关于可控核聚变（人造太阳）这一前沿科技，其实现之路上虽充满挑战，但我们已经看到了一些积极的进展。经过多年的技术沉淀与发展，点火试验的不断突破使得核聚变距离商业化应用越来越近。这不仅吸引了大量的资金投入，更激发了全球科研机构与企业的热情参与。例如，中国聚变公司的筹建和美国在COP 28气候峰会上提出的国际核聚变计划，均彰显出国际社会对这一领域的高度重视。乐观预计，核聚变商业化的时间节点可能在未来10多年内实现。
对于投资来说，这也并非是纯粹概念题材。相关科研试验装备加速规划建设，为相关企业带来可观的商业机会。在技术路线上，目前主流的方案是采用托卡马克装置进行磁约束。这一装置的核心结构包括高温超导磁体（联创光电、永鼎股份、精达股份）、第一壁（国光电气）和偏滤器（安泰科技）等。其中，高温超导磁体的研发与制造尤为关键，占据了紧凑型装置成本的近一半。因此，相关产业链上的企业将成为投资的重点。
核心标的：
相关标的：$安泰科技(SZ000969)$ ，永鼎股份，精达股份，合锻智能，海陆重工等等。
一、什么是可控核聚变？
核聚变是指两个或多个质量较轻的原子核聚合为一个或多个较重的原子核和其他粒子，并释放出能量的过程。可控核聚变指在人工控制下利用聚变产生能量。
氘氚聚变的反应截面（反应概率）高出其他聚变反应两个数量级以上，是目前具备科学可行性也是目前聚变堆设计的主要方向。
二、可控核聚变的优点
燃料资源丰富。核聚变所需的燃料是氘和氚，而这两种燃料在海水和地球上都非常丰富。据统计，一升海水含有0.03克氘，产生的聚变能源相当于300升汽油。海水中共有超过45万亿吨氘，释放的能量够人类使用上亿年。
具备固有安全性。高温等离子体一旦形成，任何运行故障都能使等离子体迅速冷却，从而使聚变反应在短时间内自动停止，这意味着核聚变反应堆不会发生重大事故。
清洁环保。核聚变反应不会产生温室气体，也几乎没有放射性污染。尽管氘氚聚变反应中的氚具有放射性，但氚的半衰期很短，且在聚变堆中很快地被燃烧。
能量高效。核聚变反应释放出的能量非常大，同时能够稳定持续地供应。据研究估计，1克核聚变燃料能够释放出相当于8吨石油的能量。
由于核聚变使用的燃料资源极为丰富，而且释放的能量巨大，核聚变能够成为人类未来能源发展的可持续解决方案。
三、实现可控核聚变两个重要指标
一个是能量增益因子Q，指的是聚变反应中输出能量和输入能量之比。当Q=1，聚变反应所释放的功率等于维持反应所需的加热功率，称为收支平衡，一般认为商业聚变堆至少需要Q值达到10。
一个指标是用于判断点火的聚变三乘积，根据劳森判据，当等离子体温度、等离子体密度和约束时间这三个参数达到一定条件(1022)时，核聚变反应的能量产出率将大于能量损耗率，并且有足够能量使核聚变反应稳定持续，也就代表核聚变成功点火，一般将这三个参数的乘积作为判定聚变点火的指标。聚变三重积与Q值呈正相关关系，三重积越大，则Q值也会随之增大。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。
因此实现可控核聚变需要满足三个条件:
一是极高的温度。如氘氚反应和氘氘反应分别要求燃料温度不低于1亿度和5亿度。在如此的高温下，燃料粒子处于电离状态，即“等离子体”。
二是保证燃料超高的密度。等离子体需有超高密度才能保证有足够多的粒子发生反应，并输出聚变能。
三是须将等离子体约束在有限空间内，并维持足够长的时间。
四、可控核聚变实现方式
由于核聚变要求上亿度的高温，目前没有任何材料可以承载聚变反应，因此只能采用特殊的方法来约束和控制。实现可控核聚变有三种约束方式，分别是引力约束、磁约束和惯性约束。磁约束目前被认为是最有可能实现可控核聚变发电的途径。
引力约束是通过物质自身质量产生巨大的引力来实现对燃料的约束（如太阳），目前在地球上无法实现。
磁约束利用磁场约束等离子体实现聚变，通过“磁笼”或“磁陷阱”隔离等离子体与容器壁，并通过电磁加热等离子体。加热至一定程度后，电阻快速下降，再注入高能中性粒子束等加热至点火条件，实现聚变。
惯性约束将氘氚气体装入小球，通过激光或粒子束射入球面，使内层压缩，气体达到高温高压状态，点火后释放大量热能。美国NIF于2022年实现“净能量增益”，2023年又四次成功实现净能量增益。但考虑整个过程，能量增益因子低于0.01，且燃料以靶丸形式投放，聚变过程短暂，无法连续运行。
五、磁约束聚变
磁约束聚变装置主要有托卡马克、磁镜、仿星器、反向场箍缩等路线，目前的研究多集中于托卡马克路线，且技术进展较快，如国际热核聚变实验堆（ITER），我国的EAST和核聚变工程试验堆（CFETR）均采用托卡马克作为约束装置。
环形托卡马克装置（又称环流器），是一个环形真空室。环形中心是一个铁芯变压器，通过变压器初级线圈电流的变化产生磁场，从而在环形真空室内形成等离子体电流并加热等离子体。真空室外有不同方向的线圈，分别产生环向和纵向的磁场，真空室内形成的环形等离子体电流则会提供极向磁场，最终形成环形螺旋状磁场，将等离子体约束在真空室中心做螺旋式回旋运动。
六、托卡马克装置主要构成
托卡马克装置的主体部分由一个环形真空室和一系列磁场线圈组成，不同方向的磁线圈在真空室中产生强大的磁场，约束等离子体在真空室中做螺旋式回旋运动。
托卡马克发展的主要难点在于提高等离子体的参数和等离子体的控制，避免出现等离子体电流破裂等现象，需要持续的外加强磁场约束。托卡马克装置的核心就是产生强磁场。要产生强磁场，要用线圈通以极大的电流产生磁场。而线圈由导线缠绕组成，而一般导线的电阻使得线圈的效率降低，产生能耗和电流热，需要持续冷却和间断运行以防过热。
超导是指物质在特定温度下电阻消失的现象，具有零电阻、抗磁性。超导技术也让托卡马克商业化成为可行。
根据液氮温度77K为分界线，超导材料分为低温与高温超导。高温超导材料可在77K（-196℃）以上实现零电阻，能在液氮温区下使用，成本较低，具有大规模应用价值。
高温超导磁体对于磁约束核聚变装置的重要性可类别动力电池之于纯电汽车，其在紧凑型磁约束核聚变装置中成本占比近半。近几年国内外商业化以及政府规划的可控核聚变装置均在大规模采用高温超导材料制成的磁体。核聚变装置建设进程加速将大幅带动上游高温超导带材及磁体需求。
2．高温超导材料在磁约束中的作用
零电阻减少损耗。超导体具有零电阻效应，在电流传输过程中几乎不存在能量消耗。只要借助超导技术，理论上就可以解决电阻和损耗的问题。超导线圈则不会产生电流热，因此可以极大提升等离子体的约束时间。
磁场强度提升。超导线圈载流能力强，能获得更强的磁场。磁约束可控核聚变需要提供高温高压的环境来约束等离子体，而磁场强度是实现这些条件的关键参数。ITER的中心磁场强度为5.3特斯拉，而目前高温超导磁体最大能产生45.5特斯拉的磁场，且未来磁场强度会进一步提高。
高磁场强度将推动聚变堆的成本降低。托卡马克的聚变功率与磁场强度的4次方及装置半径的3次方成正比。磁场强度越大，聚变装置的尺寸会随之减小，聚变堆的成本也将随之大幅下降。因此，一个磁约束聚变发电厂的规模、时间和经济性在很大程度上取决于磁体的质量。
3．第一壁：（相关企业：国光电气）
聚变堆的第一壁材料是实现可控核聚变的难点之一
第一壁材料是聚变堆中直接面对高温等离子体的材料，对于聚变堆的安全运行至关重要。第一壁材料的作用为：当高温等离子体逃逸磁约束时，保护聚变堆的反应装置；转移等离子体辐射到材料表面的热量，并通过冷却剂将热量带走，在二回路产生蒸汽；发生故障时保护其他部件免受等高温离子体轰击。因此，必须确保第一壁材料拥有良好的性能，以维持聚变堆的安全运行。
钨基合金可能是未来聚变堆理想的第一壁材料。
4．其他
偏滤器（相关企业：安泰科技）主要用于控制等离子体与真空室壁面的相互作用，减少壁面的热负荷和粒子轰击。低温装置主要用于冷却磁线圈并为装置内部提供所需的低温环境。探测装置主要提供关于等离子参数、中子参数、磁场测量等信息。
低温装置主要用于冷却磁线圈并为装置内部提供所需的低温环境。
探测装置主要提供关于等离子参数、中子参数、磁场测量等信息。
七、产业链图谱
上游主要为原材料，中游为组成聚变电厂的各类设备，下游为聚变电厂的主要应用。
八、可控核聚变的进展
聚变堆的研制可以分为四个阶段：基础研究、试验堆、示范堆和商用堆。
目前世界上最具代表性的可控核聚变试验堆是国际热核聚变实验堆（ITER），建成后将为示范堆和商用堆的设计提供技术支持。2006年，欧、日、俄、中、美、韩、印七方在布鲁塞尔签署合作建造ITER的政府间协议启动实施ITER计划。ITER高29米，直径28米，重2300吨，最初预计2016年投入实验，预计总投资为50亿欧元，但截至目前，ITER的建设工作尚未完成，预计2029年可完成，公开预算也提高到了200亿欧元。中国在ITER项目中负责18个采购包的实物贡献，约占9%。
各国代表性的可控核聚变研究装置包括中国EAST和HL-2M、美国TFTR和NIF、德国W7-X、欧洲JET、日本JT-60U等，世界范围内聚变试验装置超过100台。
九、我国可控核聚变的进展
我国制定了热堆-快堆-聚变堆的核能三步走战略，并对磁约束聚变制定了近期、中期和远期技术目标
近期目标（2015-2031年）：建立近堆芯级稳态等离子体实验平台，吸收消化、发展与储备聚变工程试验堆关键技术，设计、预研聚变工程试验堆关键部件等；
中期目标（2031-2035年）：建设、运行聚变工程试验堆，开展稳态、高效、安全聚变堆科学研究；
远期目标（2035-2050年）：发展聚变电站，探索聚变商用电站的工程、安全、经济性。
十、代表性核聚变企业的产业化进展
1. 国家队
国内主要是中科院等离子体所（合肥所）和中核集团的西南物理研究院（585，成都所）在做大型托卡马克装置。目前我国多个可控核聚变实验装置中最有代表性的试验堆是中国环流三号（HL-2M）和东方超环（EAST）。
等离子体所：EAST是中科院等离子体所自主设计和研制的核聚变实验装置，也是世界上首个非圆截面全超导托卡马克。EAST规模较小，主机高11米，直径8米，重达400吨。EAST于2007年3月通过国家验收，后于2021年5月完成升级改造。EAST已先后实现1兆安、1亿度和1000秒三大科学目标，并于2023年4月12日，EAST实现了403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。
西南物理研究院：2020年，中国新一代人造太阳中国环流三号（HL-2M）正式建成并实现首次放电，等离子体电流可达300万安培，等离子离子温度可以达到1.5亿摄氏度。2023年7月，中国环流三号高功率中性束注入加热系统首次实现功率注入；8月25日首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列。
中国聚变工程试验堆（CFETR）是我国自主研制并联合国际合作的重大科学工程，于2017年12月5日在合肥正式启动工程设计，计划2035年建成工程实验堆。与作为科学实验堆的ITER不同，CFETR是工程实验堆，将直接为DEMO示范堆和未来商业堆的建造积累工程技术经验。CFETR第一阶段目标功率为50-200MW，Q达到1-5，最大/最小半径为5.7/1.6米；第二阶段为1000MW，Q超过10，最大/最小半径为6.6/1.8米。
2. 商业公司
能量奇点：成立于 2021 年，是国内第一家聚变能源商业公司，由多名理论物理、等离子体物理和高温超导领域的海外归国专家联合创办，致力于探索加速实现聚变能源商业化的科学技术，计划建造世界首台基于全高温超导磁体的紧凑型托卡马克实验装置。能量奇点目前累计融资近 8 亿元人民币，投资方包括米哈游、蔚来、红杉中国、蓝驰创投等。
能量奇点计划在未来的5-7年内建成等效 Q 值≥10 的先进高温超导托卡马克实验装置洪荒200，在未来的10-15 年内建成聚变发电商业示范堆洪荒 350。
星环聚能：成立于 2021 年 10 月，专注于小型化、商业化、快速迭代的可控核聚变方案。星环聚能计划在高温超导强磁场球形托卡马克的基础上，采用以多冲程重复运行、等离子体电流自有磁场重联加热等为特点的紧凑型重复重联可控聚变技术方案。该公司目前已获得数亿元人民币的天使轮融资，投资方包括中科创星、顺为资本、红衫中国、昆仑资本等。
星环聚能与清华大学联合设计、建设的 SUNOST-2 已经成功运行，并获得 100 千安培等离子体电流。计划2026年建成首个商用化可控核聚变装置，2023全面核聚变商业化应用。
3. 国外公司
Commonwealth Fusion Systems（CFS）目前的融资额已超过20亿美元，是融资额最高的商业化核聚变公司。 计划于 2025 年建成 SPARC 示范核聚变厂并投入运行，于 21 世纪 30 年代初建成第一座核聚变发电厂——ARC，Q 值将大于10，并产生 400MW 的电功率。
Tokamak Energy 聚焦于研发基于高温超导磁体的球形托卡马克装置，是唯一一家在设计、建造和运营托卡马克方面拥有10年以上经验的私营公司，目前的融资额已超过 2 亿美元。预计将在本世纪 2030 年代初完成向电网输送电力的任务，并建成可产生高达 200 兆瓦的净电能的商业化核聚变电厂。
行业巨头微软与核聚变初创公司Helion Energy达成协议，Helion Energy承诺在2028年之前开始通过核聚变发电，并在一年之后为微软提供目标为至少50兆瓦的发电量，否则将支付罚金。
4. 全球商业化装置数量逐年增多，且获得大额融资
截至2023年4月，商业核聚变公司共44家，较之2022年年初增加14家，聚变公司数量呈明显的上升趋势。核聚变公司吸引的投资额也在不断增加，且近两年增长趋势明显。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。
十一、可控核聚变发电商用进程
1. 超过85%的聚变公司预测将于2040年前实现可控核聚变发电
核聚变工业协会（FIA）发布的2023年全球核聚变工业报告中对什么时候能够实现第一座聚变电厂向电网输送电能这一问题做出调研，有40家核聚变公司针对给出了预测。约65%的核聚变公司认为2035年前能够实现聚变发电，超过85%的聚变公司认为2040年前可以实现成功发电。
2. 国内多个核聚变装置获批开工，商业化落地正在进行时
2023年8月15日，由能量奇点能源科技（上海）有限公司设计、研发和建设的洪荒70高温超导托卡马克装置总体安装正式启动，计划于2023年底建成运行。洪荒70将成为全球首台建成运行的全高温超导托卡马克装置，其全部磁体系统均采用高温超导材料建造，率先在完整装置层面验证高温超导托卡马克技术路线的工程可行性。
我国2022年开始发力商业化紧凑型可控核聚变装置建设，抢跑全球争取首个实现可控核聚变发电。2022年底合肥聚变堆主机园区工程建成交付使用，合肥先进光源、空地一体量子精密测量试验设施获批建设。在全国首创以商业化方式建设紧凑型聚变能实验装置（BEST），已于2023年8月24日获合肥市庐阳区发改委批复，拟于2023年开工，2026年建成运行，总计划投资85亿元。
2023年11月12日，江西省政府与中国核工业集团有限公司签订全面战略合作框架协议。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协议，双方计划各自发挥技术优势，采用全新技术路线，联合建设聚变-裂变混合实验堆项目，技术目标Q值大于30，实现连续发电功率100MW，该项目拟落户江西省，工程总投资预计超过200亿元。