可控核聚变-人类的终极能源
思瀚产业研究院    2025-05-20

核聚变：兼具“高能量密度、原料易得、布置灵活、安全环保”的能源形式

核聚变兼具“高能量密度、原料易得、布置灵活、安全环保”等优点，相较于其他主流发电方式有着明显优势。以氘氚（D-T）聚变为例，聚变单次反应即可释放 17.59MeV 能量，将现有能源体系的能量密度提升了千万倍；此外，核聚变安全环保，原料易得，发电环境无特定要求。对于能源行业，核聚变不仅意味着技术迭代，更是对能源范式的降维打击。

核聚变能量来源于聚变时发生质量亏损而释放的巨大能量。以氘氚聚变为例，反应将氘核与氚核聚合成为重核（氦核）与中子，过程中出现质量损失。根据质能方程 E=mc²，亏损的质量将转换为相应的能量释放出来。通过对氢核施加约束，氢核之间的排斥力得以抵消，氢核从而相互靠近并发生核聚变反应。

Q 值是衡量核聚变落地的核心指标，近年来 Q 值持续提升

从可控核聚变研发至今，Q 值与聚变三重积均显著增加，使未来的商业化可控核聚变成为可能。实现核反应堆稳定运行要求聚变三重积大于一定值，聚变三重积指的是足够高的温度（T）、一定的密度（n）和一定的能量约束时间（τE）三者的乘积；聚变三重积与 Q 值呈正相关关系，聚变三重积越大，则 Q 值也会随之增大。

Q 值的大小直接决定了核聚变实现商业化的进程。Q 值被定义为聚变产出能量与维持聚变反应必需输入能量的比值，当 Q=1 时，聚变达到了理论上的能量盈亏平衡；而在实际的氘氚（D-T）聚变中，仅有约 20%的能量以α粒子形式释放用于继续反应，因此当 Q=5 时可维持氘氚聚变；国际热核聚变实验堆（ITER）的目标是实现 Q 大于 10，以验证聚变发电的可行性；当 Q 值大于 30 时，才能算作成熟的商业发电。

磁约束方案有望成为主流的可控核聚变方案

磁约束方案具有安全经济的优势，是目前核聚变主流的约束方案。核聚变约束主流方案包括磁约束和惯性约束，其中磁约束是通过利用强磁场来约束高温等离子体，使其在不与反应堆壁接触的情况下维持聚变反应。磁约束因具有较高的有效性和可持续能源生产的潜力，目前磁约束方案已经被广泛使用，占据了 62%的核聚变装置市场份额。其中托卡马克装置由于结构简单，且技术相对成熟而被广泛采用，在目前全部约束装置中占比 48%。

国际进展迅速，全球可控核聚变行业融资额今年持续高增

全球可控核聚变技术里程碑事件频频出现，行业投资额持续增高。自 ITER 成立各国开展研究合作后，各国基于 ITER 技术平台开展探索并分别取得多项里程碑式成就。此外，近两年各国政府及企业在核聚变领域陆续开展投资活动，投融资金额持续升高。核聚变行业目前已经进入加速阶段。

核聚变行业进入快速发展阶段。全球核聚变行业成立公司持续增多，2024 年核聚变公司已经增长至 45 家。2024 年行业累计融资金额已经超过 71 亿美元，相较于 23 年增加 9 亿美元。

核聚变行业普遍预期聚变商业化时点将近，商业化落地时间预计在 2031-35 年。根据《Theglobal fusion industry in 2024》报告，多数公司对于核聚变实现发电、进入商业化落地阶段的预测时间在 2030 年附近。

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