“五一”节后天源国际，可控核聚变概念股又迎一波上涨。东方财富可控核聚变板块5月6日收涨6.11%，雪人股份（002639.SZ）、海陆重工（002255.SZ）等股涨停，联创光电（600363.SH）、西部超导（688122.SH）、东方电气（600875.SH）多股跟涨。此后多日，相关概念股继续震荡上涨。
消息面上，5月1日，合肥紧凑型聚变能实验装置（BEST）项目工程总装工作比原计划提前两个月启动，力争在2027年完成项目建设；4月30日，国际热核聚变实验堆（ITER）组织宣布，这一由30多国数十年共建的“人造太阳”已完成其“电磁心脏”——世界最大、最强的脉冲超导电磁体系统的全部组件建造。
因无限、清洁和安全的特性，可控核聚变被视作人类终极能源。自1952年第一颗氢弹试爆以来，各国都在尝试将这项技术用于发电，但无一成功。“还有50年”成为行业长久以来的玩笑话。而近两年国内外主流核聚变项目不断刷新进度似乎正在打破这一魔咒。
当前，可控核聚变实际进展如何，中国距发出“第一度电”还有多久？这一过程中有哪些难题，行业正在怎么应对？资本与产业又将如何实现同频共振？
中国“人造太阳”刷新进度
在河北廊坊，一座10米高的厂房中央，一颗球形装置拔地而起。今年4月中旬，这一名为“玄龙-50U”的球形环氢硼聚变装置实现了高温高密度百万安培（兆安）等离子体电流，超过太阳核心1500万摄氏度的高温。
新奥“玄龙-50U”球形环氢硼聚变装置，拍摄：郭霁莹
设计建造该装置的公司新奥集团是中国最早开展商用聚变能源开发的民营企业，自2017年以来聚变研发投入达40亿元，是全球研发投入超2亿美元的8家聚变企业之一，其理想目标是在2035年前实现工程可行性，并将球形环氢硼聚变推向商业化。
“这项实验成功解决了电流产生和维持过程中的关键技术难题，让等离子体电流达到1兆安，温度达到4000万度。在全球首次实现兆安级氢硼等离子体放电，验证了氢硼燃料在磁约束条件下实现高参数放电的科学可行性。”新奥能源研究院院长刘敏胜近日在接受第一财经等媒体采访时表示，国内能做到兆安级电流的磁约束装置只有全超导托卡马克核聚变实验装置EAST和中核集团新一代人造太阳“环流三号”（HL-3）；细分到球形环领域，全球仅玄龙-50U、英国的MAST-U和美国NSTX-U三个球形环装置实现了这一目标。
关于新奥核聚变的商业化路线，刘敏胜介绍道，公司计划2026年率先在玄龙-50U上实现氢硼聚变反应；到2030年在下一代聚变装置“和龙-2”实现全面氢硼热核聚变；到2035年前实现工程可行性，将球形环氢硼聚变推进到商业化。
核聚变是轻原子核结合成较重原子核并放出巨大能量的过程，模拟类似太阳等恒星以核聚变原理发光发热。当前实现可控核聚变主要有三种技术路线，包括重力场约束核聚变、激光惯性约束核聚变和磁约束核聚变。支撑磁约束核聚变的装置包括托卡马克、仿星器等。由于性能更好，上世纪六七十年代开始托卡马克成为全球主流核聚变装置，其中央是一个环形真空室，外缠线圈，通电时内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高温度，达到核聚变目的。
相较于传统托卡马克（形似轮胎），球形环更为紧凑。“但二者的核心机制都是用等离子体电流实现等离子体约束，电流越大，装置整体性能越好。”刘敏胜说。
左为传统托克马克，右为球形环，图片源自普林斯顿等离子体物理实验室
不断提高参数是为了获得更高的能量增益（Q值），即让输出功率大于输入功率。这由聚变“三乘积”决定，即等离子体温度、密度和能量约束时间的乘积。业界认为，该值达到10的22次方时方能达到点火条件（Q>1），Q>10后则能实现商用化。放眼全球，各国正暗自发力提高参数，抢发聚变“第一度电”。
今年天源国际，国内可控核聚变项目不断刷新进度，业内预计主流技术路线将在2035年进入示范阶段，2050年左右实现商业化发电。
1月末，中国科学院等离子体物理研究所（下称“等离子体所”）自主研制的EAST装置实现了上亿摄氏度、1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行；两个月后，中核集团环流三号在国内首次实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度，综合参数聚变三乘积大幅提升。
“聚变最重要的三乘积条件之一就是离子温度超过1亿度。”中核集团核工业西南物理研究院（简称“585所”）聚变科学所专家表示，“环流三号的成果标志着我国核聚变研究正式挺进燃烧实验阶段。”
可控核聚变研究分为六个阶段，原理探索、规模实验、燃烧实验、实验堆、示范堆及商用堆。简单讲就是在证明理论可行的基础上，验证人类有能力实现，最终在经济上能接受。585所专家称，环流三号的下一步任务就是尽快实现聚变能量输出。
之于EAST、新奥玄龙-50U的成果，585所专家告诉第一财经记者，前者等离子体运行时长突破千秒为核聚变长时间稳态运行机制奠定基础；后者探索出最清洁的聚变方式，并证明球形环氢硼聚变装置的实验能力。
“以前总开玩笑，实现可控核聚变是50年后再过50年，现在看曙光已到眼前。”北京大学应用物理中心特聘研究员康炜说。
如何打破“永远50年”魔咒
在业内看来，核聚变“永远50年”的说法，恰恰反映出其研发的历史困境：基础科学突破缓慢、工程复杂度高、资金投入周期长。
哈尔滨工业大学教授王晓钢指出，实现可控核聚变发电至少面临三方面技术挑战。首先要长时间维持等离子体在1亿度以上高温的稳态运行；其次，若要实现为期20年、每天不间断地受中子轰击的商业化运行，也对聚变装置材料的性能提出很高要求。另外他强调，氚的自持问题也比较严峻。
聚变燃料路径多元，其中氘氚最易实现。但缺点是氚产量低、价格高且面临强管制。王晓钢表示，自然界中氚因其放射性，伴随期仅有11年，所以需要边聚变边生产。也就是在聚变堆中设计一个“氚工厂”，让聚变产生的中子轰击锂6产生氚。但中子以极高能量撞击反应堆内壁，会造成内壁材料受损，需定期更换，且内壁还将带有放射性，又要考虑废物处置和辐射安全问题。“我们现在处理几克用于实验的氚比较有把握，未来如何处理几公斤的还在研究。”王晓钢说。
EAST装置主机结构，图片源自等离子体所
行业认为，随着高温超导磁体等技术进步加速、国内外主流聚变装置不断取得阶段性突破、资本与政策的支持以及AI赋能，聚变研究正从“永远50年”进入“10-20年”窗口期，商业公司的高效运作或将进一步缩短时间。
新奥在燃料上另辟蹊径，瞄准氢硼聚变商业化。刘敏胜介绍，氢硼聚变具备工程可行性优势，反应产物不具有放射性，能解决核废料处理问题；商业化方面也不必担心原料问题，自然界中氢、硼储量丰富且易获取。
唯一问题是，氢硼聚变要求的等离子体温度（10亿-20亿度）比氘氚聚变高数十倍，短期内实现难度较大。
新奥聚变首席科学家彭元凯和新奥聚变实验首席科学家石跃江二人表示，公司拟通过技术协同，结合球形环的高物理特性和人工智能优化控制，缩短实验验证周期。他们告诉记者，相比于传统托卡马克装置，球形环结构紧凑、尺寸小，建造和更新迭代更快，因此球形环氢硼聚变有望快速验证商业化可行性。
彭、石二人称，高温超导磁体的出现亦有望大幅提高磁场使用和装置设计效率。超导材料零电阻属性是保证托卡马克磁体长时间稳态运行、防止被烧毁的关键，主要分为低温和高温超导材料两种。“高温”材料带来的更强磁场，意味着核聚变装置可以做得更小，从而降低建造成本、缩短技术迭代周期。
“现在高温超导材料不仅应用在聚变领域，已逐渐大规模转向工业应用，需求量大才能把价格降下来。”康炜认为，这将使相关装置建造成本和应用得到极大丰富。2022年，美国CFS公司开建“SPARC”高温超导托卡马克，其目标是交付一个商用聚变发电厂。
人工智能的爆发也推了核聚变一把。康炜称，等离子体运行十分复杂，需要同时控制大量可调参数。以往科研人员都是凭借经验甚至想象进行实验设计，在实验结果上作进一步优化，但每个人单次可调整的实验参数极为有限。AI的出现可以协调多种参数组合，加速科研人员控制的可行性，打破了聚变实验控制的传统范式。
万亿投资的想象空间
在人工智能发展对电力需求激增以及能源安全重要性不断上升的当下，核聚变正在引发产业和资本的共振。据核聚变行业协会（FIA）《2024年全球聚变行业报告》报告，去年全球核聚变公司数量已从2022年的33家增长至45家，核聚变产业吸引了71亿美元（约514亿人民币）的投资，比2023年高出近10亿美元，其中绝大部分来自私营资本。
目前，中国在核聚变研究上形成了三股主要力量：市场化资本支持下于2021年成立的初创企业能量奇点和星环聚能，至今合计募资十多亿元；等离子体所与585所带领的两支“国家队”，在2023年加速启程；以及已在核聚变领域投资40亿元、计划未来五年投资近百亿的民营企业新奥集团。
随着2023年国务院国资委明确将可控核聚变视为未来能源的唯一方向，资本加速涌入。该年底，由中核集团牵头，联合24家央企、科研院所、高校等组成可控核聚变创新联合体，正式揭牌中国聚变能源有限公司，并发布了第一批未来能源关键技术攻关任务。这家公司在今年2月获得中国核电（601985.SH）、浙能电力（600023.SH）两家国资合计17.5亿元投资。4月1日，上海未来产业基金也宣布拟战略投资这家新秀公司。
“可控核聚变边际收益足够高，一旦成功就能改变整个人类文明的发展方向。2020年开始海外‘老钱’就已大举进入，这种关键赛道我们必须紧紧跟上。”可控核聚变项目投资人杨逍告诉第一财经记者，国内能做可控核聚变的团队不多，行业门槛高也是机构投资该赛道的考量之一，“遇到合适团队我们就果断出手了”。
此外，他直言，小型、球形托卡马克装置本身也有比较近的落地场景，在医疗辐照、核医学各方面都有明显进展。“不一定指望最终实现多大的发电功率或贡献多少电能，只要装置能稳定运转，短期就能有一些收益。”
核聚变行业催化不断，供应链也随之而动。杨逍举例称，ITER尚未造好，却已促成了为其供货的西部超导的成长。该公司是西北有色金属研究院为ITER项目供货在2003年成立的低温超导线材生产企业，2014年登陆新三板，2019年再登科创板。其超导材料业务现已拓展至医疗、半导体、风电、光伏等领域，为西门子等公司供货。
中信证券年初预计，2030至2035年间全球核聚变装置市场规模有望达2.26万亿元，其中高温超导带材及真空室内的第一壁、偏滤器等部件具备较大投资价值。
不过，实验科研阶段和产品量产之间仍有难以预估的鸿沟。近两年可控核聚变概念股因多则利好消息经历多轮异动。去年11月，弘讯科技（603015.SH）股价在6连涨后踩下刹车，公司称其意大利子公司EEI并未直接生产研发核聚变整机装置，而是为核聚变装置提供具有高动态特性的HDPS系列电源完整解决方案，系核聚变装置的组成部件；且该业务占主营业务收入比重较小，2024年预计仅占2%，对短期业绩影响有限。
（文中杨逍为化名）天源国际
广源优配提示：文章来自网络，不代表本站观点。
相关文章
沪深京行情 实时轮播
热点资讯
