聚变基础性难点得到解决，加速核聚变走向商业化
思瀚产业研究院    2025-07-25

ITER 基本解决聚变工程难点，我国技术水平提升

ITER 项目在美苏关系缓和背景下诞生：二战末期，苏联、美国和英国的科学家在互相保密的情况下开展了受控核聚变有关工作。研究过程中，科学家发现：1）核聚变的技术、装备难度高；2）核聚变商业应用的竞争为时尚早；3）磁约束核聚变与热核武器在科学技术上没有重大重叠。伴随着 1985 年美苏关系缓和，美国和前苏联两国首脑倡议提出建立“强国俱乐部”，并由美、苏、欧、日共同启动，之后项目改名为 ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor，国际热核聚变实验反应堆）计划，目标是探索和平利用聚变能发电的科学和工程技术可行性，为实现聚变能商业应用奠定基础。

ITER 项目规划推进艰难，2007 年装置正式开建：1988 年，ITER 项目开始概念设计，由于当时的科学和技术条件还不成熟，四方科技人员于 1996 年提出的 ITER 初步设计很不合理，要求投资上百亿美元。1998 年，美国出于政治原因及国内纷争，宣布退出 ITER 计划。欧、日、俄三方则继续坚持合作，并大幅度修改实验堆的设计。

2001 年，欧、日、俄联合工作组完成了 ITER 装置新的工程设计及主要部件的研制，预计建造费用为 50 亿美元（1998 年价），建造期 8 至 10 年，运行期 20 年。中国、美国于2003 年先后加入 ITER 计划，韩国、印度分别于 2005、2006 年加入 ITER 计划。2007年 10 月 24 日，ITER 组织正式成立，ITER 计划进入正式实施阶段。

ITER 项目点火时间延期至 2033 年，工程难点基本解决：ITER 项目早期规划将分三阶段实施，分别包括：第一阶段 2007-2016 年实现实验堆建设；第二阶段 2017-2037 年进行热核聚变操作实验（验证核聚变燃料性能、材料可靠性、核聚变堆可开发性）；第三阶段，2037-2042 年实验堆拆卸。ITER项目早期进展不顺利，其实际于 2010 年开工，且在项目建设过程中出现诸如成本超支、供货部件缺陷等管理问题，导致项目建设不断向后延期。

根据路透社以及 Science 报道，ITER 项目投资预算已从 50 亿美元提升至 200 亿美元以上，启动等离子体实验的时间由 2025 年延后至 2033 年，全氘-氚聚变实验节点预期将从 2035 年延后至 2039 年。虽然 ITER 项目进展受阻，但技术难点已经基本攻克，随着 ITER 计划的启动，国际聚变界的普遍共识是：由于对 ITER 七大部件已在过去的十多年中做了大量的研发，成功建设 ITER 已基本解决了工程上的障碍。

我国通过参与 ITER 项目，逐步积累核聚变技术：参与 ITER 项目对我国来说具备两大核心意义，一是通过参加 ITER 项目获得 ITER 知识产权，高效提升我国聚变研究的知识水平、技术能力。ITER综合了大型超导磁体技术、中能高流强加速器技术、连续大功率微波技术、复杂的远程控制技术、反应堆材料、实验包层、大型低温技术、氚工艺、先进诊断技术、大型电源技术及核聚变安全等技术，参与 ITER 项目大幅增强我国聚变知识储备；二是通过完成约定的 ITER 部件制造任务，推动我国针对聚变反应堆材料的研究。

在 ITER 项目中，我国供货部件覆盖超导材料、电源、包层、遥感技术、加料系统 5 大领域，具体包括磁体支撑、校正场线圈系统、磁体馈线系统、包层第一壁等 18 个采购包。霍裕平院士曾提出，我国聚变研究走到世界前沿的标志是“具有了独立的设计和建造聚变示范堆的技术力量，和独立的聚变工业发展体系”。随着我国 BEST 项目、CFETR 项目稳步推进，我国参与 ITER 项目的主要目标基本达成。

关键技术获得突破，加速核聚变走向商业化

核聚变产业化要求材料优化、控制能力提升：核聚变的主要难点在于：1）如何实现上亿度等离子体点火；2）如何实现聚变反应长时间稳态运行。具体来说，需要解决等离子体加热、等离子体控制、聚变堆材料攻关、氚自持等问题才能实现核聚变工程化。为了解决以上难点，科学家针对核聚变物理原理、材料等方面持续研发，成功突破高温超导、第一壁等材料。

高温超导材料突破，聚变控制能力提升：2024 年 MIT 利用稀土氧化铜钡（REBCO）高温超导材料制成的新型磁体实现 20Tesla 的大规模磁场强度的世界纪录，远高于 ITER 项目预计使用的 5.3T 磁场强度。得益于磁场强度的提升，聚变装置对等离子体的约束能力提升，使核聚变装置的体积可有效减少至常规水平的 1/40，大幅缩减核聚变装置体积与成本，推动核聚变能源商业化。2025 年 3 月，我国能量奇点宣布其生产的经天磁体（高温超导磁体）首轮通流实验产生 21.7 Tesla 磁场，超越前述MIT 记录。

金属材料替代碳成为核聚变容器首选，聚变装置耐久性提升：上世纪托卡马克装置多使用碳基材料作为第一壁材料，但由于石墨材料存在耐热强度不足、滞留率过高、在核聚变环境中易活化等问题，因此逐渐被金属材料替代。钼、钨、铍作为金属材料受广泛关注，ITER 确定使用钨作为偏滤器材料、铍作为第一壁材料。我国 EAST 装置于 2014 年将偏滤器由石墨/钨单体材料替换为钨铜材料，推动EAST 装置性能提升。虽然金属材料性能相比碳基材料显著提升，但由于钨直接接触高能中子，不可避免氘滞留、表面起泡、熔化再结晶、强度和韧性降低、抗热冲击能力降低等问题，因此科研院所仍在通过合金化方式提升钨基材料服役性能，同时研究液态金属第一壁可行性。

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