2025年末,中国核聚变产业的招标公告,正以罕见的密度发布。这些动辄数亿的订单,并非孤立事件。它们共同指向一个清晰的事实:曾被视作遥不可及的“终极能源”——可控核聚变,其商业化进程正悄然提速。
终极能源 百年求索
可控核聚变是利用氢同位素(如氘和氚)在极高温度和压力下发生聚变反应,释放出巨大的能量的技术,与核裂变相比,核聚变具有能量密度高、原料丰富、放射性废物少、安全性高等优势,被认为是“终极能源”。
核聚变产业发展可分为科学理论、科学可行性、工程可行性、商业可行性和商业堆等五个阶段,历经多年发展,当前正朝着向工程可行性乃至商业可行性发展。从1934年氘氚聚变反应被实现以来,苏联、英国、美国等多国都设立了聚变物理实验室,开始了对核聚变实验研究。
1968年,苏联利用托卡马克装置完成了重大突破,实现等离子体电子温度大于1keV,电流脉冲宽度大约为50毫秒,能量约束时间达到7毫秒,10倍于当时受困于Bohm扩散极限的其他类型聚变实验装置,这在当时是历史性的突破。
到20世纪90年代,欧盟的JET,美国的TFTR和日本的JT60这三大托卡马克装置在磁约束核聚变研究中获得了许多重要成果,验证了基于氘氚聚变的磁约束聚变作为聚变反应堆的科学可行性。
当前核聚变技术路线多样化,托卡马克最为成熟,Z-箍缩等其他路线同样具备潜力。以ITER为例,托卡马克包括包层、真空室、磁体系统、偏滤器、真空杜瓦等主要部件及包括低温系统、电源诊断系统等的支持系统,其中磁体、真空室等部件占据主要成本构成,磁体、真空室及真空室内构件分别占28%、8%、17%。产业内主要以可提供更强磁场以提升等离子体约束时间的超导磁体为主要路线,高温超导材料助力提升聚变反应率、降低冷却成本并推动装置小型化,其应用随技术成熟度提升、生产成本的降低而逐步扩容。
全球竞速,曙光初现。
全球各国及产业巨头加码可控核聚变研发推进,示范核电厂(DEMO)提上日程,产业对行业发展前景乐观,商业化供电有望于10年内实现。其中ITER项目的脉冲超导电磁体系统、回旋加速器、低温恒温器已经建设完成或交付,计划2033~2034年进入综合调试阶段,2034年启动运行,2039年开始氘-氚聚变实验运行(推迟4年)。中国CFETR、欧盟EU-DEMO、韩国K-DEMO、日本JADEMO计划于2035年至2040年开始建设,并于2050年开始运营。
根据国际能源署和国际原子能机构预测,到2030年,全球核聚变市场规模有望达到4965.5亿美元,2050年有望突破万亿美元市场。
我国聚变工程发展路径分“实验堆-示范堆-商用堆”三步走,目前处于实验堆阶段。实验堆是可控核聚变实现商业化的第一步,主要目的是验证聚变能源的科学原理和基础技术。第二阶段,到2035年建成中国聚变工程试验堆,调试运行并进行物理实验。第三阶段,到2050年开始建设商业聚变示范电站。
全超导托卡马克核聚变实验堆ITER资料来源:新浪财经
2025年1月14日关键子系统“偏滤器等离子体与材料相互作用研究平台”已经完成测试。中国环流三号(HL-3)预计在2027年开展中国首次氘氚实验,2025年上半年该装置实现离子温度和电子温度双亿度突破,聚变三乘积达到10的20次方量级,中国环流四号(HL-4)建设项目已进入深入论证阶段。
产业对核聚变落地进程乐观,根据FIA发布的《2025全球聚变行业》,在受访公司中,约84%的公司认为核聚变供电有望于2040年前实现。AI在挖掘等离子体运动规律、预测反应进展、优化反应条件等方面提供有力支撑。
招标公告 正以罕见密度发布
国内的参与主体主要以国家队主导科研推进,商业化公司负责项目落地,BEST、CFEDR、星火一号等代表性装置均有明确建设节奏,核心部件招标正在加速推进。
2025年9月至10月,BEST项目发布多项大额招标,包括加热电源系统、偏滤器等重要部件,招标金额分别为6260万元、1.9亿元。
10月1日,合肥BEST装置关键部件杜瓦底座成功安装,标志BEST项目主体工程建设步入新阶段。杜瓦底座设计复杂、结构巨大,杜瓦底座的成功安装为BEST装置后续核心部件的安装和调试奠定了坚实基础。
10月14日,国家原子能机构联合四川省人民政府、国际原子能机构,在四川省成都市主办世界聚变能源集团第2次部长级会议暨国际原子能机构第30届聚变能大会。会议发布了《聚变能源展望2025》报告和《世界聚变能源集团成都声明》。
11月12日,合肥物质院等离子体所先后发布13亿氚工厂招标,包括内燃料循环平台(3.72亿)、液态包层氚提取系统(2.12亿)、固态包层氚提取与回收实验平台(2.47亿)、氚安全防护平台(5.14亿)等。
氚工厂是实现核聚变燃料循环(氚自持)的核心装置,而氚是核聚变不可缺少的燃料。由于氚不同于铀,在自然界仅微量存在,不能像铀那样通过开采获得,只能借助聚变中子与锂的核反应实现自持。因此在未来的核聚变反应堆中,氚工厂承担着实现“氚自持”循环中精细、高效、安全处理氚的功能,如同聚变反应堆的“燃料供应+废弃物处理”车间。
2025年11月13日,聚变新能(安徽)有限公司披露件约7.3亿元低温系统部招标项目,项目涵盖氦制冷机、低温分配阀箱、氦储气系统、氦回收纯化系统等核心装备。本次招标规模较以往低温系统项目明显提升,在国内聚变工程中属于体量较大、覆盖面较为完整的成套采购。
低温系统是聚变装置不可或缺的基础工程系统,通过制备并持续输送多温区深冷冷源,保障超导磁体、热屏蔽、真空泵和电流引线等关键部件在目标温区内稳定运行。
产业链破晓 巨头隐现
首先是提供低温超导磁体系统的,作为国内领先的低温超导线材(NbTi/Nb₃Sn等)与工程化线材生产商,其面向加速器、MRI和聚变磁体材料供给和高端钛合金、高性能高温合金创新研发。代表国家为国际热核聚变反应堆项目研发并批量生产了超导线材、为中国聚变堆工程堆建设提供超导线材。
高温超导磁体系统领域中,成功突破全系列高温超导磁体技术。其具备设计制造中心磁场强度达15T以上超大口径高温超导磁体的能力。聚变磁体设计方面,结合星火一号工程需求,完成磁体线圈及总体设计,完成验证线圈、制冷方案设计。聚变装置平台建设方面,完成聚变磁体全产线设备汇总报告,开展工装试制。
子公司东部超导主营第二代高温超导带材及应用产品,二代高温超导带材采用国内独有的IBAD(离子束辅助沉积)+MOCVD(金属有机化合物化学气相沉积)技术路线,结合多种稀土替代与掺杂技术,所制备材料磁通钉扎性能优异。公司与中科院、江西联创超导、能量奇点、新奥能源、星环聚能、核工业西南物理研究院等客户保持密切合作。
则是上海超导最大股东,持股约18.15%。上海超导第二代高温超导带材整体达到国际同类产品的先进水平,其中低温强场特性、超导低阻接头、光纤内嵌超导带材及监测技术达到了国际领先水平;多家国际权威机构评估,公司带材产品性能指标均居全球前20%,性价比超过国内外同类产品。
真空室领域中,聚变堆、真空室等核心部件的制造工作进展顺利,完成了“BEST真空室首批重力支撑”交付;攻克“卡脖子”难题,率先实现聚变堆Inconel718超级螺栓100%自主研制;首套真空室扇区制造进展顺利,已经进入最终成环准备阶段。
真空杜瓦领域中,成功交付全球首台ITER项目磁体冷态测试杜瓦,后续还将交付国家重大科技基础设施CRAFT项目、紧凑型聚变实验装置BEST项目等多个主机系统核心部件。
偏滤器、包层领域中,生产的偏滤器和包层系统是ITER项目的关键部件。公司研制的偏滤器已应用于HL-3等托卡马克装置,其生产技术主要基于HL-3偏滤器原型件所开发的相关连接、加工工艺以及检测技术,主要包括CFC/Cu热沉靶板的加工、支撑架结构生产以及偏滤器模块的装配与检测三部分;完成制造调试的真空高温氦检漏设备是全球首台满足ITER要求的包层部件的大型真空高温氦检漏设备。
为核聚变装置提供包括钨铜偏滤器、包层第一壁、钨硼中子屏蔽材料等涉钨全系列专用钨铜部件;成功制备出核聚变偏滤器用钨铜复合块、钼铌合金旋转靶材和钼钛合金靶材;则是国内首家具备核聚变装置用ITER偏滤器钨探针组件研发和生产能力的企业。
电源领域中,为可控核聚变科研项目提供了关键电源设备支撑。2024年,公司核聚变相关电源订单已突破千万元;则与国内多个核聚变项目建立了紧密技术协同,业务覆盖托卡马克装置、直线型场反位形装置及惯性约束混合堆装置等核心领域,其兆瓦级电子管在托卡马克装置稳定应用,获得国内外多个重大核聚变项目订单;同时,加速布局直线型场反位形装置及Z箍缩装置电源系统快控开关产品线。
核聚变的故事,曾长期停留在教科书和科幻小说里。但如今,在招标文件的字里行间,在实验室不断刷新的数据背后,在产业资本悄然布局的脉络中,一个全新的能源时代正加速驶来。