可控核聚变当前技术进展如何，商业化应用还要多久？

可控核聚变当前技术进展如何，商业化应用还要多久？

可控核聚变技术作为新能源领域的前沿新兴技术，被视为新质生产力的重要发展方向。聚变能具有燃料丰富、清洁环保、高安全性和高能量密度等显著优势，被视为能源领域的终极解决方案。随着相关技术的突破和资本的涌入，商业化进程正在加速。

可控核聚变是什么

如今世界上能掌握核聚变的恐怕只有太阳，人类对其研究也如同追寻太阳一般，因此将可控核聚变称之为“人造太阳”。

如何实现“聚变”：温度、密度、时间
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，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。

1. 足够高的温度：要在地球实现高效核聚变反应，温度大约需要维持在1亿℃以上可获得较高反应几率，这个温度是太阳核心温度的近10倍；
2. 一定的密度：等离子体约束区单位体积内氘氚原子核的数量越多，能够有效提高原子核间的碰撞效率，以获得足够的核聚变反应率；
3. 能量约束时间：高温等离子体的能量以辐射和热传导的形式逸出，能量损失的时间被定义为能量约束时间，高能量约束时间意味着装置具有良好的隔热性能，能量流失得缓慢，以进一步提高核聚变反应率。

如何实现“可控”：我国以磁约束路线为主
解决核聚变温度、密度、约束时间三个方面的“可控”主要有三种路径：磁约束、激光约束和箍缩。

1. 激光约束：采用多台超大功率激光器，对准封装核燃料的氢气小球，同时发射激光，加热和压缩氢燃料，激光在进入环空器后，会击中内壁并使其发出X射线，然后这些X射线可以将其加热到1亿摄氏度，高能激光会使小球表面等离子体化，其余中心材料受到牛顿第三定律驱使，最终会向中央坍缩发生内爆。在内爆时，只要对燃料球给予正确的高温高压就能发生反应，放出大量能量。
2. 箍缩：跟激光聚变类似，把激光换成电流。
3. 磁约束：利用磁场约束带电粒子沿磁力线运动，发生核聚变反应需要把核聚变燃料氘氚加热到上亿度，形成等离子体，使得质子不被电子包裹，做高速热运动，两个质子发生碰撞，产生热量；由于等离子体温度极高，通过磁场约束质子运动，从而避免等离子体接触到容器。磁约束核聚变被看做较为可行的路径，我国采用的是磁约束路线。

可控核聚变当前进展

从上世纪5年代开始，我国就开展了核聚变的相关研究，到1965年，当时国内最大的核聚变研究基地西南物理研究所建成。之后的几年，我国亦步亦趋地追赶着世界的发展脚步，随后与世界齐头并进，最终领跑全世界。

2006年，我国正式加入ITER（1985年倡议的建造核反应堆的项目）。时至今日，我国累计完成了ITER项目中10%的设备研发，其中最为核心的装置“增强热负荷第一壁”也是由我国研发而成。

在科研人员的辛苦研究下，我国不仅为世界核聚变贡献了力量，许多关键技术的进展也被人仰望。

最近的一项成就于去年的4月12日完成，我国的全超到托卡马克实现了403秒稳态高约束模式等离子体运行。同样在去年的8月25日，“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。

我国在过去这一年连创佳绩时，美国也不甘示弱。去年12月14日，美国一个名为LLNL的研究团队成功在实验室完成核聚变，燃起了一抹亮丽的火花。在实验开始之前，LLNL团队先是在实验室准备了激光发射装置，调整好角度保证激光最终都射向同一点，并在这个集中点上放上聚变原料。实验开始，192道激光束同时开启，原料在激光的照射下，成功进行了核聚变反应，输出3.15兆焦耳的能量。

有人调侃就这点能量还不够烧几壶水，却花费几亿美元才能研究出来。但我们要知道，烧水的能量是有很大损耗的。但核聚变的能量不一样，在这次实验中，研究人员只给了2.05兆焦耳的能量，这比输出的的能量要少得多。这说明经过核聚变以后，进出的能量增益有153%，这就是核聚变在能源领域一骑绝尘的地方。

全球可控核聚变商业化投资加速。根据美国的聚变能产业协会（FIA）于 2023年7月发布的《2023年聚变能产业报告》，截至2023年初，全世界核 聚变公司吸引了超过60亿美元的投资，较2022年初的总投资额增加14亿美 元，较2021年初的18.72亿美元增加40多亿美元。

行业预期首座聚变电厂未来10年并网发电。2023年参与FIA调查的聚变能 公司数量增加13家，总数量达到43家。其中，26家公司认为聚变供电将在 2035年之前实现，19家公司认为随着成本下降、效率提升，可控核聚变将 在2035年前显示出商业可行性，反映出行业对于聚变发展的信心。

我国核聚变专利排名全球第一

在核聚变研究领域，中国的存在感与日俱增。据报道，在东京研究公司Astamuse编制的核聚变专利排名中，中国领先于美国排名第一，英国和日本排名第三和第四。上述研究机构统计了在中日美欧等30个国家和地区申请的相关专利，针对2011年至2022年9月公开的1133项专利，将可行性和权利剩余保护期等专利的竞争力转化为得分，排出了名次。

按专利申请的企业和研究机构的国籍来看，中国排在首位（申请件数也排在首位）。2015年以后中国申请的重要专利大幅增多，超过了美国。在企业和研究机构等排名前20位组织的专利之中，中国科学院拥有的用于核聚变炉内壁的特殊陶瓷复合材料技术获得的评价最高。

美国排名第二（申请件数也排在第二位）。在排名前20位的企业和研究机构中，美国有7家。美国是在初创企业等民间主导下推进技术开发。截至本世纪00年代，美国在专利数等方面明显领先于其他国家。但近年来，中国迅速迎头赶上。

可控核聚变商业化进程加速

20世纪90年代以来可控核聚变科学可行性已得到证实，当前已进入工程可行性验证阶段，一旦完成验证（2025年，CFS全球首台产生正能量增益的商业聚变系统SPARC预计建成运行），政府、私人投资有望快速推动行业进入商业化阶段。浙商证券表示，可控核聚变当前已进入发展临界点。

可控核聚变商业化进程加速。3月10日，据新智元报道，MIT等离子体科学与核聚变中心以及英联邦聚变系统（CFS）发表了一篇综合报告，援引在《IEEE应用超导会刊》3月份特刊上6篇独立研究的论文，证明了MIT在2021年实验中采用“高温超导磁体”以及无绝缘的设计是可行且可靠的。同时还验证了，团队在实验中使用的独特超导磁体，足以作为核聚变发电厂的基础。

海外取得突破的同时，国内也有不少进展。去年11月，江西联创光电超导应用有限公司和中核聚变(成都)设计研究院有限公司签订全面战略合作框架协议。同月ITER项目磁体支撑产品在广州交付。至此，我国已完成最后一批磁体支撑产品，为ITER项目第一次等离子体放电的重大工程节点奠定了基础。去年8月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”在试运行中首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，又一次刷新了我国磁约束聚变装置的运行纪录。

可控核聚变商业化前景可期。FIA发布的《The global fusion industry in 2023》调查的40家聚变公司中有65%认为可以在2035年前实现向电网输电。Maximize Market Research统计显示，2023年全球核聚变市场规模为3012.5亿美元，2030年有望达到4965.5亿美元。

核聚变设备价值量占比较高，主机设备（包括磁体、包层、真空室等）占比约30%。浙商证券预计，全球核聚变设备市场年均规模将从2021年至2025年的208亿元增长至2026年至2030年的917亿元、2031年至2035年的2172亿元，2023年至2033年年均复合增速26%。

部分A股公司也开始布局。1月29日，应流股份公告计划出资成立合资公司，从事聚变堆材料及部件、核探测仪器的开发、生产与销售。招商证券认为，公司本次对外投资将快速启动核聚变装置高热负荷部件制造技术及屏蔽材料技术成果转化，配合国家能源装备领域重大战略，为公司的长远发展奠定基础。

联创光电在去年底电话会议上表示，公司参股40%的联创超导参与建设可控核聚变项目，主要作为该项目主机装置建设中的高温超导磁体系统和低温制冷系统的供应商，约占主机装置建设成本的一半左右。该项目将进一步巩固联创超导在高温超导磁体和相关技术领域的优势地位。

文章来源： 证券时报，未来智库，科普启示录