“五一”節后，可控核聚變概念股又迎一波上漲。東方財富可控核聚變板塊5月6日收漲6.11%，雪人股份（002639.SZ）、海陸重工（002255.SZ）等股漲停，聯創光電（600363.SH）、西部超導（688122.SH）、東方電氣（600875.SH）多股跟漲。此后多日，相關概念股繼續震蕩上漲。
消息面上，5月1日，合肥緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）項目工程總裝工作比原計劃提前兩個月啟動，力爭在2027年完成項目建設；4月30日，國際熱核聚變實驗堆（ITER）組織宣布，這一由30多國數十年共建的“人造太陽”已完成其“電磁心臟”——世界最大、最強的脈沖超導電磁體系統的全部組件建造。
因無限、清潔和安全的特性，可控核聚變被視作人類終極能源。自1952年第一顆氫彈試爆以來，各國都在嘗試將這項技術用于發電，但無一成功。“還有50年”成為行業長久以來的玩笑話。而近兩年國內外主流核聚變項目不斷刷新進度似乎正在打破這一魔咒。
當前，可控核聚變實際進展如何，中國距發出“第一度電”還有多久？這一過程中有哪些難題，行業正在怎么應對？資本與產業又將如何實現同頻共振？
中國“人造太陽”刷新進度
在河北廊坊，一座10米高的廠房中央，一顆球形裝置拔地而起。今年4月中旬，這一名為“玄龍-50U”的球形環氫硼聚變裝置實現了高溫高密度百萬安培（兆安）等離子體電流，超過太陽核心1500萬攝氏度的高溫。
設計建造該裝置的公司新奧集團是中國最早開展商用聚變能源開發的民營企業，自2017年以來聚變研發投入達40億元，是全球研發投入超2億美元的8家聚變企業之一，其理想目標是在2035年前實現工程可行性，并將球形環氫硼聚變推向商業化。
“這項實驗成功解決了電流產生和維持過程中的關鍵技術難題，讓等離子體電流達到1兆安，溫度達到4000萬度。在全球首次實現兆安級氫硼等離子體放電，驗證了氫硼燃料在磁約束條件下實現高參數放電的科學可行性。”新奧能源研究院院長劉敏勝近日在接受第一財經等媒體采訪時表示，國內能做到兆安級電流的磁約束裝置只有全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST和中核集團新一代人造太陽“環流三號”（HL-3）；細分到球形環領域，全球僅玄龍-50U、英國的MAST-U和美國NSTX-U三個球形環裝置實現了這一目標。
關于新奧核聚變的商業化路線，劉敏勝介紹道，公司計劃2026年率先在玄龍-50U上實現氫硼聚變反應；到2030年在下一代聚變裝置“和龍-2”實現全面氫硼熱核聚變；到2035年前實現工程可行性，將球形環氫硼聚變推進到商業化。
核聚變是輕原子核結合成較重原子核并放出巨大能量的過程，模擬類似太陽等恒星以核聚變原理發光發熱。當前實現可控核聚變主要有三種技術路線，包括重力場約束核聚變、激光慣性約束核聚變和磁約束核聚變。支撐磁約束核聚變的裝置包括托卡馬克、仿星器等。由于性能更好，上世紀六七十年代開始托卡馬克成為全球主流核聚變裝置，其中央是一個環形真空室，外纏線圈，通電時內部會產生巨大的螺旋形磁場，將其中的等離子體加熱到很高溫度，達到核聚變目的。
相較于傳統托卡馬克（形似輪胎），球形環更為緊湊。“但二者的核心機制都是用等離子體電流實現等離子體約束，電流越大，裝置整體性能越好。”劉敏勝說。
不斷提高參數是為了獲得更高的能量增益（Q值），即讓輸出功率大于輸入功率。這由聚變“三乘積”決定，即等離子體溫度、密度和能量約束時間的乘積。業界認為，該值達到10的22次方時方能達到點火條件（Q>1），Q>10后則能實現商用化。放眼全球，各國正暗自發力提高參數，搶發聚變“第一度電”。
今年，國內可控核聚變項目不斷刷新進度，業內預計主流技術路線將在2035年進入示范階段，2050年左右實現商業化發電。
1月末，中國科學院等離子體物理研究所（下稱“等離子體所”）自主研制的EAST裝置實現了上億攝氏度、1066秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行；兩個月后，中核集團環流三號在國內首次實現原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度，綜合參數聚變三乘積大幅提升。
“聚變最重要的三乘積條件之一就是離子溫度超過1億度。”中核集團核工業西南物理研究院（簡稱“585所”）聚變科學所專家表示，“環流三號的成果標志著我國核聚變研究正式挺進燃燒實驗階段。”
可控核聚變研究分為六個階段，原理探索、規模實驗、燃燒實驗、實驗堆、示范堆及商用堆。簡單講就是在證明理論可行的基礎上，驗證人類有能力實現，最終在經濟上能接受。585所專家稱，環流三號的下一步任務就是盡快實現聚變能量輸出。
之于EAST、新奧玄龍-50U的成果，585所專家告訴第一財經記者，前者等離子體運行時長突破千秒為核聚變長時間穩態運行機制奠定基礎；后者探索出最清潔的聚變方式，并證明球形環氫硼聚變裝置的實驗能力。
“以前總開玩笑，實現可控核聚變是50年后再過50年，現在看曙光已到眼前。”北京大學應用物理中心特聘研究員康煒說。
如何打破“永遠50年”魔咒
在業內看來，核聚變“永遠50年”的說法，恰恰反映出其研發的歷史困境：基礎科學突破緩慢、工程復雜度高、資金投入周期長。
哈爾濱工業大學教授王曉鋼指出，實現可控核聚變發電至少面臨三方面技術挑戰。首先要長時間維持等離子體在1億度以上高溫的穩態運行；其次，若要實現為期20年、每天不間斷地受中子轟擊的商業化運行，也對聚變裝置材料的性能提出很高要求。另外他強調，氚的自持問題也比較嚴峻。
聚變燃料路徑多元，其中氘氚最易實現。但缺點是氚產量低、價格高且面臨強管制。王曉鋼表示，自然界中氚因其放射性，伴隨期僅有11年，所以需要邊聚變邊生產。也就是在聚變堆中設計一個“氚工廠”，讓聚變產生的中子轟擊鋰6產生氚。但中子以極高能量撞擊反應堆內壁，會造成內壁材料受損，需定期更換，且內壁還將帶有放射性，又要考慮廢物處置和輻射安全問題。“我們現在處理幾克用于實驗的氚比較有把握，未來如何處理幾公斤的還在研究。”王曉鋼說。
行業認為，隨著高溫超導磁體等技術進步加速、國內外主流聚變裝置不斷取得階段性突破、資本與政策的支持以及AI賦能，聚變研究正從“永遠50年”進入“10-20年”窗口期，商業公司的高效運作或將進一步縮短時間。
新奧在燃料上另辟蹊徑，瞄準氫硼聚變商業化。劉敏勝介紹，氫硼聚變具備工程可行性優勢，反應產物不具有放射性，能解決核廢料處理問題；商業化方面也不必擔心原料問題，自然界中氫、硼儲量豐富且易獲取。
唯一問題是，氫硼聚變要求的等離子體溫度（10億-20億度）比氘氚聚變高數十倍，短期內實現難度較大。
新奧聚變首席科學家彭元凱和新奧聚變實驗首席科學家石躍江二人表示，公司擬通過技術協同，結合球形環的高物理特性和人工智能優化控制，縮短實驗驗證周期。他們告訴記者，相比于傳統托卡馬克裝置，球形環結構緊湊、尺寸小，建造和更新迭代更快，因此球形環氫硼聚變有望快速驗證商業化可行性。
彭、石二人稱，高溫超導磁體的出現亦有望大幅提高磁場使用和裝置設計效率。超導材料零電阻屬性是保證托卡馬克磁體長時間穩態運行、防止被燒毀的關鍵，主要分為低溫和高溫超導材料兩種。“高溫”材料帶來的更強磁場，意味著核聚變裝置可以做得更小，從而降低建造成本、縮短技術迭代周期。
“現在高溫超導材料不僅應用在聚變領域，已逐漸大規模轉向工業應用，需求量大才能把價格降下來。”康煒認為，這將使相關裝置建造成本和應用得到極大豐富。2022年，美國CFS公司開建“SPARC”高溫超導托卡馬克，其目標是交付一個商用聚變發電廠。
人工智能的爆發也推了核聚變一把。康煒稱，等離子體運行十分復雜，需要同時控制大量可調參數。以往科研人員都是憑借經驗甚至想象進行實驗設計，在實驗結果上作進一步優化，但每個人單次可調整的實驗參數極為有限。AI的出現可以協調多種參數組合，加速科研人員控制的可行性，打破了聚變實驗控制的傳統范式。
萬億投資的想象空間
在人工智能發展對電力需求激增以及能源安全重要性不斷上升的當下，核聚變正在引發產業和資本的共振。據核聚變行業協會（FIA）《2024年全球聚變行業報告》報告，去年全球核聚變公司數量已從2022年的33家增長至45家，核聚變產業吸引了71億美元（約514億人民幣）的投資，比2023年高出近10億美元，其中絕大部分來自私營資本。
目前，中國在核聚變研究上形成了三股主要力量：市場化資本支持下于2021年成立的初創企業能量奇點和星環聚能，至今合計募資十多億元；等離子體所與585所帶領的兩支“國家隊”，在2023年加速啟程；以及已在核聚變領域投資40億元、計劃未來五年投資近百億的民營企業新奧集團。
隨著2023年國務院國資委明確將可控核聚變視為未來能源的唯一方向，資本加速涌入。該年底，由中核集團牽頭，聯合24家央企、科研院所、高校等組成可控核聚變創新聯合體，正式揭牌中國聚變能源有限公司，并發布了第一批未來能源關鍵技術攻關任務。這家公司在今年2月獲得中國核電（601985.SH）、浙能電力（600023.SH）兩家國資合計17.5億元投資。4月1日，上海未來產業基金也宣布擬戰略投資這家新秀公司。
“可控核聚變邊際收益足夠高，一旦成功就能改變整個人類文明的發展方向。2020年開始海外‘老錢’就已大舉進入，這種關鍵賽道我們必須緊緊跟上。”可控核聚變項目投資人楊逍告訴第一財經記者，國內能做可控核聚變的團隊不多，行業門檻高也是機構投資該賽道的考量之一，“遇到合適團隊我們就果斷出手了”。
此外，他直言，小型、球形托卡馬克裝置本身也有比較近的落地場景，在醫療輻照、核醫學各方面都有明顯進展。“不一定指望最終實現多大的發電功率或貢獻多少電能，只要裝置能穩定運轉，短期就能有一些收益。”
核聚變行業催化不斷，供應鏈也隨之而動。楊逍舉例稱，ITER尚未造好，卻已促成了為其供貨的西部超導的成長。該公司是西北有色金屬研究院為ITER項目供貨在2003年成立的低溫超導線材生產企業，2014年登陸新三板，2019年再登科創板。其超導材料業務現已拓展至醫療、半導體、風電、光伏等領域，為西門子等公司供貨。
中信證券年初預計，2030至2035年間全球核聚變裝置市場規模有望達2.26萬億元，其中高溫超導帶材及真空室內的第一壁、偏濾器等部件具備較大投資價值。
不過，實驗科研階段和產品量產之間仍有難以預估的鴻溝。近兩年可控核聚變概念股因多則利好消息經歷多輪異動。去年11月，弘訊科技（603015.SH）股價在6連漲后踩下剎車，公司稱其意大利子公司EEI并未直接生產研發核聚變整機裝置，而是為核聚變裝置提供具有高動態特性的HDPS系列電源完整解決方案，系核聚變裝置的組成部件；且該業務占主營業務收入比重較小，2024年預計僅占2%，對短期業績影響有限。
（文中楊逍為化名）
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