通过工程创新实现“人造太阳”小型化，核聚变正迈向可控与经济化新阶段 可控核聚变被誉为能源领域的“皇冠上的明珠”，因其原料丰富、清洁低碳、能量密度极高而被视为未来终极能源的希望所在。从20世纪50年代起，人类便持续探索实现聚变的路径。如今，随着技术突破与资本涌入，核聚变正从实验室走向商业化落地的关键阶段。 根据美国聚变工业协会（FIA）2025年发布的《全球聚变行业报告》，过去五年全球聚变产业迎来爆发式增长：全球共有53家核聚变企业，累计融资达97.7亿美元，较2021年增长5倍，仅2024年一年新增投资就达26.4亿美元。这一趋势表明，核聚变已不再是遥远的科学幻想，而是正在加速进入工程化与产业化阶段。 核聚变的核心原理是将氢的同位素——氘和氚，在极端高温（约1亿摄氏度）下实现原子核融合，释放出巨大能量。理论上，1吨氘氚燃料产生的能量相当于约300万吨煤。若以330毫升可乐瓶为单位换算，仅需约1200瓶容量的聚变燃料，即可支撑一个百万千瓦级电站运行一年。 尽管科学可行性已在多个实验装置中得到验证——如欧洲联合环（JET）、美国国家点火装置（NIF）实现净能量增益，且近年来人工智能在磁场控制、等离子体稳定性预测等方面展现出显著提效能力，但真正的挑战仍在于工程实现：如何实现持续、稳定、高效且经济的聚变反应。 长期以来，受限于约束能力和磁场强度，聚变装置只能通过不断增大尺寸来提升性能。国际热核聚变实验堆（ITER）便是典型代表，其直径达30米，预算超200亿美元，建设周期长达十余年。然而，近年来以CFS、Helion Energy、Tokamak Energy等为代表的商业化公司，正通过工程手段推动装置小型化，打破“越大越强”的传统路径。 美国Commonwealth Fusion Systems（CFS）采用高温超导磁体技术，打造紧凑型托卡马克装置SPARC，仅用8.63亿美元融资便吸引英伟达、谷歌、比尔·盖茨等巨头投资，最新估值超30亿美元，并已与意大利埃尼集团签署逾10亿美元电力供应协议。 Helion Energy则另辟蹊径，采用场反位形技术，具备直接发电能力。其第六代装置实现1亿摄氏度等离子体温度，第七代原型机“北极星”正在研发中，计划2028年为微软提供聚变电力。公司2025年完成4.25亿美元F轮融资，估值达54.25亿美元。 英国Tokamak Energy凭借球形托卡马克与高温超导磁体技术，2022年实现1亿摄氏度等离子体温度，累计融资3.35亿美元，政府与私人资本并重。 中国也正构建“2+N”聚变产业格局：以聚变新能、中国聚变能源为代表的“国家队”已获近300亿元支持，而星环聚能、新奥能源、能量奇点、瀚海聚能等商业化企业则在不同技术路线上快速突破。 其中，星环聚能作为清华科技成果的转化代表，提出“Make Tokamaks Simple Again”的理念，开创性地采用“重复重联可控聚变运行方案”。该方案通过磁重联加热，省去传统外部加热系统，以每6秒一次的脉冲方式“点燃”等离子体，实现快速加热与能量释放。 其小试装置SUNIST-2仅用279天建成，实现1700万摄氏度等离子体温度与480kA电流，创下全球球形托卡马克建设最快纪录。团队仅50人，却在11个月内完成核心方案验证，展现出极强的工程执行能力。 星环聚能将装置缩小至直径8米、高10米，建设成本预计仅10亿元，远低于传统方案的数十亿至数百亿元级别。其目标是十年内将量产聚变电站总成本控制在百亿元以内。 公司目前研发团队占比超80%，工程师主导，科学家深度参与工程转化，形成“物理问题→工程指标→系统实现”的高效闭环。同时，通过磁体、核电子学等技术输出，2024年已实现千万元营收，初步构建“造血”能力。 陈锐表示：“我们不追求一步到位的连续运行，而是用工程智慧实现‘短脉冲、高效率、低成本’的聚变路径。这正是中国在核聚变领域实现弯道超车的关键。” 尽管挑战依然存在，但FIA预测，全球首座商业化聚变电站有望在2031至2035年间建成。随着工程手段不断突破，小型化、经济化、可控化的“人造太阳”正从理想照进现实。
可控核聚变正从科学验证迈向商业化落地的关键阶段，而工程创新正在推动这一进程加速。过去五年，全球核聚变产业实现爆发式增长，53家初创企业累计融资达97.7亿美元，其中2024年单年新增投资26.4亿美元，显示出资本与技术双轮驱动的强劲势头。尽管核聚变的科学可行性已通过JET、NIF等装置验证，实现净能量增益也已达成，但要实现持续、稳定发电，仍面临核心挑战：如何在工程上实现高效约束、高温维持与装置小型化。 传统路径依赖大型装置，如国际热核聚变实验堆（ITER）需30米直径、耗资200亿美元，建设周期长达十余年。然而，近年来以高温超导材料和新型磁约束技术为突破口，小型化成为主流趋势。美国CFS公司基于麻省理工学院技术，开发紧凑型托卡马克SPARC，利用高温超导磁体提升磁场强度，大幅缩小装置尺寸，2024年获8.63亿美元融资，估值超30亿美元。Helion Energy则采用场反位形技术，实现等离子体连续运行，并与微软签约，计划2028年供能。英国Tokamak Energy也在球形托卡马克领域取得突破，其ST40装置实现1亿摄氏度等离子体温度。 中国核聚变产业正形成“2+N”发展格局，国家队如聚变新能、中国聚变能源获近300亿元支持，同时涌现出星环聚能、新奥能源、能量奇点等创新企业。其中，星环聚能凭借清华大学技术背景，提出“重复重联可控聚变运行方案”，以8米直径、10米高度的小型装置实现1700万摄氏度等离子体温度，仅用279天完成从0到1的建设，创下全球最快纪录。其核心创新在于摒弃传统外部加热系统，转而通过磁重联将磁能直接转化为等离子体热能，采用脉冲式“点火-冷却-再点火”运行模式，规避了长期稳定约束难题，显著降低建设成本至约10亿元，仅为同类装置的十分之一。 该方案不仅简化结构，更将研发重心转向工程实现。公司170人团队中，工程师占比超八成，科学家团队则负责将物理问题转化为可执行的工程指标，形成高效协同机制。目前，星环聚能已启动中试装置“星环一号”建设，目标是实现聚变条件的连续稳定运行与完全工程验证。 尽管聚变发电仍需时间，据FIA预测，商业化发电有望在2031至2035年间实现。中国在政策支持、技术积累与工程化能力上正加速追赶，尤其在小型化、低成本路径上展现出独特潜力。未来十年，若能持续突破工程瓶颈，实现百亿元级量产电站目标，核聚变有望真正成为清洁、无限能源的现实选择。
