，针对应用前景大、有一定基础、亟待工程化的聚变堆技术，合理加大支持力度，提高应用研究阶段的经费比重，采用里程碑管理方式。组建专门的聚变商用堆研究机构，集中实验验证、工程设计及装备研制等全链条的优势力量，加速我国商用堆开发进程。加强对机器学习、AI等交叉领域的支持，支持新概念、小型化等前沿路线探索。

瞄准聚变发电演示，加快推进紧凑型聚变堆实验装置建设和运行，支持先导堆和工程堆所需的实验装置和验证平台发展。大力加强国家聚变堆数据资源自主建设，建立验证、模拟、诊断、预测以及工程技术等科学数据集成平台。

（3）构建独立自主的聚变工业体系。研究制定聚变未来产业指导意见，围绕聚变创新链发展部署聚变产业链。健全多元资金投入，设立聚变未来产业发展基金，支持聚变工程示范堆关键技术攻关，引导社会资本为新技术路线验证提供金融保险服务。规范行业审批、监管等程序，合理放宽技术准入门槛，在一些通用材料和技术、计算模拟、运营维护等领域，鼓励吸纳并孵化培育一批细分领域科技企业。向承担国家重大任务的高校院所和企业，增加工程技术人才培养名额，加强研究类和产业类人才互动。

（4）稳步推进国际科技合作。继续利用ITER联合计划平台，开展国际核聚变前沿课题研究，加强交流合作，夯实我国磁约束核聚变开发研究的坚实基础。利用我国核科技优势主动构建科技合作平台，推出更多高技术解决方案，促进与有需要有意向国家合作开展聚变技术和核安全研究。

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