序 言
可控核聚變在許多投資者眼中，曾經是一個遙不可及的賽道。過去，很多人的第一反應就是：“可控核聚變，喊了幾十年了，到現在也沒能喊出個什么來。”然而，近些年來，隨著技術的不斷成熟，這一領域正悄然發生著變化。各種技術路徑得到了深入探索，越來越多的聚變公司成功完成了裝置實驗，并通過這些實驗裝置釋放的能量，證明了可控核聚變的可行性。如今，全球領域可控核聚變技術突破和商業投資加速，將為相關產業鏈帶來重大機遇。
2.技術概要
2.1核聚變的原理
核聚變是兩個輕原子核結合成一個較重的原子核并釋放出巨大能量的過程，反應發生在一種等離子體的物質狀態中，等離子體是一種由正離子和自由移動的電子組成的高溫帶電氣體。可控核聚變指的是在人為控制下實現核聚變反應，從而安全、有效地利用其釋放的巨大能量。其原理具體為輕原子核（如氫的同位素氘和氚）在高溫高壓下結合形成較重的原子核（如氦），并釋放出大量能量的過程。
其反應方程為：
D+T→He+n+能量
D代表氘，T代表氚，He代表氦，n代表中子。氘是氫的同位素，具有一個質子和一個中子，在自然界中較為豐富，通常從海水中提取；氚是氫的另一種同位素，同樣具有一個質子和兩個中子，但自然界中相對稀少，需要通過中子與鋰反應來生產。
理論上，僅需幾克的氘和氚參與反應，就可以釋放出相當于一太焦耳的能量，足夠滿足一個發達國家普通人60年的能源需求。聚變能具有燃料豐富、清潔環保、高安全性和高能量密度等顯著優勢，被視為能源領域的終極解決方案，其對環境的影響微乎其微。以極低的物質投入，便可產生極為強大的能量輸出。如果這項技術能夠實現，它將為人類社會帶來翻天覆地的變革。
2.2核聚變的發生過程
1)第一步：混合氣體作為反應物被加熱至等離子態——溫度需達到10萬攝氏度以上，以使電子能夠擺脫原子核的束縛，遠離核外。在如此高溫的環境中，原子核得以完全裸露，從而實現直接接觸的碰撞;
2)第二步：需要克服庫侖排斥力。原子核由質子和中子構成，它們通過核力結合在一起，同時對外來的粒子施加強烈的斥力。因此，必須進一步提高溫度，使原子核達到上億攝氏度的更高水平。此時，原子核以極高的速度碰撞，釋放出巨大的能量。
圖表 1：核聚變發生過程
2.3三要素是溫度，密度和約束時間
相比核裂變的鏈式反應，核聚變需要滿足的外部條件十分苛刻：
1)達到足夠高的溫度：需要施加約1億℃的高溫，以將兩個原子核轉變為等離子體，這一溫度是太陽核心溫度的10倍，給反應容器的耐受溫度帶來了極大的挑戰；
2)達到一定的密度：這樣可以提高兩個原子核發生碰撞的概率；3)達到一定的能量約束時間：等離子體需在有限空間內被約束足夠長時間，以實現凈功率增益，即產生的聚變功率與加熱等離子體所需功率的比率。
2.4通過Q值衡量核聚變反應效率以及可行性
Q值表示反應生成的核聚變能量與維持反應所需輸入能量的比值。Q值的表達式為：
其中，??????????????表示由聚變反應產生的功率。????????????表示維持等離子體和核聚變條件所需的輸入功率。Q值越高，反應越有效率。
·Q<1表示系統消耗的能量多于產生的能量;
·Q=1表示輸出能量等于輸入能量;
·Q>1表示反應輸出能量多于輸入能量。
ITER的目標是實現Q值至少為10，即50兆瓦的普通輸入能量需產生500兆瓦的核聚變能量。
2.5托卡馬克技術是目前主要路徑
2.5.1離子體約束路線
在核聚變的極高溫環境中，氣體分子被完全電離，物質以高溫等離子體（完全電離的氣體）的形式存在。為了持續輸出反應能量，有效約束等離子體是核聚變的關鍵。目前，人工約束方法主要有慣性約束和磁約束。磁約束通過強磁場將高溫等離子體限制在特定區域，常見的裝置包括托卡馬克和仿星器。而慣性約束則利用強激光或粒子束在極短的時間內壓縮燃料小球，使其發生聚變反應。
圖表 2：三種等離子提約束技術路線
2.5.2核心在于約束等離子體，使其運動不偏移
托卡馬克裝置主要由極向場線圈、環向場線圈和歐姆加熱線圈組成（見圖3）。這種設計的原因在于洛倫茲力能夠有效約束等離子體，但其作用僅對垂直于磁力線運動的等離子體有效。因此，為了防止那些不垂直于磁力線運動的等離子體向外擴散，托卡馬克采用了環狀設計，將等離子體圍繞在中心。為了均勻內外磁場的強度，避免等離子體向外漂移，還需在托卡馬克的中央增加一個歐姆加熱線圈，以使等離子體沿環形產生電流。該電流產生的磁場與環向場線圈的磁場共同形成磁力線，將等離子體扭成“麻花狀”。在托卡馬克上方增加的極向場線圈則會產生額外的磁場，以控制等離子體的截面形狀和位置平衡。
圖表 3：托卡馬克裝置示意圖
2.5.3常規導體托卡馬克向超導發展是主流趨勢
托卡馬克的能量輸出功率主要受到電流、縱場、大半徑和加熱功率等參數的影響。其中，大半徑會影響等離子體電流的強度（進而影響溫度），而小半徑與電流強度共同決定等離子體密度的極限。同時，磁場強度則決定了等離子體的約束時間。因此，在沒有超導材料或其他技術支持的情況下，托卡馬克越大（大半徑和小半徑增大），其等離子體約束能力和凈能量輸出能力就越強。然而，規模的擴大也會導致經濟成本和時間成本的增加。超導材料的應用有助于打破這一“越建越大”的困境。
普通超導金屬材料能夠提升在一定等離子體電流下的磁場強度，而高溫超導材料則進一步提高了在相同電流下所能承受的最高磁場強度。從圖表4可以看出，盡管采用超導設計的EAST和KSTAR的大半徑和小半徑不及DIII-D和JT-60SA，但其磁場強度卻達到了3.5T。
圖表 4：國際項目半徑與磁場強度關系對比
此外，超導材料有助于實現長時間的穩態運行。常規導體托卡馬克使用銅線圈來產生磁場，雖然這些線圈的電流可以快速變化，但它們的缺點在于大電流通過時容易產生熱量。在核聚變裝置中，為了產生足夠強的磁場，線圈需要承受高電流，過熱問題會嚴重限制托卡馬克的長時間運行。超導材料是一種在特定溫度條件下電阻降為零的材料，超導托卡馬克利用超導線圈產生磁場進行磁約束，從而實現長時間的穩態運行。
2.5.4仿星器是托卡馬克的改型，增強穩定性但商用難度大
仿星器是一種更為復雜的磁約束裝置，與托卡馬克相比，它不依賴等離子體中的電流來維持磁場，而是完全依靠外部磁線圈生成復雜的三維磁場結構。這種設計可以降低因等離子體電流引發的不穩定性，但其結構和制造工藝相對復雜。
文德爾施泰因7-X是全球最大的仿星器，能夠實現超過30分鐘的連續放電。其設計目的在于測試仿星器在長時間運行中的穩定性與效率。該設備采用復雜的三維磁場結構，能有效約束高溫等離子體，減少能量損失和不穩定性。然而，這種復雜的磁場線圈占據了仿星器的大部分體積，使得能夠用于聚變反應的等離子體空間顯得既細又扁。這意味著仿星器的聚變堆功率密度較低，同時單位發電功率的建設成本較高，經濟性因此受到質疑。
圖表 5：托卡馬克（左）與仿星器（右）對比
2.6慣性約束技術是另一種潛力技術，但目前滲透率較低
慣性約束技術通過從多個方向同時照射微小的聚變燃料球（通常是氘和氚的混合物）來實現，其使用多束激光或粒子束瞬時注入大量能量，使燃料達到極高的溫度和壓力，導致劇烈的壓縮。由于粒子的慣性效應，它們將在極短的時間內繼續被壓縮，從而為核聚變反應創造條件。該方法通過控制多次瞬間發生的小規模核聚變反應，最終實現整體的核聚變能量輸出。
目前，這項技術的主要難點在于在點火瞬間迅速達到高溫，同時燃料球必須具備足夠的密度，以維持足夠長的反應時間。因此，盡管慣性約束技術具有小型化的優勢，并且在點火和熄火的控制性能上表現較好，適合未來在飛行器等領域的應用，但其仍需依賴激光點火，且對能量的需求非常高。目前，國際上具有代表性的項目包括美國的NIF、歐洲的HiPER項目，以及我國的神光計劃等。
3. 產業發展現狀
全球核聚變產業正處于快速發展的階段，隨著公司數量的激增和融資金額的持續上升，聚變能技術正受到國際社會的廣泛關注。在過去十年中，全球聚變公司的數量增長了四倍，吸引了眾多專業人士的參與和關注。從融資的角度來看，2023年全球聚變公司的累計融資總額已超過62億美元，較2022年增加了14億美元，增幅達到27%。這一現象充分反映了投資者對核聚變商業化前景的強烈信心。隨著越來越多企業成功開展更為先進的可控核聚變實驗，展示出更大的商業化潛力，融資總額有望實現指數級增長。畢竟，一旦核聚變技術成功，帶來的潛在收益將是巨大的。而能源作為社會發展的必要條件，顯然備受關注。
圖表 7：全球可控核聚變公司數量變化
可控核聚變的成功不僅將帶來巨大的商業價值，還會對社會和環境產生深遠的影響。核聚變研究最初由政府主導，例如美國國家實驗室和歐洲的國際熱核聚變實驗堆（ITER）等項目，獲得了國家或跨國組織的大量資金支持。政府在基礎設施、實驗設備和科研人員方面的投入，一直是推動核聚變發展的重要動力。
根據這一設定，政府的投資通常會遠遠超過私人資本。然而，在2023年的62億美元融資中，政府投資僅占2億美元，其余的59億美元則來自私人投資者。這一比例顯示出，可控核聚變已初步證明其商業化的可行性，吸引了大量私人資本。許多私人投資者對該技術帶來的潛在收益充滿信心，表明商業化未來的可能。
3.1核聚變產業鏈
產業鏈的上游主要集中在設備原材料和核反應原料的供應，包括有色金屬、特種鋼材及特種氣體等原材料。中游環節則是整個產業鏈的核心，涉及核聚變技術的研發以及設備的生產制造。核心設備包括反應器內的第一壁、偏濾器和高溫超導磁體等關鍵組件。下游則主要關注應用環節，包括發電等實際應用。
圖表 8：核聚變產業鏈
3.2海外核聚變最新進展
圖表 9：海外核聚變項目
3.3中國核聚變最新發展
我國已確定磁約束聚變為核聚變技術發展的主要方向，其中關鍵技術已達到全球領先水平。1993年，中國科學院等離子體物理研究所建成了首臺超導托卡馬克裝置HT-7。2002年，核工業西南物理研究院完成了具有偏濾器設計的中國環流器二號A裝置（HL-2A）。而在2006年，世界上首臺全超導托卡馬克裝置東方超環（EAST）成功實現了首次放電。2023年12月29日，由中核集團牽頭，25家中央企業、科研院所和高校共同組成了可控核聚變創新聯合體，并正式揭牌成立中國聚變能源有限公司，標志著核聚變研究和建設的加速推進。
圖表 10：中國核聚變項目
目前在建設項目，將進一步激活產業鏈上游活力：
圖表11：中國在建核聚變項目
3.4難點與壁壘
根據科爾尼管理咨詢，“核聚變技術需要幾十年的時間才能取得規模性的商業運用，各類挑戰將繼續阻礙核能源在未來五年內作為替代性可再生能源的進程”。目前，技術仍處于培育階段，真正實現“可控”和“商業化”還需克服技術、材料和工程等多個難題。
圖表12：主要難點
4. 政策支持核聚變事業
4.1政策指導
2024年10月23日，國務院國資委發文強調超前布局、梯次培育量子科技、核聚變、生物制造、6G等未來產業。其中，可控核聚變作為關鍵未來產業的戰略地位，指出對其進行超前布局和分階段培育的重要性。當前，加快打造一批具有國際競爭力的戰略性新興產業集群和產業領軍企業，是中央賦予的產業報國使命責任。我國政府高度重視并大力支持可控核聚變的發展，將其作為未來清潔能源的重要組成部分。通過“十四五”規劃、專項資金支持和政策引導，國家積極推動聚變技術的研發和產業化進程，不僅鼓勵國內研究機構與企業的合作，還推動與全球科研力量的交流，確保中國在國際可控核聚變領域保持競爭優勢，為未來實現能源可持續發展提供了堅實保障。
4.2國內代表性公司
在國家政策的引導下，越來越多的城市將可控核聚變技術作為重要的發展目標，致力于將其打造成未來清潔能源的核心解決方案。合肥、上海、成都等城市已經率先成為該領域的核心樞紐，通過強大的科研實力和完善的基礎設施，結合一系列優惠政策，吸引了大批科研機構和企業的入駐，逐步形成了蓬勃發展的核聚變產業集群。這些城市不僅在研發技術上走在前沿，還在產業落地和技術轉化方面取得了顯著進展，為我國的可控核聚變技術發展提供了堅實的支持。
4.2.1能量奇點
能量奇點成立于2021年，是國內第一家聚變能源商業公司，致力于探索加速實現聚變能源商業化的科學技術，盡早實現人類能源自由。能量奇點聚焦于有商業發電潛力的高磁場、高參數、緊湊型高溫超導托卡馬克裝置及其運行控制軟件系統研發，為未來商業聚變發電堆提供高性價比、高可靠性的核心組件和服務。能量奇點團隊成員來自斯坦福、普林斯頓、北大、清華、中科院、上海交大等頂級院校及國際領先聚變能源科研院所，擁有一流的研發能力、工程能力、創造力和專業經驗，涵蓋高溫超導、等離子體物理、人工智能等多領域。
圖表 13：洪荒70
能量奇點目前的核心項目洪荒70，是全球首個全高溫超導托卡馬克裝置，旨在全面驗證高溫超導托卡馬克技術路線的工程可行性。該裝置由能量奇點自主設計、研發和建造，擁有獨立知識產權，國產化率超過96%。整個安裝過程由中國核工業第五建設有限公司承擔。洪荒70的總體安裝于2024年3月順利完成。到了2024年6月，該裝置成功開展了基于局部螺旋磁通注入（電子槍）和離子回旋加熱（ICRF）兩種預電離方式的放電實驗，首次實現了等離子體的產生，這標志著我國在高溫超導磁約束聚變這一關鍵領域獲得了先發優勢。洪荒170則是公司計劃中的下一代托卡馬克裝置，預計在2027年完成建設。展望2030年以后，能量奇點將啟動新一代高溫超導托卡馬克裝置——洪荒380的建設，旨在建成能夠用于示范性聚變發電站的托卡馬克裝置。
4.2.2聚變新能
在2023年，蔚來與安徽省及合肥市的國有資本共同成立了聚變新能（安徽）有限公司（Neo Fusion），旨在實現可控核聚變的商業發電，其技術主要來源于兩家位于合肥的科研機構——中國科學院等離子體物理研究所和合肥綜合性國家科學中心能源研究院。
聚變新能專注于新興能源技術、新材料技術的研發以及發電技術服務等領域。在發展模式上，公司明確規劃了“聚變實驗裝置—聚變工程示范堆—商業聚變電站”三大發展階段。2023年，聚變新能有限公司與等離子體所合作在合肥市建設緊湊型聚變能實驗裝置BEST。2023年11月已經完成園區基坑施工，計劃2024年年初啟動園區建筑土建施工。據天眼查顯示，公司已經開展BEST裝置的多項招標項目。
圖表14：BEST項目施工現場
4.2.3瀚海聚能
瀚海聚能成立于 2022 年，公司致力于探索加速實現聚變能源商業化的科學技術，為人類帶來清潔、安全、廉價的終極能源。公司聚焦于有低成本商業發電優勢的場反位形串列磁鏡裝置及其配套的加熱與診斷系統軟硬件研發，為未來商業聚變發電堆提供高性價比、高可靠性的核心組件和整體解決方案，同時發展中子源中間產品。公司核心成員來自中國科學技術大學等離子體物理與聚變工程專業以及清華大學工程物理專業，并與核工業西南物理研究院、中科院等離子體所、中國科技大學、華中科技大學等緊密合作。目前公司已與核工業西南物理研究院簽訂技術合作協議，開始裝置設計工作。
圖表15：瀚海聚能場反位形直線型裝置模型
5.助力深圳核聚變產業發展
2022年12月21日，深圳市人民政府辦公廳發布《深圳市人民政府辦公廳關于印發深圳市促進綠色低碳產業高質量發展若干措施的通知》，制定提升綠色低碳技術創新能力、鼓勵綠色低碳新模式新業態創新發展等八大類共31項措施。核能領域方面，鼓勵圍繞聚變堆芯等離子體、核反應堆模擬等領域開展基礎研究和前沿技術布局。鼓勵開展核燃料組件、事故容錯燃料、核級泵閥等關鍵技術和設備開發。支持開發第四代核反應堆、可控核聚變核心材料和關鍵技術研發。支持開展安全防護及監測、通信系統、核級線纜、電源系統等核電配套零部件重點領域科技成果轉化與產業化。
5.1深圳市核聚變產業
5.1.1深圳大學
為適應新能源領域的發展和深圳大學高水平大學建設的需要，深圳大學于2017年6月17日成立“深圳大學新能源研究中心”，并于2019年12月20日正式成立深圳大學中美核聚變聯合實驗室，中國工程院院士萬元熙為實驗室主任。實驗室依托由美國德克薩斯大學引進的Helimak裝置開展相關研究工作。
圖表 16：深圳大學磁環裝置與磁約束聚變物理研討會
實驗室依托由美國德克薩斯大學引進的Helimak裝置開展相關研究工作。經過技術改進，深大磁環裝置于2022年首次實現了穩定的等離子體運行。這一成果標志著深大在磁約束聚變研究領域的重要突破。2024年，深圳大學成功舉辦了“磁環裝置與磁約束聚變物理研討會”，匯集了來自國內外70余位專家學者，進一步展示了該校在該領域的科研實力。
5.1.2深圳量子科學與工程研究院
由深圳市科創委專項支持、依托南方科技大學建設的深圳量子科學與工程研究院是深圳科技創新十大基礎研究機構之一。深圳量子科學與工程研究院的一些平臺擁有在可控核聚變領域做出重要貢獻的潛力：材料生長平臺可以用于開發耐高溫、耐輻射的材料，提升核聚變反應堆的材料性能；量子器件與芯片加工中心通過量子計算加速復雜的等離子體模擬與控制優化；冷原子量子光學平臺的精密測量技術可以有助于更好地監控和調節核聚變反應過程中的等離子體行為。這些平臺的技術進步能夠為核聚變技術的突破提供重要支持。
5.1.3哈爾濱工業大學（深圳）
哈工大（深圳）空間科學與應用技術研究院教授馮學尚與副教授袁丁面向“太陽日冕加熱問題”，利用全球最大口徑的太陽望遠鏡和高性能計算機模擬手段，提出了太陽等離子體加熱的革新性物理機制。日冕加熱是指太陽外層大氣的溫度比其表面溫度更高，達到了數百萬攝氏度，這一現象長期困擾科學界。這項研究通過揭示太陽黑子中強磁場區域的橫向振蕩及其攜帶的能量，提供了對等離子體加熱的新理解。這對可控核聚變具有重要意義，因為核聚變裝置中的等離子體需要在極端條件下被有效控制和加熱。研究中發現的振蕩機制有助于開發更高效的等離子體加熱方法，推動“人造太陽”技術的進步。
5.1.4香港中文大學（深圳）
香港中文大學（深圳）具備強大的科研實力，尤其是在高端功能材料方面的研究。這些研究平臺，如高端功能與智能材料專項，專注于解決核聚變裝備用關鍵材料的研發問題，例如高純納米粉體、難熔金屬和鎢基材料。這些材料的開發可以大幅提升核聚變裝置在高熱負荷和協同輻照環境下的運行效率與壽命，為核聚變中的等離子體控制和能量傳輸提供更穩定的基礎。此外，核聚變裝備用難熔金屬粉體材料的制備技術也有助于提高核聚變裝置在極端條件下的穩定性和安全性。這些研究不僅能夠解決核聚變反應中高溫、輻射等嚴苛條件下的材料性能問題，還能通過提供高效的儲能材料和鎢基合金等，推動核聚變技術的產業化應用進程。
5.2投資建議
全球領域可控核聚變技術突破和商業投資加速，未來將為相關產業鏈帶來重大機遇，建議密切關注國內外領先的核聚變企業及國內高校、科研機構在可控核聚變領域的早期基礎研究和技術突破方面取得的最新進展，密切關注具有商業技轉潛力的項目。風險提示：可控核聚變的重要技術進展不及預期，建設進展不及預期，運行實驗結果不及預期，設備交付不及預期，商業化進展不及預期。
作者 | 匯融投資投資分析師李奐宗，黃睿琛（實習生）