聚变研发正从“永远50年”进入“10年-20年”窗口期，竞争在中美欧间展开

对于被称作人类终极能源形式的核聚变，业界常以“永远还有五十年”来戏称其实现的难度之大、距离之远。但在真正从事聚变研究的专家眼中，聚变竞争正在提速，黎明前的曙光已经若隐若现。

随着人工智能技术的飞速发展，催生了算力对绿色能源的巨大需求，如何保障未来人工智能所需的电力，成为未来科技竞争的又一制高点。在此背景下，美国科技公司纷纷入局核电前沿技术的投资，聚变、小堆为主的新兴核电技术成为新的投资热点。相比小堆，聚变实现的难度更大，回报也更高。

中美两国引领了核聚变领域新的投资和研发。尽管这一终极能源必然面临比其他投资更长的回报期，和巨大的投资风险，但资本仍在源源不断的投入，除了主流的磁约束聚变技术路线之外，也押注有多种其他的聚变技术。

中国早在上世纪80年代初就确定了热堆——快堆——聚变堆三步走的核能发展战略，以华龙一号、国和一号为代表的成熟三代核电技术是热堆技术的代表，快堆方面，中核集团在福建霞浦建设了两个60万千瓦的示范堆。

而在聚变领域，到目前为止，国内只有中科院等离子所的东方超环（EAST）、中核集团西南物理研究院的环流3号和新奥的玄龙-50U率先实现了等离子体电流达到百万安培，研发进度领先，这三家的技术实力和研发成果综合来看处于第一阵营。此外，资本加持之下，亦有星欢聚能、能量奇点、瀚海聚能等代表性初创公司入局，正在不同技术路线上进行投入。

投资加速涌入，私营资本凸显

2025年2月，美国核聚变初创公司Helion Energy完成了F轮4.25亿美元融资，最新一轮融资的投资方包括软银愿景基金2期，其总融资超过10亿美元，估值超过54亿美元，是全球聚变融资热潮中最新的案例。人工智能公司OpenAI的创始人Sam Altman在2021年就投资了这家公司，Helion Energy还与微软签署了售电协议。

5月1日，中国聚变实验装置BEST在合肥举行工程启动仪式，这一装置由聚变新能公司投资建设，该公司注册资本145亿元，其股东既有中科院、安徽地方国资，也有央企中石油等。BEST将在第一代EAST装置基础上，进行聚变能发电演示。

中美两国领跑全球新一轮聚变的投资热潮，并且投资在2020年后显著提速。据聚变产业跟踪机构Fusin Energy Base在2024年10月发布的数据，截至2024年10月25日，美国聚变公司吸引了超过56亿美元的股权融资，中国聚变公司吸引了将近25亿美元的股权投资，远超其他国家。2024年，聚变股权投资迎来了2021年之后的又一个高峰，总融资额将近30亿美元。

全球聚变股权融资统计 图源/Fusion Energy Base

根据国际原子能机构（IAEA）聚变装置信息系统（FusDIS）的统计，目前全球共有166个建成、在建和规划的聚变研究装置，其中102个已经投运，16个正在建设，48个处在规划阶段。

美国拥有最多的聚变装置，共有48个，其次是日本的28个，中国与俄罗斯并列第三，各有14个聚变装置。

FusDIS的数据还显示，随着聚变研发的推进，私营资本在新装置中的投入比例不断加大。166个聚变装置中，有115个是公共资金投资，51个是私营资本投资。具体到已经投运、在建和规划的项目，投运的102个装置里，私营资本投资的有11个，占比10.8%，在建的16个项目中，私营资本投资的有4个，占比25%，规划的48个项目中，私营资本投资的达36个，占比75%。

聚变产业联盟（FIA）调研的45家聚变商业化公司中，投资超过2亿美元的有8家公司，多数聚焦先进燃料或紧凑型聚变，其中包括中国的新奥氢硼聚变和马斯克投资的美国Helion Energy的氘氦聚变。

投资超过2亿美元公司统计 图源/FIA

ENN：新奥聚变

中国有三类研发团队致力于可控核聚变的商业发电：以中科院等离子所（下称等离子所）、中核集团核工业西南物理研究院（下称西物院）为代表的国家队历来是中国磁约束核聚变的研发主力；民营企业方面，以清洁能源起家的新奥集团从2017年开始进入聚变领域，已经投入了数十亿元。综合来看，这三者的实验进展目前处于第一阵营。此外，近年来从公开渠道获取融资的初创公司开始进入，如星环聚能、能量奇点和瀚海聚能等。

西物院和等离子所是中国磁约束核聚变研发的两大基地，也是国家队的代表，都建有主流的托卡马克磁约束聚变研究装置。西物院在成都拥有环流3号聚变研究装置，等离子所在合肥拥有聚变研究装置东方超环（EAST）。

两个国家队都在为下一步的研发引入更多投资方，如前文所述，在EAST装置的基础上，安徽与中科院合作成立了聚变新能公司，共同建设下一代聚变装置BEST。

总部位于廊坊、以清洁能源起家的新奥集团是中国首个投资聚变研发的民营企业。2017年，新奥自筹资金进入聚变研究领域，历经两年调研后开始搭建首个氢硼聚变研究装置玄龙-50，之后升级为玄龙-50U。新奥能源研究院院长刘敏胜介绍，到2024年底，新奥已经在聚变研发上投入了超过40亿元，到2025年底将达到45亿元。目前，新奥正在筹划下一代装置和龙-2号，其投资将达到约60亿元。

新奥自主研发建设的球形环氢硼聚变实验装置——

玄龙-50U 图源/新奥集团提供

初创公司方面，星欢聚能成立于2021年。公开信息显示，星环聚能目前完成了天使轮和Pre-A两轮融资，投资方包括红杉中国种子基金、顺为资本、水木清华校友基金、上海知识产权基金、中创科星等。能量奇点成立于2021年，目前，能量奇点完成了天使轮和Pre-A两轮融资，投资方包括蔚来资本、红杉中国种子基金、蓝驰创投、游戏公司米哈游。瀚海聚能成立于2022年。瀚海聚能目前完成了种子轮和天使轮两轮融资，投资方包括轻舟资本、厚实基金、华映资本等。

在美国，迄今融资最高的聚变公司是Commonwealth Fusion Systems（CFS），融资总额超过20亿美元，其中2021年的C轮融资一次募得了18亿美元，其投资者包括比尔·盖茨、索罗斯、谷歌母公司Alphabet等，CFS正在与麻省理工等离子体与聚变中心合作建设托卡马克装置SPARC，并计划建设下一代发电装置ARC。

TAE是另一家美国颇具代表性的初创公司，其总部位于美国加利福利亚，成立于1998年。2022年，TAE完成了2.5亿美元融资，融资总额达到12亿美元，投资方包括谷歌、雪佛龙、日本住友商事美国公司等。

技术突破曙光，竞争加速

2025年以来，国内投入较早的三个聚变装置都取得了关键技术进展。

1月20日，等离子所EAST装置首次完成一亿摄氏度1000秒的“高质量燃烧”， 中国科学院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛表示，聚变反应达到千秒量级才能自我维持，跨越“亿度千秒”意味着人类率先在实验装置上模拟出未来聚变堆运行所需的环境。

3月28日，西物院环流3号首次实现原子核和电子温度都突破一亿摄氏度，原子核温度达到1.17亿度，电子温度达到1.6亿度，综合参数大幅提升。

4月16日，新奥玄龙-50U装置实现等离子体电流达到一百万安培（兆安），温度达到4000万度，这是全球首次实现兆安级氢硼等离子体放电。新奥聚变首席科学家彭元凯介绍，玄龙-50U不仅实现了百万安培，而且是高温度高参数的等离子体，这个突破对磁约束聚变领域的最直接的贡献之一就是验证了氢硼等离子体可以达到高参数，为后续的磁约束氢硼聚变实验奠定了很好开端。

不仅如此，新奥聚变实验首席科学家石跃江谈到，玄龙-50U的这一实验相关资料在业内发布后，引起了全球聚变业界的关注，因为这一研发进展，也对包括中国在内七方国际合作的全球规模最大、影响最深远的国际热核聚变实验堆（ITER）装置研发有重要参考价值：ITER计划采用实时硼化的方法获得稳定的高参数等离子体，而新奥的氢硼放电实验成果充分证明了这一计划的正确性和可行性。

要实现自持的聚变反应，必须同时满足三个严苛的物理条件：在极高温度（上亿摄氏度量级）、超高密度以及足够长的约束时间下维持燃料状态。在这种极端条件下，燃料会完全电离形成等离子体状态。科学家将描述等离子体特性的三个关键参数——温度（Temperature）、密度（Density）和约束时长（Confinement time）的乘积定义为聚变三重积（Triple product），该参数是衡量聚变装置性能的核心指标。当前各类聚变研究装置的核心攻关方向，就是通过持续的技术革新来提升这三项关键参数的综合指标，使聚变三重积逐步趋近于实现可控核聚变所需的阈值条件。

核工业西南物理研究院聚变科学所党委书记李永革介绍，可控核聚变研究可分为原理探索、规模试验、燃烧实验、实验堆、示范堆、商用堆六个阶段。聚变三乘积的条件要求离子温度要达到1亿度以上，才有发生聚变的可能性，环流三号实现“双亿度”之后，代表装置运行的综合参数大幅提升，标志着我国聚变研究挺进了燃烧实验阶段， 下一步将开展燃烧实验，进一步提升等离子体整体运行参数。

他还表示，从环流三号到新奥的玄龙-50U，近期国内核聚变研究捷报频传，以前一直说聚变是“再过五十年”，现在这些成果出现，相信未来二三十年内受控核聚变技术有望取得突破，彻底解决能源问题，曙光就在眼前。

全球来看，目前只有欧洲的JET装置、美国的TFTR装置分别实现过氘氚的聚变反应，日本JT-60U实现过氘氘聚变，全球大部分投运的聚变研究装置都是在提升等离子体的三乘积运行参数，研究其运行规律和约束手段，尚未实现真正的聚变反应。

当前，随着中国装置研究的突破，即将进入燃烧实验研究阶段，中国的聚变研发进度正在逼近国际领先水平。聚变新能牵头建设的BEST装置，就将基于EAST的实验成果进行燃烧实验的研发，届时该装置将发生真正的聚变反应，为下一阶段试验堆CFETR的研发奠定基础。

中国国际核聚变能源计划执行中心副主任颜晓虹4月在中国核能行业协会高峰论坛上介绍，实现核聚变的关键是约束，核聚变的约束方式主要包括重力约束、惯性约束和磁约束三类。太阳就是重力约束的核聚变释放能量，惯性约束主要包括激光约束、重离子运动、轻离子运动、Z-箍缩等方式，磁约束主要包括托卡马克、球形托卡马克、仿星器、磁镜等方式。

这些不同约束方式，决定了聚变装置的不同。而托卡马克装置，是最有希望实现核聚变商业化的方案。

ITER环形托卡马克装置结构图 图源/ITER官网

聚变燃料的选择，是区分技术路线的另一大因素。目前，最常见的技术路线是采用氢（H）的同位素氘（D）和氚（T）发生聚变反应，西物院、等离子所的聚变都是DT融合的环形托卡马克装置技术路线。此外，七方合作的ITER项目，也是此技术路线。其他常见的聚变燃料主要包括包括氘氘、氘氦、氢硼。

相比主流的氘氚磁约束环形托卡马克装置融合技术路线，民营企业新奥在聚变装置和聚变材料上都选择了不寻常的路径，其聚变装置为球形托卡马克装置，聚变材料采用氢硼为燃料，相比装置，其燃料采用氢硼更为特殊。

相比氘氚技术路线，氢硼聚变最大的难点在于反应温度要比氘氚高一个数量级，需要达到10亿度以上，同时反应截面（代表聚变反应发生的可能性）明显低于氘氚聚变，这意味着要发生反应需要更高的温度和密度。但氢硼聚变不产生放射性中子，对环境更友好，并且反应产生带电α粒子，有直接发电的潜力，而氘氚需要通过带动汽轮机来发电。

为什么选择更难的氢硼技术路选？刘敏胜表示，新奥选择技术路线是从商业逻辑出发，其技术实现的确更难，但有理论可行性就有研究价值，关键是突破之后的经济性如何。

具体而言，在燃料成本和易得性上，氢硼有显著优势，氢就是常规的氢，硼主要用硼11，都极其便宜，测算度电的成本大约在6分到8分。而氘氚聚变中，氘可以通过海水提取获得，但氚极其昂贵且不易制备，当前成本每克上千万元，未来即便大幅降低成本，依然是巨大的挑战。

其次是设备投入，氢硼聚变由于不产生放射性中子，因此可以省去大量的安全设备投资，而氘氚聚变会产生放射性中子，因此辐射防护的要求更高。

因此综合来看，氢硼聚变实现的技术难度更大，但燃料成本、易得性更好，安全防护成本更低，因此新奥从未来市场化落地的角度，选择了这一技术路线。

刘敏胜介绍，目前玄龙-50U还只用了微波加热，还未用上加热能力更强的中性束加热，预计到年底还能实现更高的等离子体温度。下一步计划通过中性束加热加离子回旋加热的方式，将局部温度做到更高，来观察氢硼聚变的运行特点，解决相关技术问题。

近日，新奥“玄龙- 50U”实验装置再获关键工程技术突破：环向场（TF）线圈成功实现150kA电流、平顶1.6s的稳定通流，对应装置大半径0.6米处的磁场强度达1.2T（特斯拉），同步验证了磁体线圈达到工程满负荷运行参数。这标志着“玄龙- 50U”装置的所有工程设计指标全部实现，成为全球首个实现秒级1.2T以上磁场条件的球形环装置，为氢硼聚变所需的高温高密度条件筑牢了硬件根基。

国际主要竞争对手中，美国的TAE公司也采用氢硼作为聚变材料，已经在2023年与日本国家聚变科学研究所（NIFS）合作实现了聚变反应。但TAE的聚变装置并非托卡马克装置，而是直线型场反位形（FRC）装置。

TAE的FRC装置结构图 图源/TAE官网

对于聚变何时真正落地，各方愿景不同。综合先进国家的战略规划，以托卡马克装置为代表的主流磁约束聚变技术路线，在本世纪30年代至40年代建先后成实验堆、示范堆，本世纪50年代左右建成聚变商业发电站是大致路线图。

全球主要国家可控核聚变规划时间表

初创公司的加入，正在努力缩短这一时间表。其中以美国Helion Energy公司最为典型，其目标是2028年实现聚变发电，并已经与微软签署了售电协议。

对此，有业内人士分析认为，Helion是采用氘氦作为聚变材料，相比氘氚聚变是将能量转化为热再发电，它没有高能中子产出，反应产物是带电粒子，因此可以直接发电。但关键在于是否有能量增益，即反应放出的能量是否高于触发反应所需的能量。换言之，这一技术路线实现聚变反应后要发电并不难，难的是是否经济、是否可以商业化。

但商业公司的不断涌入，的确在改变聚变突破的预期时间表。新奥聚变首席科学家彭元凯认为，聚变研发的历史困境是，基础科学突破缓慢、工程复杂度高、资金投入周期长。但当前已显著改进，技术进步、资本和政策推动加速，促成近期的阶段性突破，聚变研发正从“永远50年”进入“10年-20年”窗口期。

中国完备的供应链，也在支持聚变的突破。

哈尔滨工业大学教授王晓刚表示，中国聚变研发的进展，一个是靠科研人员的努力，国家的支持，还要靠中国自身产业链的支持，中国现在具备可能是世界上最完整的聚变产业链。

刘敏胜进一步分析，聚变主要分为主装置和加热装置，主装置领域，中国已进入第一梯队；加热装置，等离子所、西物院、新奥都实现了全国产。目前还依赖进口的主要是特殊诊断、检测设备，也在逐步国产化。2010年之前，中国的聚变产业链还存在许多短板，但如今已经非常完备。

尽管与主流技术路线不同，新奥并不认为与国内其他科研院所、初创公司存在直接的竞争关系，彼此的技术交流还相当频繁。据新奥介绍，聚变研究的许多技术具有通用性，其装置的供电设备就是从等离子所采购的，西物院也支持了部分研究设备，新奥自己也为高校提供研究设备。球形托卡马克和环形托卡马克之间尽管工程细节有区别，但许多环节通用，这也是选择技术路线时需要考虑的。

刘敏胜认为，能源技术的商用，最终很难由科研院所完成，技术研发可能在科研院所，但最终商用的主体，必然是企业来做。企业能够在技术的商业化探索中发挥灵活多变的特点，探索各种路径和可能性。

如今，新奥已经聚集起了一个300多人的聚变研发团队，老中青结合，其核心团队不乏国际聚变研究的核心专家。如聚变物理方面，有来自美国橡树岭实验室的球形环托卡马克发明人彭元凯博士；在聚变实验与诊断控制方面，有实践经验丰富的宋显明博士（有德、日、法、美等多国科研机构研学背景）、石跃江博士（曾任职韩国聚变研究所和首尔大学，为HT-7、EAST、 KSTAR、J-TEXT、VEST等聚变装置研发多套国际先进水平的光谱诊断系统）。

民营企业更加灵活高效的特点，也在助力科研团队的工作，并且其目标更加聚焦。

李永革也表示，西物院实现双亿度突破的技术，对国内的聚变研究方都有帮助。譬如新奥实现四千万度、百万安培运行，其中心束就是西物院和新奥合作设计的，此外，在微波器件、供电系统等领域，双方的交流也很多。

中国的聚变研发，正在形成一个蓬勃发展、互助发展的生态。

新奥聚变首席科学家彭元凯表示，新奥通过差异化技术路线（氢硼聚变+球形环）、高效资源整合和目标分解，力图在聚变商业化竞赛中占据先机。尽管挑战巨大，但全球资本与技术进步正推动聚变从“科幻”迈向“现实”，未来10-20年将迎来关键转折。

聚变真正的竞争，是中国和欧美等发达国家之间的竞争。