在核聚变领域，选错路线几乎等同于浪费十年。

从本质上来看，无论是托卡马克（Tokamak）、仿星器、场反位形（FRC，Field Reversed Configuration）还是其他类型，所有技术方案都绕不开的是等离子体约束这个第一性问题：如何有效约束上亿度甚至更高温的等离子体，并长时间维持其高密度，让核聚变反应充分发生。

过去半个多世纪，全球最成熟的选择始终是氘-氚（D-T）技术路线。它反应条件最低、相关物理过程最清晰，也几乎写进了所有国家级大科学装置的设计图纸，例如国际热核聚变实验堆（ITER）、紧凑型聚变能实验装置（BEST）、中国环流三号（HL-3）等。

DeepTech 注意到，由复旦大学现代物理研究所（核科学与技术系）许敏教授带领的磁约束聚变团队基于托卡马克装置选择了一条“非主流”的氘-氦 3（D–³He）路线。那么，氘-氦 3 是一条怎样的技术路线，它有可能让核聚变走向一个更光明的未来吗？

主流之外的选择：为何有人挑战更难的氘-氦 3 路线？

目前，国家级大科学装置都不约而同选择了氘-氚作为主流路线，这条路线相对成熟，研究也较为透彻。

一方面，氘-氚反应的优势在于反应速率高。对比不同技术路线在其各自最佳聚变反应温度时，氘-氚反应截面比其他反应截面高 1-2 个数量级。

另一方面，与其他技术路线相比，氘-氚反应点火条件最低，约 3-5×10²¹ keV·s·m⁻³，因此被认为是“地球上最容易实现的聚变反应”。

但与此同时，这条路线也面临严峻的挑战：

第一，14 MeV 的高能中子带来的材料问题。由氘-氚反应产生的高能中子，对材料（尤其是面向等离子体的部件）会造成辐照损伤，导致开裂、脱落、膨胀等。

除了抗高能中子辐照的要求，面向等离子体部件的材料还必须同时耐受高热负荷，高达 10-20MW/m²。尽管全球科学家已经筛选出一批候选材料，但还需要比较长的时间，才能找到适合氘-氚聚变反应堆极端条件的材料，并走完从实验室研究到通过聚变真实环境下的考核测试，最后实现工业化批量生产的全过程。

第二，氚自持问题。氚是一种半衰期较短的核素（约 12.33 年），每年氚约 5.5% 会通过衰变转变为氦 3，而自然界中几乎不存在氚。因此，为满足聚变发电的燃料需求，氚只能由聚变堆自身生产，实现氚的自我循环。

整个循环体系运转起来后，氚的总量能够维持基本平衡，不会越烧越少，甚至可能会越产越多。与聚变堆材料相同，氚循环系统也需要通过真实聚变环境下的测试来验证有效的氚增殖能力，实现从实验室研究到工程化、实用化的转变。

尽管目前国际上选择氘-氦 3 聚变反应路线的聚变公司和团队并不多，但实际上，早在 20 世纪 80、90 年代，美国 ARIES 团队的科学家已经开始对氘-氦 3 聚变反应进行研究，甚至设计出了基于托卡马克的聚变堆方案，并展望未来实现氘-氦 3 聚变堆的聚变电站以及相关参数。然而，彼时能产生强磁场的高温超导（HTS，high-temperature superconducting）材料尚未成熟，氘-氦 3 聚变堆所需的强磁场还是一种“奢望”。

实际上，氘-氦 3 并不是一个更完美和更轻松的解决方案，而是用一个更难的物理条件，换掉两个长期的工程难题。核聚变就像是一座山，氘-氦 3 路线就是科学家们选择了的另一个攀登方向。这条路线显著降低高能中子通量，能够同时规避抗中子辐照材料问题和氚自持问题，但同时也要直面反应条件显著提高带来的极限挑战。

也就是说，不是问题变少了，而是更“干净”、更集中的解决方案：氘-氦 3 反应的条件相比传统氘-氚反应要求更高，其反应温度达到 5-7 亿度，聚变三乘积也要达到 1022keV·s·m⁻³ 量级（注：聚变三乘积是指燃料离子的温度×密度×能量约束时间，对比而言，氘-氚聚变的三乘积约 3-5×1021keV·s·m⁻³）。托卡马克装置要实现这个条件，需要将现有磁场强度提升 2-3 倍，达到 10 特斯拉以上。

真正的门槛：强磁场，正在改变核聚变的尺度逻辑

提升磁场获得的不是线性收益，而是核聚变经济性的放大器。追求强磁场，无论是氘-氚路线、氘-氦 3 路线还是其他路线，是领域普遍认可的有效提高聚变经济效益的方法：同样一个聚变电站，如果磁场强度翻一倍，它的聚变功率密度会变成原来的 16 倍。

氘-氦 3 的首要前提是强磁场磁体，这条路线最大的门槛，是高温超导强磁场磁体的可靠性和稳定性问题。当然，这并不意味着低温超导不能用于氦 3 路线，只是装置规模更大。

目前，全世界对于托卡马克装置的高温超导强磁场磁体仍在探索研发过程中。由美国麻省理工学院衍生的核聚变初创公司 Commonwealth Fusion Systems（CFS）进展最快，该公司 2021 年研制出新型高温超导磁体，在 20K（-253℃）的低温下可实现 20 特斯拉强磁场，一举刷新了同类磁体的最高记录。CFS 公司正在建造的 SPARC 托卡马克装置将采用全高温超导磁体，其环向场磁体目前已通过初步测试，但还没有在真实的托卡马克工况下运行。

“我们也很期待 CFS 的科学家们在未来几年把装置建成并开始运行。届时，我们可以了解到他们的高温超导磁体设计技术路线在实际装置运行条件下，是否依然可行。”许敏对 DeepTech 表示。

从全球核聚变公司来看，美国核聚变公司 Helion Energy 也使用氘-氦 3 作为核聚变燃料，但该公司走的是另一条技术路线。简单来理解，这就像烧锅炉可以用相同的燃料，但是“炉子”完全不同，复旦大学聚变团队是用环形的托卡马克，而 Helion 则走的是直线型的 FRC 路线。

从装置的几何结构来看，托卡马克是全世界聚变装置中最成熟的路线，也是研究最透彻的方向之一。而 FRC 这条路线的基础相对托卡马克还较薄弱，需要进一步解决相关基础科学和工程技术问题。但 FRC 的优势是结构简洁、迭代快，这条路线也值得探索，目前国内已有多家企业聚焦该路线。

越来越多的聚变研究领域科学家已达成共识，相对于聚变装置越做越大的传统路线，强磁场、小型化的聚变装置是未来的发展趋势。但聚变电站的规模与其带来的度电成本并不是一个简单的依赖关系：装置过大，建造难度和周期都非常高，可能导致度电成本高；装置过小，工程技术上的挑战也很大，发电量少，每度电的成本也会升高。科学家和工程师们需要在两者之间找到一个平衡点，以合适的装置规模达到最经济的度电成本。

与目前的西电东送或从沿海将电力输送到城市相比，未来分布式供电网络或是一种更理想的方案。根据实际需求分布式建设小型聚变电站，不仅能够降低长距离输配电的成本，整个电网也会更稳定，进而降低因某条主线路出问题而影响大范围供电的可靠性。

从长远来看，可能形成大型电站和小型电站相互交织的一体化供电网络，实现大、小型电站的互补：大型电站可建于偏远地区，通过高效、可靠的输电网络，将电力远距离输送至大城市群和工业中心；而小型电站则分布在城市周边和算力中心旁边。

此外，与硬件设备同样重要的，是电站运行控制技术的革新。随着 AI 技术的发展，AI 在控制等离子体运行方面也发挥着越来越重要的作用。首先，人类控制运行聚变装置主要靠经验，但其能够同时关注的参数和反应速度都有限。因此，训练专用的控制运行大模型，能够达到甚至超出人类控制的水平，提升长时间运行控制上亿度极高温等离子体的可靠性和稳定性。

其次，AI 有天然的优势：不仅能在同一时间观测大量不同的数据，识别出问题后还能够迅速响应。用 AI 运行未来的聚变电站是必然趋势，我们必须从现在开始布局，将 AI 融入等离子体控制运行系统，并最终应用于核聚变电站运行。

相比于谁先实现核聚变，更重要的是谁的电价最便宜

回到一个“老问题”：我们距离核聚变真正发电还有多久？似乎每次提到这个问题大家都会经常说“永远还有 50 年”。

然而，核聚变实现的时间应该从第一性原理分析，尽管现在已有煤炭、石油、天然气以及光伏、风电等能源，但聚变的时间表取决于社会需求的紧迫程度和人才、资源的投入程度。

随着近年技术的发展，人们发现 AI 的发展速度远超预期，而支撑其发展的电力消耗也呈几何级增长。展望未来五到十年，传统的能源体系难以完全填补 AI 对电力的巨大需求缺口，这个差距可能是几十倍、上百倍甚至上千倍。这种情况下，聚变能源的发展已经从能源的备选方案变成了刚需且紧迫的选项，甚至成为支撑 AI 技术继续前进的前提条件之一。

放眼全球，资本市场对聚变的投入开始爆发。据美国聚变工业协会（FIA，Fusion Industry Association）发布的《2025 年全球聚变行业》报告数据，“过去 5 年全球聚变行业呈爆发式增长，目前全球共 53 家核聚变公司，总投资额达到 97.7 亿美元，较 2021 年总投资额提高了 5 倍。”

图丨《2025 年全球聚变行业》中关于核聚变行业融资的相关数据（来源：FIA）

这些公司的资金，既有来自国家财政的支持，也有通过市场化的募集。从本质上来看，资金无论来自哪种渠道，都对核聚变技术发展起到促进和供应链扶持的作用。

第一，对聚变技术本身的贡献。比如，通过聚变装置的建设，能够把装置的设计、建设和运行整个流程摸得更透，推动技术快速发展和迭代。

第二，对供应链的扶持。整个聚变产业的供应链需要“活下去”，无论是国家财政出资，还是像中国聚变能源有限公司、聚变新能有限公司这样的中央国资或地方国资出手注资到链主企业，然后由链主企业分包发给上游供应链企业。对这些上游企业来说，拿到订单是一种乘数放大效应。

传统的聚变“国家队”包括中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所和核工业西南物理研究院（原二机部 585 所）及其关联公司。现在，中国聚变发展格局一方面是由传统的科研院所获取国家资金，推动大型科学工程项目的实施；与此同时，多家聚变公司正在市场化资金的推动下探索各种技术路线。

供应链是关乎核聚变能源度电成本的关键，国外的情况也类似，包括美国、欧盟、日本和英国都在强调供应链的重要性，并通过不同举措定向扶持供应链。

从技术底蕴来看，尽管西方国家在核聚变领域的历史积累比中国深厚，但这个差距并没有太大，经过数十年的持续发展，这一差距在迅速缩小，我国在某些技术领域甚至实现了对西方的超越。

无论是美国、欧洲还是中国，相比于谁最先实现核聚变，更重要的事情是：核聚变发电在不同国家实现之后，谁能把度电成本做到最低。由于电是大宗商品，只有成本足够低才具备战略性意义。从商业化落地的角度来看，核聚变虽然还有基础科学问题需要解决，但更大的挑战在工程化阶段，二者需要相辅相成、齐头并进。

聚变电站的成本是一个系统性问题，包括超导强磁场磁体、低温系统、加热系统、电源系统等关键构成。从长远来看，磁约束这条路线的成本还有大幅度降低的空间，其成本构成中没有昂贵稀缺的材料（如高温超导带材核心材料本身不贵），而主要在于部件复杂的生产和安装工艺。未来，通过规模化生产有望实现成本的显著降低，最终实现老百姓期待的“一毛钱一度电”。

参考资料：

https://www.fusionindustryassociation.org/over-2-5-billion-invested-in-fusion-industry-in-past-year/

https://news.mit.edu/2021/MIT-CFS-major-advance-toward-fusion-energy-0908