中国可控核聚变发展研究报告：技术演进、国际比较与未来展望
思瀚产业研究院    2025-11-25

一、引言

1.1 研究背景与意义

在全球能源需求持续攀升的大背景下，传统化石能源如煤炭、石油和天然气，正面临着储量有限和环境污染的双重困境。据国际能源署（IEA）数据显示，过去几十年间，全球能源消耗总量以每年一定比例稳步增长，新兴经济体的快速发展更是进一步加剧了能源供需的紧张局势。与此同时，化石能源燃烧产生的大量温室气体排放，对全球气候环境造成了不可忽视的负面影响，引发了诸如全球气候变暖、极端天气增多等一系列严峻问题。因此，寻找一种清洁、可持续且高效的替代能源，已成为当今全球能源领域的核心任务。

可控核聚变，作为一种极具潜力的未来能源解决方案，被国际社会广泛视为解决能源危机与环境问题的关键突破口。核聚变的原理是利用氢的同位素氘和氚等轻原子核，在极高温度和压力条件下发生聚合反应，生成重原子核的同时释放出巨大能量。这一过程不仅能量释放巨大，其燃料来源（如氘）在地球上极为丰富，从海水中即可大量提取；而且反应过程几乎不产生温室气体和长期放射性核废料，对环境友好。例如，每升海水中所含的氘通过核聚变反应释放的能量，相当于 300 升汽油完全燃烧所释放的能量，这使得核聚变能源具有无限的发展潜力。

中国作为全球最大的能源消费国之一，能源安全和可持续发展对国家的稳定与繁荣至关重要。发展可控核聚变技术，对于中国而言具有多重战略意义。在能源安全层面，它能够降低中国对进口化石能源的依赖程度，增强国家能源供应的自主性和稳定性，有效应对国际能源市场的波动与风险；从环境保护角度出发，有助于减少温室气体排放，推动中国实现碳达峰、碳中和目标，助力生态文明建设；在科技创新领域，可控核聚变研究涉及等离子体物理、超导技术、材料科学等多个前沿学科，能够带动相关领域技术的突破与创新，提升中国在全球科技竞争中的地位。

此外，在国际合作方面，可控核聚变研究是一项全球性的科学工程，国际热核聚变实验堆（ITER）计划便是国际间在该领域的重大合作项目，中国积极参与其中。通过与其他国家在可控核聚变领域的深入合作与交流，中国能够吸收借鉴国际先进技术和经验，加速自身技术研发进程，同时也为全球能源可持续发展贡献中国智慧和力量，提升国际影响力。因此，深入研究中国可控核聚变的发展路径，具有极为重要的现实意义和深远的战略价值。

1.2 研究方法与数据来源

本报告综合运用了多种研究方法，以确保研究的全面性、科学性和准确性。

文献研究法：系统梳理国内外关于可控核聚变的学术论文、研究报告、专利文献以及政府政策文件等资料。通过对大量文献的研读与分析，全面了解可控核聚变的基本原理、技术发展历程、国际研究动态以及相关政策法规，为研究提供坚实的理论基础和丰富的背景信息。例如，在探讨中国可控核聚变技术发展阶段时，参考了国内科研机构发表的学术论文，明确各阶段关键技术突破和成果。

案例分析法：选取中国在可控核聚变领域的代表性项目和实验装置，如中国环流器二号 M（HL - 2M）、东方超环（EAST）等进行深入剖析。详细研究这些项目的技术路线、研发过程、取得的成就以及面临的挑战，总结成功经验和可借鉴之处。以 EAST 为例，分析其在等离子体运行时间、温度等关键参数上的突破，以及对中国和全球可控核聚变研究的推动作用。

数据统计法：收集整理与可控核聚变相关的技术指标数据、科研投入数据、国际合作数据等，并运用统计分析方法进行量化分析。通过数据对比和趋势分析，直观呈现中国可控核聚变的发展现状、在国际上的地位以及发展趋势。例如，对历年中国在可控核聚变领域的科研经费投入进行统计，分析投入变化趋势及其对技术研发的影响。

本报告的数据来源广泛且权威，主要包括以下几个方面：

国际组织与机构报告：国际能源署（IEA）、国际原子能机构（IAEA）等发布的关于全球能源和核聚变研究的报告，提供了全球能源格局以及国际核聚变研究进展的宏观数据和信息。

政府部门公开信息：中国国家能源局、科学技术部等政府部门发布的政策文件、发展规划、统计数据等，这些数据反映了中国政府对可控核聚变研究的支持力度、政策导向以及国内研究的整体情况。

科研机构与高校研究成果：中国科学院等离子体物理研究所、核工业西南物理研究院等科研机构以及相关高校发表的学术论文、研究报告和实验数据，这些一手资料准确展示了中国在可控核聚变领域的技术突破和研究成果。

行业会议与专业数据库：参加国内外可控核聚变相关的学术会议，获取最新研究动态和前沿成果；同时，利用专业的科技文献数据库和专利数据库，检索和收集相关数据信息 。

二、可控核聚变基本原理与技术路线

2.1 核聚变原理

核聚变，本质上是轻原子核聚合成较重原子核的核反应过程 。在这一过程中，两个或两个以上能量足够高的轻原子核，通常是氢的同位素氘核与氚核，凭借自身具备的高能量，克服彼此之间因都带正电荷而产生的库仑斥力，相互靠近至核力作用范围。当达到足够近的距离时，核力开始发挥作用，使这些轻原子核聚合形成重原子核，并伴随产生中子或质子，同时释放出巨大的能量。这一能量释放的根源在于爱因斯坦的质能方程 E=mc²，即反应前后质量的微小亏损转化为了能量。

自然界中存在多种核聚变反应，目前主要的聚变反应集中在轻核之间。

其中，氘 - 氚（D - T）聚变反应因其反应截面较大，在同等温度和密度环境下，氘核和氚核碰撞并融合的概率更高，且点火温度相对较低，大约在 1 亿摄氏度左右，成为当前研究和应用中最受关注的聚变反应。据研究数据表明，D - T 聚变反应在温度 10 - 50keV 之间（对应 1 亿到 5 亿度，最大值为 20keV）时，反应截面表现出色 ，其发生聚变反应的劳逊条件为 10²¹keV・s/m³ 。其他聚变反应，如氘 - 氘（D - D）聚变、氘 - 氦 - 3（D - ³He）聚变、质子 - 硼 - 11（p - ¹¹B）聚变等，虽然也具备重要的研究价值，但在实现难度上各有挑战。以 D - ³He 反应为例，其对应反应截面为 100keV，劳逊条件为 10²³keV・s/m³；而质子 - 硼（p - ¹¹B）反应所需温度高达 250keV（25 - 50 亿度），劳逊条件为 5×10²⁴keV・s/m³，实现难度极大。

实现核聚变需要满足极为苛刻的条件，其中三个关键要素为高温、高密度和长约束时间，这三者的乘积被称为 “劳森判据”，是判断核聚变反应是否能够自持并产生净能量的重要依据。高温是实现核聚变的首要条件，因为温度是微观粒子热运动的宏观表现，只有当温度足够高时，轻原子核所携带的动能才足以克服库仑斥力，实现碰撞融合。据理论计算，聚变反应需要将物质加热至数亿摄氏度的高温，如 D - T 聚变反应需要达到 1 亿摄氏度左右。

较高的等离子体密度同样不可或缺，它能够增加粒子之间的碰撞频率，从而提高聚变反应发生的概率。粒子密度的提升意味着单位体积内的粒子数量增多，使得原子核之间更容易发生相互作用。此外，为了使核聚变反应持续稳定地进行，产生可观的能量输出，等离子体需要在高温和高密度的状态下保持足够长的时间，即具备一定的能量约束时间。较长的约束时间能够确保聚变反应的持续进行，源源不断地产生能量。只有当等离子体温度、粒子密度和约束时间的乘积大于某个特定值时，才能产生有效的聚变功率，实现核聚变反应的持续进行。

与其他能源相比，核聚变具有显著的优势。从燃料资源角度看，核聚变的主要燃料氘在地球上储量极为丰富，每升海水中大约含有 0.03 克氘，这意味着仅海水中的氘储量就约有 45 万亿吨，几乎可以视为取之不尽；而氚虽在自然界中不存在，但可以通过中子与锂作用产生，锂在地壳和海洋中的储量也较为可观，从某种意义上说，聚变原料近乎无限，这为解决全球能源危机提供了坚实的物质基础。在能量密度方面，核聚变展现出巨大的优势，单位质量核聚变释放的能量远高于传统化石能源以及核裂变能源。以 100 万千瓦的电站一年所需燃料为例，传统燃煤电厂需要约 200 万吨煤，燃油电厂需要约 130 万吨燃油，核裂变电站需要约 30 吨 UO₂，而核聚变燃料氘的消耗大概仅 0.6 吨，能量密度的巨大差异显而易见。核聚变在环保和安全性方面也表现卓越，氘氚核聚变反应的产物是惰性气体氦，不产生高放射性、长寿命的核废物，也不会释放有毒有害气体或温室气体，对环境友好；同时，由于可控核聚变所需的上亿度高温和复杂磁场等苛刻条件，一旦反应堆出现问题，聚变反应会立即停止，不会出现 “失控” 链式反应，具有固有安全性，有效避免了类似核裂变事故的风险。

2.2 实现可控核聚变的技术路径

目前，实现可控核聚变主要有三种技术路径，分别是重力场约束、激光惯性约束和磁约束核聚变。

重力场约束是恒星内部核聚变反应的主要约束方式。以太阳为例，其自身质量巨大，产生的强大引力将氢原子核等物质紧紧束缚在一起。这种强大的引力克服了原子核之间的静电斥力，使得原子核能够靠近到足够近的距离，进而在高温高压的环境下发生核聚变反应。然而，在地球上，由于无法产生如此强大的重力场，所以目前这种约束方式难以实现 。

激光惯性约束核聚变是利用超高强度的激光在极短的时间内辐照氘氚靶来实现聚变。具体过程为，将几毫克的氘和氚的混合气体或固体装入氘氚靶内，然后从外面均匀射入激光束或粒子束。这些光束的能量被靶面吸收，使得靶面物质迅速向外蒸发。根据作用力与反作用力原理，靶面内层会受到向内的挤压，从而使氘氚靶内的氘和氚受到强烈压缩，压力急剧升高，同时温度也会伴随着急剧升高。当温度达到所需的点火温度时，氘和氚便会在真空反应室中发生爆炸式的核聚变反应 。反应产生的蒸汽热量可转化为热能，产生的氚还可作为新燃料循环利用。这种爆炸过程时间极短，通常只有几万亿分之一秒。如果能够实现这种爆炸连续不断地进行，所释放出的能量将不可限量。美国的国家点火装置（NIF）是激光惯性约束核聚变的代表性项目，该装置在相关研究中取得了一定成果，例如实现了四次点火（能量增益大于 1），最大聚变能量达到 3.15MJ，Q 接近 1.8 ，为激光惯性约束核聚变的发展提供了重要的数据和经验支持。

磁约束核聚变则是利用强磁场可很好地约束带电粒子的特性，将氘氚气体约束在真空磁容器中并加热至数亿摄氏度高温，以达到核聚变的目的。这是目前国际上研究最为广泛且被认为最具发展前景的技术路径。在磁约束核聚变中，有多种研究装置，其中托卡马克和仿星器是较为典型的代表。

托卡马克是一种环形磁约束受控核聚变实验装置，由苏联科学家于 20 世纪 50 年代发明。其结构主要包括中央的环形真空室以及缠绕在外部的线圈。当线圈通电时，内部会产生巨大的螺旋形磁场，该磁场能够对环形真空室内的等离子体产生约束作用。等离子体在这种螺旋形磁场的约束下，被加热到很高的温度，从而达到核聚变的条件。托卡马克装置的运行原理基于等离子体物理的相关理论，通过巧妙设计磁场位形和控制等离子体参数，实现对高温等离子体的有效约束和稳定运行。在过去几十年中，托卡马克装置在核聚变研究领域取得了众多重要成果。

例如，20 世纪 90 年代，欧洲的 JET、日本的 JT - 60U、美国的 TFTR 三大托卡马克装置就已达到或者接近劳逊条件，获得了稳定、重复的高性能等离子体，验证了托卡马克实现聚变的科学可行性 。我国的全超导托卡马克核聚变实验装置 EAST 也取得了重大突破，实现了超过一亿度可重复的 400 秒高约束放电，以及上亿摄氏度、1066 秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为核聚变长时间稳态运行机制奠定了坚实基础 。此外，国际热核聚变实验堆（ITER）计划是托卡马克研究的重要国际合作项目，该计划旨在集成当今国际受控磁约束核聚变研究的主要科学和技术成果，全面验证聚变能源和平利用的科学可行性和工程可行性 。ITER 计划的目标是在地球上建造一个能与未来实用聚变堆规模相比拟的受控热核聚变实验堆，通过为期十年的第一阶段，实现通过感应驱动获得聚变功率 500MW、Q 大于 10、脉冲时间 500s 的燃烧等离子体；在第二阶段，通过非感应驱动等离子体电流，产生聚变功率大于 350MW、Q 大于 5、燃烧时间持续 3000s 的等离子体，研究燃烧等离子体的稳态运行，为建造托卡马克型商用聚变堆提供必要的技术和物理基础。

仿星器也是磁约束核聚变的一种重要装置。它通过特殊设计的复杂磁场结构来约束等离子体，与托卡马克相比，仿星器在等离子体约束方面具有一些独特的优势。例如，仿星器的磁场结构不需要像托卡马克那样依靠等离子体电流来维持磁场位形，因此在运行过程中不存在等离子体电流带来的一些不稳定性问题，理论上可以实现更稳定、更持久的等离子体约束。然而，仿星器的磁场设计和建造难度较大，需要精确控制和复杂的磁场线圈布局，这在一定程度上限制了其发展速度。不过，随着科技的不断进步，仿星器的研究也在逐渐取得进展，一些新型仿星器的设计和实验正在不断探索和优化，为磁约束核聚变提供了更多的技术选择和研究方向。

三、中国可控核聚变的历史发展

中国可控核聚变研究历程充满艰辛与辉煌，在不同历史时期，凭借科研人员的不懈努力和国家政策的大力支持，逐步从艰难起步走向世界前沿，为全球可控核聚变事业做出了重要贡献。

3.1 艰难起步（20 世纪 50 - 60 年代）

20 世纪 50 年代初，在冷战的国际背景下，以美国为首的西方阵营和以苏联为首的东方阵营在核技术领域展开了激烈的竞争，核聚变作为未来能源的终极梦想，成为双方争夺的焦点 。各国对核聚变研究严格保密，展开了一场秘密的 “地下赛跑”，彼时的中国连获取相关研究资料的途径都极为有限，如同站在赛场外的观众，难以参与其中。

核聚变技术的核心难点在于如何将加热至上亿摄氏度、处于等离子体状态的 “燃料” 容纳起来，并将其约束在一个高压状态下，这一难题犹如一座难以逾越的高山横亘在所有研究者面前 。面对如此艰巨的挑战，单靠一个国家的力量几乎无法攻克，于是两大阵营逐渐意识到合作的必要性，核聚变研究也开始从 “各自为战” 向 “合作共赢” 转变，这一转变为中国提供了宝贵的学习机会。

1958 年，第二届和平利用原子能国际会议在日内瓦召开，苏联在会上宣布建成了磁镜装置 “奥格拉”，并展示了四卷文集《等离子体物理与受控热核反应问题》，这一成果得到了大会的高度评价，也让核聚变研究的最新进展完全公开化 。这些公开的资料对于渴望追赶国际先进水平的中国来说，无疑是雪中送炭，成为了中国科学家们重要的学习 “教材”。同年 5 月，中科院物理研究所留美归来的孙湘牵头组建了第一室 103 组，正式开启了中国可控核聚变的研究工作 。仅仅几个月后，103 组就取得了重大突破，他们使用小型脉冲放电装置，成功制造出了高温等离子体 。这一成果作为中科院国庆献礼的重点项目，被《人民日报》誉为 “人造小太阳”，标志着中国在核聚变领域成功迈出了坚实的第一步。

然而，好景不长，1959 年，三年困难时期悄然降临，饥荒和自然灾害席卷全国，国家经济面临巨大挑战 。在这种严峻的形势下，继续向科研单位投入大额经费变得极为困难，核聚变研究的经费被大幅削减，科研骨干也被陆续调往优先级更高的两弹研制任务 。原本充满希望的核聚变研究逐渐陷入了停顿，到了 1963 年，中科院物理所的核聚变研究组正式撤销，第一波核聚变研究热潮就此落幕 。尽管中国在这一时期有心追赶核聚变技术，但无奈客观条件的限制，只能暂时停下脚步，等待时机再次出发。

3.2 组建 “国家队”（20 世纪 60 - 70 年代）

上世纪六十年代，国际局势风云变幻，冷战的阴影愈发浓重，核技术的竞争也愈发激烈 。毛主席高瞻远瞩，创造性地提出了 “三线建设” 战略，决定在中西部地区大力发展国防工业和基础工业 。这一战略不仅是为了应对国际局势的不确定性，更是为了在极端困难的条件下，为中国科技发展开辟一条独立自主的道路 。

1965 年，二机部做出了一个关键决策：整合全国核聚变科研力量，迁往四川乐山，筹建二机部 585 研究所，也就是后来大名鼎鼎的核工业西南物理研究院 。这一举措意义重大，它让中国可控核聚变研究有了一个坚实的 “大本营”，众多科研人员汇聚于此，为中国核聚变事业共同努力，也标志着中国正式组建了自己的 “核聚变国家队”，开始有组织、有规模地开展核聚变研究工作 。

然而，有了队伍只是第一步，接下来面临的问题是确定研究方向 。当时，核聚变研究领域就像一片茫茫大海，虽然目标明确 —— 实现可控核聚变，但具体该沿着怎样的技术路径前行，谁也没有十足的把握 。就在这时，苏联传来了一个令人振奋的消息 。1968 年，苏联公开了托卡马克（Tokamak）装置的实验数据，他们成功地将等离子体固定在一个环形腔体内 。这一成果如同一剂强心针，瞬间将学界和工业界对核聚变研究的悲观情绪一扫而空 。从 20 世纪 70 年代开始，全球范围内掀起了一股核聚变研发的 “托卡马克” 热潮，中国也迅速跟进，开启了托卡马克装置的研究之路，为后续的技术突破奠定了方向基础 。

3.3 持续发展与国际合作（20 世纪 80 年代 - 21 世纪初）

20 世纪 80 年代，中国在可控核聚变领域持续发力，取得了一系列重要成果。1984 年，中国环流器一号（HL - 1）在核工业西南物理研究院建成并投入运行，这是中国自行设计建造的第一台托卡马克装置 。HL - 1 的建成，填补了中国在磁约束核聚变领域的重要空白，使中国成为世界上少数拥有托卡马克装置的国家之一 。通过 HL - 1 装置，中国科研人员开展了大量的实验研究，对等离子体物理特性有了更深入的认识，积累了宝贵的实验数据和技术经验 。例如，在等离子体约束、加热和诊断等方面，取得了一系列具有国际水平的研究成果，为后续托卡马克装置的升级改造和性能提升提供了重要支撑 。

1994 年，中国第一个超导托卡马克装置 HT - 7 建成，这是中国核聚变研究的又一重要里程碑 。HT - 7 的建成，标志着中国在超导托卡马克技术领域取得了重大突破，进入了国际先进水平行列 。超导技术的应用，有效解决了传统托卡马克装置中磁场线圈电阻导致的能量损耗问题，使得等离子体约束性能和运行效率得到大幅提升 。利用 HT - 7 装置，科研人员开展了多项前沿研究，如长脉冲等离子体放电、高约束模式运行等，取得了一系列创新性成果，为中国后续全超导托卡马克装置 EAST 的建设和运行奠定了坚实基础 。

在这一时期，中国积极参与国际合作，融入全球核聚变研究的大舞台。2003 年，中国正式加入国际热核聚变实验堆（ITER）计划 。ITER 计划是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，旨在建造一个能产生大规模核聚变反应的实验堆，验证核聚变能源的可行性 。中国的加入，不仅能够吸收借鉴国际先进技术和经验，加速自身技术研发进程，还能在国际核聚变研究领域发挥重要作用，提升中国的国际影响力 。通过参与 ITER 计划，中国科研人员与来自全球多个国家的同行密切合作，共同攻克了一系列技术难题，在超导磁体技术、真空技术、等离子体诊断技术等方面取得了显著进展，为 ITER 项目的顺利推进做出了重要贡献 。

3.4 自主创新与突破（21 世纪初至今）

21 世纪初至今，中国在可控核聚变领域坚持自主创新，取得了众多举世瞩目的突破，实现了从 “跟跑” 到 “领跑” 的华丽跨越。2006 年，全超导托卡马克核聚变实验装置 EAST 在合肥建成，这是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克 。EAST 集全超导磁体技术、高功率加热技术、等离子体诊断技术等多项先进技术于一身，其设计和建造充分体现了中国科研人员的创新智慧和自主研发能力 。自建成以来，EAST 不断创造新的世界纪录，2025 年 1 月 20 日，EAST 成功实现 1 亿摄氏度 1066 秒的高约束模等离子体运行，这一成果标志着中国在核聚变能源研究领域实现了从基础科学向工程实践的重大跨越，让世界看到了中国在可控核聚变技术上的领先地位 。EAST 的成功运行，为未来聚变堆的设计和建造提供了关键的技术和物理基础，也为中国在全球核聚变研究领域赢得了重要话语权 。

2020 年，中国环流器二号 M（HL - 2M）在成都建成并实现首次放电 。HL - 2M 是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，其等离子体电流能力达到 1.5 兆安以上，等离子体离子温度可达到 1.5 亿摄氏度 。HL - 2M 的建成，进一步提升了中国核聚变研究的实验能力和水平 。2023 年 8 月 25 日，HL - 2M 首次实现 100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，这是核聚变装置综合能力的重要体现，也是中国核聚变能开发进程中的重要里程碑 。高约束模式能大幅增加等离子体的密度和储能，将聚变反应的效率提高数倍，此次突破使中国距离实现核聚变能源应用的目标又近了一步 。

2023 年，中国环流三号取得重大科研进展，首次实现 100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着中国磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列 。中国环流三号在后续研究中，将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术，实现堆芯级等离子体运行，研究前沿聚变物理，为中国开展聚变燃烧实验、自主建造聚变堆奠定基础 。

在这一时期，中国在高温等离子体控制、等离子体物理理论研究、核聚变材料研发等关键领域也取得了一系列重大突破 。通过自主研发和创新，中国掌握了一批具有自主知识产权的核心技术，在国际核聚变研究领域发挥着越来越重要的作用 。例如，在高温等离子体控制方面，中国科研人员成功研发出先进的等离子体控制算法和系统，实现了对等离子体的精确控制和稳定运行；在核聚变材料研发方面，研制出多种高性能的核聚变堆用材料，有效提高了核聚变装置的性能和寿命 。

四、中国可控核聚变的研究路径

4.1 国家层面的战略规划与布局

中国自 1983 年提出 “热堆 - 快堆 - 聚变堆” 的核能 “三步走” 战略，为国家核能领域的长远发展绘制了清晰的蓝图。其中，聚变堆作为核能发展的远期目标，承载着实现清洁能源大规模供应的重要使命，一直以来都受到国家的高度重视和大力支持 。

在政策支持方面，国家出台了一系列相关政策，为可控核聚变研究营造了良好的政策环境。2019 年，国务院发布《新能源产业发展规划》，明确将加快核聚变等前沿技术研究与应用作为推动能源生产和消费革命的重要举措，为核聚变研究提供了明确的政策导向 。国家能源局、科技部等部门也相继出台了一系列具体的政策措施，从项目审批、资金扶持、人才培养等多个方面，为核聚变研究提供全方位的政策保障和资金引导，有力地推动了核聚变技术的研发进程 。

资金投入是保障可控核聚变研究顺利开展的关键因素之一。核聚变研发具有周期长、风险高、资金需求大的特点，需要持续稳定的资金支持 。中国政府通过多种渠道筹集资金，形成了多元化的融资机制 。中央财政拨款在核聚变研究资金中占据重要地位，为重大科研项目和实验设施建设提供了坚实的资金后盾 。国家还设立了各类科技专项基金，如国家自然科学基金、国家重点研发计划等，对核聚变相关研究给予重点支持 。近年来，企业投资也逐渐成为核聚变研究资金的重要来源之一 。随着核聚变商业化前景日益明朗，越来越多的企业看到了核聚变技术的巨大潜力，积极参与到核聚变研究中来，通过与科研机构合作、自主投资研发等方式，为核聚变研究注入了新的活力 。据不完全统计，近五年来，中国核聚变相关科研投入已超过百亿元人民币，且呈逐年增长趋势 。

国家实验室和研究机构在可控核聚变研究中发挥着核心作用 。以中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所和核工业西南物理研究院为代表的科研机构，汇聚了大量顶尖科研人才，具备先进的实验设施和雄厚的科研实力，承担了众多国家级科研项目，在等离子体物理理论研究、核聚变实验装置研发、关键技术攻关等方面取得了一系列重要成果 。这些研究机构不仅是中国可控核聚变研究的主力军，也是国际核聚变研究领域的重要力量，通过参与国际合作项目，与国际同行密切交流与合作，不断提升中国在核聚变领域的国际影响力 。

4.2 主要研究机构与项目

中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP），位于安徽省合肥市西郊科学岛，成立于 1978 年 9 月 ，是中国热核聚变研究的重要基地。该所主要从事高温等离子体物理、磁约束核聚变工程技术及相关高技术研究和开发，以探索、开发、解决人类无限而清洁的新能源为最终目的 。在职职工 700 余人，其中专业技术人员逾 80% 。

ASIPP 在核聚变研究领域成果斐然。1994 年，该所的 HT - 7 超导托卡马克装置首次进行工程调试并成功获得等离子体，这是中国核聚变研究的重要里程碑，标志着中国在超导托卡马克技术领域取得了重大突破，为后续全超导托卡马克装置的研发奠定了基础 。2006 年，由 ASIPP 设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克 EAST 核聚变实验装置成功进行首次工程调试 。EAST 集全超导磁体技术、高功率加热技术、等离子体诊断技术等多项先进技术于一身，其非圆截面的设计使其在等离子体约束性能上具有独特优势 。自建成以来，EAST 不断创造新的世界纪录，2025 年 1 月 20 日，EAST 成功实现 1 亿摄氏度 1066 秒的高约束模等离子体运行，这一成果标志着中国在核聚变能源研究领域实现了从基础科学向工程实践的重大跨越 。ASIPP 还承担了多项 ITER 计划的采购包制造任务，如 ITER 计划环向场（TF）认证导体合同等，为 ITER 项目的顺利推进做出了重要贡献 。

核工业西南物理研究院，前身为二机部 585 研究所，于 1965 年在四川乐山筹建，是中国核聚变研究的 “国家队” 。该研究院长期致力于核聚变领域的研究，拥有中国环流器一号（HL - 1）、中国环流器二号 M（HL - 2M）等重要实验装置 。

HL - 1 是中国自行设计建造的第一台托卡马克装置，于 1984 年建成并投入运行 。通过 HL - 1 装置，科研人员对等离子体物理特性进行了深入研究，积累了宝贵的实验数据和技术经验，为后续托卡马克装置的升级改造提供了重要支撑 。HL - 2M 是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，于 2020 年建成并实现首次放电 。其等离子体电流能力达到 1.5 兆安以上，等离子体离子温度可达到 1.5 亿摄氏度 。2023 年 8 月 25 日，HL - 2M 首次实现 100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，这是核聚变装置综合能力的重要体现，也是中国核聚变能开发进程中的重要里程碑 。高约束模式能大幅增加等离子体的密度和储能，将聚变反应的效率提高数倍，此次突破使中国距离实现核聚变能源应用的目标又近了一步 。该研究院在核聚变加料技术方面也取得了突破，其原创的超声分子束注入（SMBI）加料技术已在国内外 10 余个聚变实验装置上得到应用，为等离子体加料和物理研究提供了重要手段 。

4.3 技术攻关重点与创新成果

在磁约束技术方面，中国致力于提升等离子体约束性能，以实现更稳定、高效的核聚变反应 。通过优化托卡马克装置的磁场位形设计，采用先进的磁体技术，如超导磁体，有效提高了磁场强度和稳定性，从而增强了对高温等离子体的约束能力 。在 EAST 和 HL - 2M 等装置上，通过不断改进磁场控制算法和系统，实现了对等离子体的精确控制和长时间稳定约束 。以 EAST 为例，其通过创新的磁体结构设计和先进的控制技术，成功实现了长时间的高约束模等离子体运行，为磁约束核聚变的工程应用提供了关键的技术支撑 。

加热技术是实现核聚变所需高温条件的关键。中国在射频加热、中性束注入加热等方面取得了显著进展 。射频加热技术通过射频波与等离子体的相互作用，将能量传递给等离子体，使其温度升高 。中国自主研发的射频加热系统，能够产生高功率的射频波，实现对等离子体的高效加热 。中性束注入加热则是将高能中性粒子束注入到等离子体中，通过粒子与等离子体的碰撞将能量传递给等离子体 。中国在中性束注入加热技术方面不断创新，提高了中性束的能量和注入效率，为核聚变实验提供了更强大的加热手段 。

等离子体诊断技术对于了解等离子体的状态和行为至关重要。中国在该领域取得了一系列创新成果，开发出多种先进的诊断方法和设备 。利用微波诊断技术，能够精确测量等离子体的密度、温度、磁场等参数；基于激光的诊断技术，如激光汤姆逊散射诊断，能够实现对等离子体电子温度和密度的高分辨率测量 。这些先进的诊断技术为等离子体物理研究和核聚变实验提供了准确的数据支持，有助于科研人员深入理解等离子体的物理过程，优化核聚变实验条件 。

核聚变堆材料需要具备耐高温、抗辐照、低活化等特性，以满足核聚变反应的极端环境要求 。中国在核聚变堆材料研发方面取得了重要突破，研制出多种高性能的材料 。在第一壁材料方面，开发出了具有良好抗辐照性能和热传导性能的钨基复合材料；在超导材料领域，不断提高超导材料的性能和稳定性，为超导磁体的应用提供了保障 。这些材料的研发成果，有效提高了核聚变装置的性能和寿命，为未来核聚变堆的建设奠定了坚实的材料基础 。

4.4 产学研合作模式

以中核集团牵头的可控核聚变创新联合体，是中国产学研合作模式在可控核聚变领域的典型代表 。2023 年 12 月，中核集团联合 24 家央企、科研院所、高校等组成可控核聚变创新联合体，截至目前，成员单位已发展至 33 家 。该联合体旨在整合各方优势资源，加速聚变能源市场化进程，推动可控核聚变技术从实验室研究走向实际应用 。

在技术研发方面，创新联合体充分发挥各成员单位的专业优势，开展协同攻关 。科研院所凭借其深厚的理论研究基础和先进的实验设施，承担关键技术的研发任务；高校则在人才培养和前沿理论研究方面发挥重要作用，为技术研发提供智力支持；企业凭借其强大的工程转化能力和产业化经验，将科研成果转化为实际产品和工程应用 。例如，在核聚变装置的关键部件研发过程中，科研院所负责攻克技术难题，高校提供创新的理论思路，企业则负责优化设计和大规模生产，通过三方紧密合作，提高了技术研发的效率和质量 。

这种产学研合作模式对产业发展起到了极大的促进作用 。它加速了科技成果的转化，使实验室的研究成果能够快速应用到实际生产中，推动了可控核聚变产业的发展 。通过整合产业链上下游资源，创新联合体促进了产业的协同发展，形成了完整的可控核聚变产业生态 。从原材料供应、关键部件制造、系统集成到运维服务，各环节之间实现了紧密协作，提高了产业的整体竞争力 。产学研合作模式还培养了大量复合型人才，这些人才既具备扎实的理论基础，又拥有丰富的实践经验，为可控核聚变产业的可持续发展提供了人才保障 。

五、国际可控核聚变发展现状

5.1 全球主要国家和地区的研究进展

美国在可控核聚变研究领域历史悠久且成果丰硕。在激光惯性约束核聚变方面，美国的国家点火装置（NIF）处于世界领先地位。NIF 是世界上最大、最强的激光系统之一，其目标是通过将激光束聚焦在小球上，产生高温、高压等离子体，使氢同位素发生核融合反应，从而释放出巨大的能量 。2022 年 12 月，NIF 首次实现了能量增益大于 1 的核聚变反应，输出能量达到 3.15 兆焦耳，超过了输入的 2.05 兆焦耳，这是激光惯性约束核聚变领域的重大突破，为未来实现可控核聚变能源奠定了重要基础 。在磁约束核聚变领域，美国也拥有多个重要的研究装置，如 DIII - D 托卡马克装置 。DIII - D 在等离子体物理研究、先进运行模式探索等方面取得了一系列成果，对托卡马克装置的物理理解和技术发展做出了重要贡献 。美国政府对核聚变研究高度重视，通过能源部等部门持续提供大量资金支持，推动了相关技术的快速发展 。同时，美国在核聚变材料研发、等离子体诊断技术等方面也处于国际先进水平，为核聚变装置的设计和运行提供了关键技术支撑 。然而，美国在可控核聚变研究中也面临一些挑战，如核聚变反应的能量效率仍有待进一步提高，核聚变装置的建设和运行成本高昂，以及如何实现核聚变的商业化应用等问题 。

欧盟在可控核聚变领域同样投入巨大，取得了显著进展 。欧洲联合环形（JET）实验装置是欧盟磁约束核聚变研究的重要平台 。2021 年，JET 创造了新的核聚变能量记录，在 5 秒内产生了 59 兆焦耳的能量，相当于 11 兆瓦的功率，这一成果是对核聚变能源可行性的有力验证 。JET 的成功运行，为正在法国建设的国际热核聚变实验堆（ITER）提供了重要的实验数据和技术参考 。欧盟在核聚变技术研发方面注重国际合作，积极参与 ITER 计划，整合了欧洲各国的科研力量和资源 。在核聚变材料、超导磁体技术、等离子体控制等关键领域，欧盟也取得了众多技术突破，为实现核聚变能源的商业化应用奠定了坚实基础 。然而，欧盟在可控核聚变研究过程中，也面临着项目协调和管理的挑战，由于参与国家众多，在项目推进过程中需要协调各方利益和资源，确保项目的顺利进行 。此外，如何提高核聚变装置的运行稳定性和可靠性，也是欧盟需要解决的重要问题 。

日本在可控核聚变研究方面也成绩斐然 。日本原子能研究开发机构（JAEA）的 JT - 60 系列托卡马克装置在等离子体物理研究和核聚变技术开发方面发挥了重要作用 。2023 年 12 月 1 日，日本和欧盟共同建设的大型核聚变实验装置 JT - 60SA 开始运行 。JT - 60SA 是目前世界上最大的超导托卡马克核聚变反应堆，也是国际热核聚变实验反应堆计划（ITER）的先行项目，其成果将应用于未来核聚变原型堆的建设中 。

JT - 60SA 采用了超导托卡马克技术，利用超导线圈产生的磁场将超热电离气体或等离子体困在环形真空室内，实现氢原子核的融合并释放能量 。日本在核聚变研究中，注重基础研究和应用研究的结合，在等离子体诊断、核聚变堆材料研发等方面取得了一系列成果 。但日本也面临着一些挑战，如核聚变研究需要大量的资金和人力资源投入，对于国土面积较小、资源相对有限的日本来说，如何持续保障研究所需的资源是一个重要问题 。此外，日本在国际核聚变合作中，如何更好地发挥自身优势，与其他国家实现互利共赢，也是需要思考的方向 。

俄罗斯在可控核聚变研究领域拥有独特的技术和成果 。俄罗斯科学院西伯利亚分院 GI Budker 核物理研究所（INP SB RAS）在磁约束核聚变研究方面取得了重要进展 。该研究所使用带有螺旋磁等离子体限制的开放式陷阱 SMOLA 装置，成功地将等离子体密度提高了 1.5 倍，并使血浆流出速度减慢了 10 倍 。

通过在实验中加入强螺旋磁场，有效减少了等离子体的外流，增强了等离子体的约束效果 。俄罗斯还在惯性约束核聚变领域进行了积极探索，全俄实验物理科研所完成安装全球最强大激光器 UFL - 2M，其机身配备 192 条激光通道，可产生 192 条激光束从各个方向均匀照射靶标，向热核靶输送的能量将是美国国家点火装置（NIF）激光器的一倍半，可用于测试惯性约束聚变实验和研究超高压及高温下物质性能 。俄罗斯在核聚变研究中，注重发挥自身在物理基础研究和大型实验装置建设方面的优势，但也面临着经济和技术等方面的挑战 。经济上，核聚变研究的高投入需要稳定的资金支持，俄罗斯需要合理安排资源，确保研究的持续推进 。技术上，虽然在某些领域取得了进展，但仍需不断突破关键技术，提高核聚变装置的性能和效率 。

5.2 国际合作项目

国际热核聚变实验堆（ITER）计划是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，旨在和平利用核聚变能的基础上，探索核聚变在科学和工程技术上的可行性 。ITER 项目于 1985 年 11 月在日内瓦超级大国峰会启动，2006 年 11 月，中国、欧盟、美国、俄罗斯、印度、日本、韩国七方代表签署了国际热核聚变实验堆计划联合实施协定 。ITER 装置是一个能产生大规模可控核聚变反应的超导托卡马克，俗称 “人造太阳” 。其主要目标之一是证明核聚变反应可以产生比启动反应过程所提供的能量多得多的能量，导致功率整体增加 。ITER 计划通过集成当今国际受控磁约束核聚变研究的主要科学和技术成果，全面验证聚变能源和平利用的科学可行性和工程可行性 。

在资金方面，ITER 计划的预算庞大，截至目前，预计总投资超过 200 亿欧元 。如此巨额的资金需求，由各参与方共同承担 。这种资金分担模式使得各国能够在自身能力范围内为项目提供支持，降低了单个国家的资金压力 。通过国际合作，各国汇聚资金，为建造和运行 ITER 装置提供了必要的经济保障，确保了项目的顺利推进 。

技术层面，ITER 计划整合了全球顶尖的核聚变技术和科研力量 。各参与国在不同技术领域各有专长，如中国在超导磁体技术、真空技术等方面取得了显著进展，为 ITER 项目提供了高质量的关键部件和技术支持 ；欧盟在等离子体物理研究和大型实验装置运行方面经验丰富，为 ITER 的物理实验和工程设计提供了重要的理论和实践基础 ；美国在激光技术、核聚变诊断技术等方面处于领先地位，为 ITER 项目提供了先进的诊断设备和测量技术 。各国技术的相互融合和互补，加速了核聚变技术的突破和创新，推动了 ITER 项目向更高水平发展 。

人才培养上，ITER 计划为全球培养了大量核聚变领域的专业人才 。通过参与 ITER 项目，各国科研人员在共同的研究环境中交流合作，分享经验和知识 。年轻的科研人员有机会参与到世界顶尖的核聚变研究项目中，接触到最前沿的技术和理念，得到了锻炼和成长 。这种国际合作的人才培养模式，促进了核聚变领域人才的国际化流动和交流，为全球核聚变事业的可持续发展提供了人才保障 。

然而，ITER 计划也面临着诸多挑战 。项目的复杂性和技术难度超出预期，导致建设进度多次延迟 。由于 ITER 装置涉及众多复杂的系统和技术，在建设过程中需要攻克大量的技术难题，如超导磁体的制造和安装、等离子体的稳定约束等，这些技术难题的解决需要耗费大量的时间和精力 。各参与国之间的协调和沟通也存在一定困难 。由于各国在政治、经济、文化等方面存在差异，在项目决策、资源分配等方面可能会出现分歧，需要通过不断的协商和谈判来解决 。ITER 计划的成本超支问题也较为突出 。随着项目的推进，实际成本不断增加，这给各参与国带来了一定的经济压力，也对项目的后续发展产生了一定的影响 。

六、中国与国际可控核聚变发展对比

6.1 投入与规模

在资金投入方面，中国对可控核聚变研究给予了持续且有力的资金支持。政府通过国家财政拨款、科研专项基金等多种渠道，为核聚变研究提供了稳定的资金来源。例如，国家自然科学基金、国家重点研发计划等都将核聚变研究作为重点支持领域。近年来，随着对核聚变能源重要性认识的不断加深，资金投入呈现出稳步增长的趋势。与其他国家相比，中国在核聚变研究的资金投入规模上处于国际前列 。美国虽然在核聚变领域的投入也相当可观，但其资金分配较为分散，涉及多个研究方向和众多科研机构，导致单个项目或机构获得的资金相对有限 。欧盟在核聚变研究方面的投入同样巨大，主要通过参与 ITER 计划等国际合作项目来整合资金资源，但由于参与国家众多，资金协调和分配的复杂性较高 。日本的资金投入规模相对中国和美国、欧盟而言较小，不过其在核聚变研究领域一直保持着稳定的资金支持，注重基础研究和关键技术的突破 。

科研人员数量是衡量一个国家核聚变研究实力的重要指标之一 。中国拥有一支庞大且专业的核聚变科研人才队伍，中国科学院等离子体物理研究所、核工业西南物理研究院等科研机构汇聚了大量优秀的科研人员 。这些科研人员涵盖了等离子体物理、工程技术、材料科学等多个学科领域，形成了完整的人才梯队 。据不完全统计，中国从事核聚变研究的专业科研人员数量已达数千人 。美国在核聚变科研人员数量上也具有一定规模，其科研人员主要分布在国家实验室、高校和企业研发机构中 。欧盟由于是多个国家的联合体，其科研人员总数较多，但在人才整合和协同创新方面面临一定挑战 。日本的科研人员数量相对较少，不过其科研人员的专业素质和科研能力较高，在核聚变领域取得了一系列重要成果 。

在实验装置数量和规模方面，中国拥有多个具有国际影响力的核聚变实验装置 。如全超导托卡马克核聚变实验装置 EAST，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克，其在等离子体运行参数和实验成果上处于世界领先水平 。中国环流器二号 M（HL - 2M）是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，具备更高的等离子体电流和离子温度能力 。此外，中国还在积极建设和规划新的实验装置，以进一步提升研究能力 。美国拥有国家点火装置（NIF）等大型实验装置，NIF 是世界上最大、最强的激光惯性约束核聚变装置之一 。欧盟的欧洲联合环形（JET）实验装置在磁约束核聚变研究中发挥着重要作用，是世界上运行时间较长、成果丰硕的托卡马克装置之一 。日本的 JT - 60 系列托卡马克装置也是国际核聚变研究的重要平台之一 。总体而言，中国在实验装置的规模和技术水平上已达到国际先进水平，与其他国家在实验装置方面各具特色，共同推动着全球核聚变研究的发展 。

6.2 技术水平与成果

在等离子体参数方面，中国取得了显著的成就 。EAST 在 2025 年 1 月 20 日成功实现 1 亿摄氏度 1066 秒的高约束模等离子体运行，这一成果在等离子体温度和运行时间上达到了国际领先水平 。中国环流器二号 M（HL - 2M）的等离子体离子温度可达到 1.5 亿摄氏度，等离子体电流能力达到 1.5 兆安以上 。与国际上其他国家相比，美国的国家点火装置（NIF）在激光惯性约束核聚变方面，实现了能量增益大于 1 的突破，输出能量达到 3.15 兆焦耳，超过了输入的 2.05 兆焦耳，在能量增益方面处于领先地位 。欧盟的 JET 实验装置在 2021 年创造了新的核聚变能量记录，在 5 秒内产生了 59 兆焦耳的能量，相当于 11 兆瓦的功率，在核聚变能量输出方面表现出色 。日本的 JT - 60SA 在等离子体约束和加热等方面取得了重要进展，其采用的超导托卡马克技术，利用超导线圈产生的磁场将超热电离气体或等离子体困在环形真空室内，实现氢原子核的融合并释放能量 。

在运行时间上，中国的 EAST 实现了长时间的高约束模等离子体运行，1066 秒的运行时间处于国际领先水平 。这一成果为未来核聚变堆的长时间稳定运行提供了关键技术支持 。法国的 WEST 装置在 2025 年 2 月 12 日实现氢等离子体持续运行 1337 秒，刷新了 EAST 此前保持的纪录 ，这表明在等离子体运行时间方面，国际竞争激烈，各国都在不断努力突破 。美国的托卡马克装置在运行时间上也有一定的成果，但与中国和法国的最新突破相比，还有提升空间 。

在能量增益方面，美国的 NIF 在 2022 年 12 月首次实现了能量增益大于 1 的核聚变反应，这是激光惯性约束核聚变领域的重大突破 。然而，目前全球范围内距离实现商业化所需的能量增益目标（Q 大于 10）仍有较大差距 。中国在能量增益方面也在不断努力，通过对托卡马克装置的优化和关键技术的突破，逐步提高能量增益水平 。欧盟和日本等国家和地区也在积极开展相关研究，探索提高能量增益的方法和途径 。

总体来看，中国在等离子体温度和运行时间等方面具有明显优势，处于国际领先地位 。在能量增益方面，虽然美国取得了一定突破，但各国都面临着向商业化目标迈进的挑战，中国也在不断加大研究力度，缩小与国际先进水平的差距 。在不同的技术指标上，各国各有优势，相互竞争又相互合作，共同推动着可控核聚变技术的发展 。

6.3 发展模式与策略

中国在可控核聚变发展中采用了举国体制，这种模式具有强大的资源整合能力和战略规划能力 。国家从战略高度对核聚变研究进行统一规划和布局，集中全国的科研力量、资金和资源，进行协同攻关 。通过国家实验室和重点科研机构的引领，整合高校、企业等各方资源，形成了产学研用紧密结合的创新体系 。例如，以中国科学院等离子体物理研究所和核工业西南物理研究院为核心，联合多所高校和企业，共同承担国家重大科研项目，在关键技术研发、实验装置建设等方面取得了显著成效 。在技术路线选择上，中国以托卡马克装置为主要研究方向，同时积极探索其他创新技术路径 。托卡马克装置经过多年的研究和发展，技术相对成熟，中国在这方面积累了丰富的经验和成果 。积极关注仿星器、激光惯性约束核聚变等其他技术路线的发展，开展相关研究和探索，为核聚变技术的多元化发展奠定基础 。

在国际合作方面，中国积极参与 ITER 计划，与国际上其他国家和地区的科研团队密切合作 。通过参与 ITER 计划，中国不仅能够吸收借鉴国际先进技术和经验，还能在国际核聚变研究领域发挥重要作用，提升国际影响力 。中国还与多个国家开展双边或多边的合作项目，在核聚变技术研发、人才培养等方面进行交流与合作 。在产业发展方面，中国注重推动核聚变技术的产业化应用，通过政策引导和资金支持，鼓励企业参与核聚变产业的发展 。成立可控核聚变创新联合体，整合产业链上下游资源，加速科技成果的转化和产业化进程 。积极培育核聚变相关的产业集群，促进产业的协同发展，为核聚变能源的商业化应用奠定产业基础 。

与中国不同，美国的核聚变研究呈现出多元化的发展模式，既有政府主导的国家实验室研究项目，也有大量私营企业参与的商业开发项目 。私营企业在核聚变研究中发挥着越来越重要的作用，它们通过吸引大量私人投资，采用创新的技术路线和商业模式，推动核聚变技术的快速发展 。例如，Commonwealth Fusion Systems（CFS）押注 SPARC 装置，计划 2027 年点火，通过高温超导磁体缩短技术路径 。欧盟的核聚变研究主要通过国际合作项目来推进，以 ITER 计划为核心，整合欧洲各国的科研力量和资源 。欧盟注重在核聚变技术研发、人才培养和产业发展等方面的协同合作，通过制定统一的政策和标准，促进欧洲核聚变产业的一体化发展 。日本则强调基础研究和应用研究的结合，在核聚变研究中注重技术的精细化和创新 。通过政府、科研机构和企业的紧密合作，日本在核聚变堆材料研发、等离子体诊断等方面取得了一系列成果 。

中国的举国体制在资源整合和战略推进方面具有独特优势，能够集中力量攻克关键技术难题，实现技术的快速突破 。但在市场化和创新活力方面，与美国的私营企业驱动模式相比，还有一定的提升空间 。欧盟的国际合作模式在整合资源和共享成果方面成效显著，但在项目协调和管理上面临一定挑战 。日本的发展模式在基础研究和技术创新方面表现出色，但在产业规模和国际影响力方面相对较弱 。不同的发展模式和策略各有优劣，中国在未来的发展中，可以借鉴其他国家的成功经验，进一步完善自身的发展模式，推动可控核聚变技术的快速发展和商业化应用 。

七、挑战与展望

7.1 面临的挑战

尽管中国在可控核聚变领域取得了显著进展，但仍面临诸多挑战。在技术层面，虽然在等离子体约束、加热等关键技术上已取得突破，但要实现核聚变的商业化应用，仍需攻克一系列难题 。例如，目前的核聚变装置能量增益系数（Q 值）仍远低于商业化所需的水平，如何进一步提高 Q 值，实现核聚变反应的能量输出大于输入，是亟待解决的关键问题 。等离子体的长时间稳定运行也是一个挑战，在长时间运行过程中，等离子体的不稳定性可能导致能量损失和装置损坏，需要研发更先进的等离子体控制技术来确保其稳定性 。

在工程建设方面，核聚变装置的建设和运行成本高昂 。以国际热核聚变实验堆（ITER）计划为例，其预算不断攀升，反映出核聚变工程建设的巨大资金需求 。中国在建设自己的核聚变实验装置和未来的聚变堆时，也需要面对高昂的建设成本和运行维护费用 。核聚变装置的建设涉及众多复杂的系统和技术，需要高度的工程集成能力和精确的工程设计，如何确保工程建设的质量和进度，也是面临的重要挑战 。

资金投入方面，核聚变研究是一个长期且高投入的过程，需要持续稳定的资金支持 。虽然中国政府在核聚变研究上投入了大量资金，但随着研究的深入和项目的推进，资金需求不断增加，如何拓宽资金来源渠道，吸引更多的社会资本参与，是需要解决的问题 。资金的分配和使用效率也有待提高，确保资金能够精准投入到关键技术研发和重要项目建设中 。

人才短缺是制约中国可控核聚变发展的又一因素 。核聚变研究涉及多个学科领域，需要具备跨学科知识和实践经验的复合型人才 。目前，中国在核聚变领域的专业人才数量相对不足，人才培养体系还不够完善，如何加强人才培养，吸引更多优秀人才投身核聚变研究，是推动该领域发展的重要任务 。

在国际竞争方面，全球范围内多个国家和地区都在积极开展可控核聚变研究，竞争日益激烈 。美国、欧盟、日本等国家和地区在核聚变技术研发上也取得了重要进展，在一些关键技术和研究成果上与中国形成竞争态势 。如何在国际竞争中保持优势，加快技术研发和应用步伐，是中国面临的挑战之一 。国际合作也面临一些不确定性，如在 ITER 计划中，由于参与国家众多，各方在利益分配、技术共享等方面可能存在分歧，影响项目的顺利推进 。

7.2 未来发展趋势

未来，中国可控核聚变有望在多个方面取得突破 。在技术突破方向上，随着科研的不断深入，预计在等离子体物理理论研究、新型核聚变材料研发、先进控制技术等方面将取得新的进展 。例如，通过深入研究等离子体物理过程，进一步优化等离子体约束和加热方案，提高核聚变反应的效率和稳定性；研发新型的耐高温、抗辐照、低活化的核聚变堆材料，提高核聚变装置的性能和寿命；利用人工智能、大数据等新兴技术，开发更先进的等离子体控制算法和系统，实现对核聚变反应的精确控制 。

商业化前景方面，虽然目前可控核聚变距离商业化应用还有一定距离，但随着技术的不断进步，其商业化前景日益明朗 。预计在未来几十年内，有望实现核聚变发电的商业化示范，逐步建立起完整的核聚变能源产业体系 。核聚变能源的商业化应用将对全球能源结构产生深远影响，有助于减少对传统化石能源的依赖，实现能源的可持续发展 。

在能源结构方面，可控核聚变能源的成功应用将显著改变中国的能源结构 。作为一种清洁、可持续、能量密度高的能源，核聚变能源将在未来能源体系中占据重要地位，为实现碳达峰、碳中和目标提供有力支持 。在国际合作方面，中国将继续积极参与国际核聚变研究合作项目，加强与其他国家的技术交流与合作 。通过国际合作，吸收借鉴国际先进技术和经验，共同攻克技术难题，推动全球可控核聚变技术的发展 。

7.3 建议与对策

为了推动中国可控核聚变技术的快速发展，实现商业化应用，提出以下建议与对策 。加大研发投入，政府应持续增加对核聚变研究的财政支持，设立专项科研基金，鼓励科研机构和企业开展关键技术研发 。引导社会资本参与核聚变研究，通过政策引导和资金扶持，吸引更多的企业和投资机构投入到核聚变领域，拓宽资金来源渠道 。

加强人才培养，完善核聚变领域的人才培养体系，在高校和科研机构中设置相关专业和课程，培养一批具备跨学科知识和实践经验的专业人才 。加强国际人才交流与合作，吸引国外优秀人才来华参与核聚变研究，同时选派国内优秀人才到国际核聚变研究机构学习和交流，提升人才的国际化水平 。

深化国际合作，积极参与国际核聚变研究项目，如 ITER 计划等，加强与其他国家在技术研发、人才培养、项目建设等方面的合作 。推动双边和多边的核聚变合作项目，与其他国家共同开展关键技术研究和实验装置建设，实现资源共享和优势互补 。

完善政策支持，政府应出台一系列有利于核聚变技术发展的政策，包括税收优惠、补贴政策、产业规划等 。制定相关的法律法规和标准规范，为核聚变装置的建设、运行和监管提供法律保障，确保核聚变技术的安全、可靠发展 。

八、结论

8.1 研究总结

中国可控核聚变事业历经数十年的发展，从 20 世纪 50 - 60 年代艰难起步，在国际技术封锁和国内经济困难的情况下，凭借科研人员的不懈努力，成功制造出高温等离子体，迈出了坚实的第一步。随后在 “三线建设” 战略推动下，组建 “国家队”，确定托卡马克为主要研究方向，开启有组织、有规模的研究。经过 80 年代 - 21 世纪初的持续发展与国际合作，建成中国环流器一号、HT - 7 超导托卡马克等重要装置，并积极参与 ITER 计划，技术水平和国际影响力不断提升。21 世纪初至今，中国坚持自主创新，EAST、HL - 2M 等装置相继取得重大突破，在等离子体参数、运行时间等关键指标上处于国际领先地位。

中国的研究路径围绕国家层面的战略规划与布局展开，通过 “热堆 - 快堆 - 聚变堆” 核能 “三步走” 战略明确方向，以国家实验室和研究机构为核心，如中国科学院等离子体物理研究所和核工业西南物理研究院，集中力量进行技术攻关。在磁约束技术、加热技术、等离子体诊断技术和核聚变堆材料等方面取得众多创新成果，并通过产学研合作模式，加速科技成果转化和产业发展，以中核集团牵头的可控核聚变创新联合体为代表，整合各方资源，推动可控核聚变技术迈向商业化应用。

与国际对比，中国在资金投入、科研人员数量和实验装置规模上都处于国际前列，在技术水平上，EAST 实现 1 亿摄氏度 1066 秒高约束模等离子体运行等成果彰显了中国在等离子体温度和运行时间方面的优势，尽管在能量增益方面与美国 NIF 等有差距，但也在不断追赶突破。在发展模式上，中国的举国体制在资源整合和战略推进上优势明显，同时积极参与国际合作，与美国的多元化发展模式、欧盟的国际合作主导模式、日本的基础与应用结合模式各有特点，共同推动全球可控核聚变研究。可控核聚变对于解决全球能源危机和环境问题具有不可替代的重要性，中国在该领域的成果不仅提升了自身能源安全和科技实力，也为全球可持续发展做出了重要贡献。

8.2 研究不足与展望

本研究在数据获取方面存在一定局限性，部分核聚变研究的核心数据和技术细节因涉及国家安全和商业机密，获取难度较大，导致对一些技术指标和项目进展的分析不够全面深入。在分析深度上，对于复杂的核聚变技术原理和工程实现过程，未能进行更细致的多学科交叉分析，对技术背后的物理机制、材料科学等方面的关联探讨不够充分。

未来研究方向可聚焦于更深入地探究核聚变的物理过程，加强理论研究与实验验证的结合，利用多学科融合的方法，如结合人工智能、材料科学、等离子体物理等多学科知识，进一步优化核聚变装置的设计和运行。在国际合作研究方面，应持续关注 ITER 计划及其他国际合作项目的进展，加强与国际同行的交流与合作，共同攻克可控核聚变领域的技术难题。随着技术的不断进步和研究的深入，未来有望在等离子体长时间稳定运行、能量增益提升、核聚变堆材料性能优化等关键技术上取得更大突破，加速可控核聚变的商业化应用进程，为全球能源结构转型和可持续发展提供强大动力。