东吴证券报告指出,中国核聚变研究正沿着"从国际合作(ITER)到自主攻关(CFETR)"的清晰路径演进。中国核聚变研究的主力军是中国科学院等离子体物理研究所和核工业西南物理研究院,分别对应EAST/BEST与HL-2M/HL-3两大装置系列。CFETR(中国聚变工程实验堆)定位为弥合ITER(纯实验装置)与未来聚变示范发电厂之间的技术鸿沟,计划2035年左右建成并投入运行,初期实现100-200MW聚变功率输出,2040年代实现1GW净功率输出。BEST与HL-3将作为CFETR的物理验证平台,为这一宏伟目标奠定坚实基础。
中国CFETR聚变工程:从实验装置到示范堆的跨越
CFETR是中国核聚变研究的核心工程,其定位经历了从"工程试验堆"到"工程示范堆"的升级。CFETR的核心目标是实现可控核聚变能的工程验证与商业化应用,旨在弥合ITER(纯实验装置)与未来聚变示范发电厂之间的技术鸿沟。工程设计阶段于2017年启动集成工程设计研究,2022年完成工程设计报告,相关超导磁体、冷却系统等关键技术已进入验证阶段。CFETR计划2035年左右建成并投入运行,初期聚焦等离子体约束和能量增益实验,将实现100-200MW的聚变功率输出。2040年代实现1GW净功率输出,2050年前建成示范聚变电站并向电网供电,2060年左右完成商业化原型电站建设。CFETR一旦建成,将使中国成为全球首个拥有聚变工程示范堆的国家,在聚变能源商业化竞赛中占据领先身位。
BEST与HL-3:CFETR的两大验证平台
在CFETR正式建成之前,BEST与HL-3将作为两大验证平台,开展与CFETR物理相关的验证性实验。BEST(紧凑型聚变能实验装置)由中科院等离子体物理研究所主导建设,主要目标是实现氘氚聚变功率的长时间运行,验证聚变氚燃料自持增值和高效取能的技术路线。2025年5月,BEST堆工程总装正式启动,力争2027年完成全面建设。HL-3(环流三号)由核工业西南物理研究院负责设计建造,是中国目前设计参数最高、规模最大、最先进的托卡马克装置,主要目标是解决ITER和下一代聚变装置的关键物理和技术问题。2025年3月,HL-3首次实现原子核和电子温度均突破1亿摄氏度,综合参数大幅跃升。两大装置的协同推进,正在为中国聚变工程积累关键的物理数据和工程经验。
EAST的历史突破与中国的聚变研究积淀
EAST(东方超环)是中国核聚变研究的标志性装置,为CFETR的工程化奠定了坚实基础。EAST于2006年建成并成功放电,是世界首个全超导托卡马克装置,具有非圆截面、全超导和主动冷却等先进特性。2025年1月,EAST成功实现上亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,再次创造托卡马克装置高约束模运行新的世界纪录。这一成果标志着中国聚变能源研究从基础科学向工程实践的重大跨越。EAST之后,中国托卡马克装置沿着两条主线演进:等离子体所路线从HT-6B→HT-6M→HT-7→EAST→BEST;西南物理研究院路线从HL-1→HL-1M→HL-2A→HL-2M(HL-3)。两条主线的汇合点正是CFETR——中国聚变工程示范堆。
从ITER到CFETR:中国聚变战略的自主之路
中国参与ITER项目积累了宝贵的国际合作经验,但CFETR的自主设计和建设标志着中国聚变战略从"跟跑"向"并跑"乃至"领跑"的转变。ITER项目涉及35国合作,决策缓慢、协调成本高昂的经验使中国认识到自主攻关的重要性。CFETR的设计充分吸收了ITER的经验教训——在保证性能的前提下控制装置规模、优化工程技术路线、简化决策流程。中国在聚变领域的投入力度持续加大,2023年和2024年对聚变能公司的投资均保持在约10亿美元上下。中国聚变能源有限公司于2025年7月挂牌成立,标志着中国可控核聚变产业进入规模化发展新阶段。从EAST到BEST再到CFETR,中国正在构建完整的聚变能源技术体系,朝着2050年前实现聚变能商业化发电的目标稳步迈进。
表:中国主要托卡马克装置发展脉络| 阶段 | 等离子体所路线 | 西南物理研究院路线 | 关键突破 |
|---|
| 1970s-1980s | HT-6B | HL-1 | 开启中国托卡马克实验研究 |
| 1990s | HT-6M→HT-7 | HL-1M | 超导托卡马克技术突破 |
| 2000s-2010s | EAST(2006年) | HL-2A(2002年) | 世界首个全超导托卡马克 |
| 2020s | BEST(建设中,2027年完工) | HL-3/HL-2M(2020年放电) | 1亿度突破,工程总装启动 |
| 2030s | CFETR(2035年建成) | 100-200MW聚变功率输出 |