可控核聚变被认为是能源领域“皇冠上的明珠”，聚变能原料储量极为丰富，而且其产能过程几乎零碳排放，人们希望通过这种方式获得无限供应的清洁电力。

从 20 世纪 50 年代开始，人们就开始尝试用各种方法来达到核聚变条件，如今聚变产业的发展令人瞩目。美国聚变工业协会（FIA，Fusion Industry Association）在 2025 年 7 月发布的《2025 年全球聚变行业》报告数据显示，“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。其中，仅去年一年投资额就新增 26.4 亿美元。”

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）

那么，核聚变如今发展到了哪一步？我们距离真正可发电的核聚变还有多远？

可控核聚变：从科学验证到商业化发展

我们来做一个简单的对比：若基于煤与核聚变两种技术，各自产生 100 万千瓦的电力，燃煤电厂约需消耗 140 万吨煤，而核聚变装置根据理论计算，在理想的能量输出条件下，仅需约 0.6 吨的氘氚燃料。换算成我们常见的 330 毫升的可乐瓶，1,200 瓶可乐容量的聚变燃料足以支撑一个百万千瓦电站的输出。

在目前已知的聚变反应中，氘-氚反应是实现难度相对最低、研究最为成熟的路径。氘和氚是氢的两种同位素，其中，氘可从海水中廉价提取，资源极为丰富；而氚可通过中子与锂反应生成。为实现氘氚聚变反应，需将等离子体状态下的燃料加热至约 1 亿摄氏度的极高温度（如果对氢硼等其他物质进行聚变，则需要更高的离子能量）。在此环境下，氘与氚的原子核会克服库仑斥力发生聚变，生成一个氦原子核并释放一个中子，同时在此过程中释放出巨大的能量。

常规的聚变加热方式通常依赖于从外部加热，类似于“烧开水”，即在装置外部加一圈能量注入设备，比如中性束注入（将高能中性原子注入等离子体）、离子回旋加热（利用高频电磁波加速离子）等，把高能粒子打进等离子体中，并通过碰撞和能量转化来提升内部粒子的能量。

自 20 世纪 90 年代以来，磁约束聚变装置如欧洲联合环（JET，Joint European Torus）和美国托卡马克聚变试验反应堆（TFTR，Tokamak Fusion Test Reactor），均在实验中成功实现短时间内的数十兆瓦级聚变功率输出，验证了氘氚聚变能源的科学可行性。从 2021 年开始，美国国家激光聚变点火装置（NIF，National Ignition Facility）成功连续实现净能量增益，并在激光聚变装置上多次产生相当于 1 度电的聚变能。

最近几年，Nature 和 Science 等顶刊相继发布成果，证明 AI 能够显著提高核聚变装置的约束能力和磁场强度。因此，将 AI 与核聚变融合发展也是提升效率、加快发展的途径之一。需要了解的是，虽然核聚变的科学可行性已被陆续验证，但仅做到“可点燃”并不足以连续发电，如何通过工程的方法实现持续、稳定地产生等离子体加热的高能量和达到高约束条件，仍然是现阶段面临的棘手难题。

聚变能正在成为大国竞争的关键领域。美国将聚变能看作是关系到 21 世纪其主导地位的关键技术。2023 年，美国能源部的“里程碑式聚变发展计划”向 8 家核聚变企业拨款 4,600 万美元，用于推动商业聚变能源发展的进程。中国也在法律政策方面对核聚变发展给予支持。今年 9 月 12 日通过的《中国原子能法》中明确提到，国家层面鼓励和支持可控核聚变的研发、科学研究以及技术开发。

除了来自国家层面的投入和支持，商业化公司也是一股不容小觑的力量。近年来，全球核聚变领域正保持强劲的发展势头。从技术实现路径来看主要包括磁约束路径（托卡马克、仿星器和场反位形），以及激光惯性约束路径。商业化核聚变的实现需要满足三个约束条件：装置的约束能力、磁场强度和装置尺寸的大小。

在过去很长一段时间里，人类未能真正提高约束能力和磁场强度，这意味着只能通过增大装置的尺寸来实现核聚变。例如国际热核聚变实验堆（ITER，International Thermonuclear Experimental Reactor），这是一个直径约 30 米、高 30 米的聚变装置，由中国、美国、俄罗斯、欧盟、印度、日本、韩国七方共同投资，预算高达 200 亿美元，从 2010 年开始实际建设但至今仍未完全建成。

随着技术的发展，通过工程的手段将聚变装置的尺寸缩小，有可能大幅减少资金投入和缩短建设周期。我们以 Commonwealth Fusion Systems（CFS）、Helion Energy 和 Tokamak Energy 这三家代表公司为例，来梳理一下核聚变商业化公司的发展情况。

美国核聚变公司 CFS 于 2018 年从麻省理工学院实验室分离出来独立运营。其采用紧凑型磁约束托卡马克装置 SPARC，将高温超导材料制成磁体、应用于核聚变实验装置。今年 8 月，CFS 在最新一轮融资中获得 8.63 亿美元支持，投资机构包括英伟达的风险投资部门 NVentures 、谷歌和比尔·盖茨的 Breakthrough Energy Ventures 等。截至目前，该公司已融资约 30 亿美元。9 月，CFS 还与全球石油和天然气巨头意大利埃尼集团（Eni）签署了逾 10 亿美元的聚变电力协议。

美国核聚变公司 Helion Energy 成立于 2013 年，其技术路线为场反位形，通过动能转换和撞击过程产生能量，具有直接电力回收功能。该公司于 2021 年宣称基于第六代特伦塔（Trenta）装置，等离子体温度达到 1 亿摄氏度，聚变发电机原型可连续运行 16 个月。2023 年，Helion Energy 与微软达成协议，计划于 2028 年为后者提供核聚变电力支持。今年 7 月，该公司已在美国华盛顿州启动聚变发电厂建设项目。目前，该公司正在开发第七代原型机北极星（Polaris）。Helion Energy 于 2025 年 1 月完成了 4.25 亿美元的 F 轮融资，并获得包括 OpenAI 的 CEO 山姆·奥特曼（Sam Altman）和软银风险投资部门在内的支持，公司最新估值达 54.25 亿美元。

英国核聚变公司 Tokamak Energy 成立于 2009 年，是英国原子能管理局的子公司，并于 2019 年成立美国子公司 Tokamak Energy Inc。其技术路线是基于球形托卡马克和高温超导磁体，通过提升磁体性能来增强等离子体约束能力。2022 年，其球形托卡马克装置 ST40 实现了 1 亿摄氏度等离子体离子温度。目前，该公司已累计筹集 3.35 亿美元，其中 2.75 亿美元来自私人投资者，6,000 万美元来自英国和美国政府。

尽管国家间核聚变产业运转机制有所不同，但它们都在积极地向着早日实现聚变发电的目标迈进。现在我们把目光聚焦在中国的核聚变市场，这里形成了一种“2+N”的产业发展框架。2 指的是核聚变“国家队”企业——分别为位于安徽合肥的聚变新能以及位于上海的中国聚变能源，两家公司近两年已陆续获得累积近 300 亿元的资金支持。N 指的是其他核聚变商业化公司，例如以球形托卡马克为技术路线的新奥能源和星环聚能，以托卡马克为技术路线的能量奇点，以场反位形为技术路线的瀚海聚能等等。

不久前，《麻省理工科技评论》发布了新一届“50 家聪明公司”评选，星环聚能凭借“小型化可控核聚变应用的探索者”成为入选者之一。那么，这家成立 4 年、已完成两轮累积数亿元融资的初创公司有哪些独特的技术创新？DeepTech 与星环聚能创始人兼 CEO 陈锐通过对技术路径、创新和已有成果的交流，看到了中国核聚变领域的活力以及未来发展可能的新局面。

用原创的技术方案，将“人造太阳”小型化和经济化

星环聚能源于清华大学的科技成果球形托卡马克装置（SUNIST），其选择了一条差异化路线——“Make Tokamaks Simple Again”。它发展了一种独特的重复重联可控聚变运行方案：基于高温超导强磁场小型化核聚变装置，通过磁重联加热的方式，以每次约 6 秒短脉冲的形式让等离子体不断“点燃”并往复做功。“我们公司最核心的目标，就是把这套首创的可控聚变完整运行方案工程化。”陈锐在接受 DeepTech 采访时表示。

图丨陈锐在 EmTech China 2025 演讲（来源：DeepTech）

星环聚能创新性的技术路线方案将装置“缩小”为直径 8 米、高 10 米尺寸，大幅度简化了装置结构，显著降低了核聚变装置的整体建设成本、缩短了建设周期。具体而言，磁重联加热方案大胆地省略了外部一圈加热设备，利用等离子体内部产生磁场，将磁能转换为等离子体的热能，快速而高效地加热等离子体至聚变反应温度。

在等离子体约束方面，传统的托卡马克装置将等离子体加热到高温后，面临温度快速冷却的问题。因此要使其稳定运行，就必须不停加热来维持高温状态。

星环聚能采用类似汽车发动机的多冲程连续工作方式，来替代传统托卡马克追求连续稳定运行的方式。通过一次性把等离子体加热到足够高的温度，只要它能在该温度下发生反应并维持几秒钟，产生的能量已经非常可观。继而停止加热，待自然冷却后再进行下一次加热。这种方案采用连续脉冲的运行方式，巧妙地规避了需要长时间稳定约束等离子体的问题。

对于未来的聚变电站来说，最核心的成本是建设和运维成本。陈锐坦言：“同类型、达到科学能量增益（Q＞1）的核聚变装置成本大概在几十亿到几百亿元之间，而我们方案的建设成本约 10 亿元，为领域提供了一种兼具小型化和经济性的核聚变方案。”

从该公司进展来看，目前其已完成基础研究探索和初步工程验证（小试），并且创造了全球最快的球形托卡马克建设记录——陈锐称当时团队规模是 50 人，他们仅用 279 天“从 0 到 1”完成了第一个小试装置 SUNIST-2 的建设，实现了 1,700 万摄氏度的等离子体温度。在后续的进展中，还将等离子体电流从 100kA 快速提升至 480kA。值得关注的是，仅运行 11 个月就完成了重复重联方案的初步验证。据介绍，这台装置达到了当时国内同类球形托卡马克核聚变装置的最高水平。

在我们的交流中，陈锐多次强调核聚变是一个工程问题，这一点从星环聚能的团队架构上也可得到印证。目前星环聚能团队总人数 170 余人，其中研发团队 140 余人，工程师占大多数比例。而核物理和等离子体物理的科学家团队有 30 多位博士，超过一半来自清华实验室。科学家团队除了解决科学问题和进行研发之外，还有一项重点工作是将聚变的物理问题拆分成具体的工程问题和指标，通过让工程师更好地理解相关工作来提升整体运作效率，包括机械工程、电子工程、强弱电、信息工程和光学等。

目前，该公司正在规划建设中试装置星环一号，以连续稳定地达到聚变反应条件以及实现完全工程验证为核心目标。

图丨星环聚能的小试装置 SUNIST-2（来源：星环聚能）

据了解，目前星环聚能所使用的核聚变燃料是氘和氚，这也是作为一家商业化公司综合考虑的、最具经济性的一种选择。“尽管目前也有其他公司使用氢硼作为核聚变燃料，但我们的原则是‘钢要用在刀刃上’，所以还是选择目前难度最低的氘氚聚变，未来各项技术发展更成熟时再尝试氢硼。”陈锐说。他希望以 10 年为期，将量产聚变电站的总成本控制在百亿元以内。

尽管发展前景很美好，但是不可忽视的一个问题是，核聚变是一个需要长时间和重资金投入的项目。作为商业化公司，如何让企业拥有持续生存的“造血”能力也很重要。星环聚能用“多条腿走路”——通过磁体、核电子学等商业化输出，实现了 2024 年千万元的收入。

谈及中美两国的核聚变“竞赛”，陈锐指出，美国在核聚变领域有很多技术累积和先发优势，但中国近年来在核聚变方面的发展也非常迅猛。“我认为中国在该领域有机会和美国竞争，甚至胜算更大。关键就在于，我们能否像木桶原理那样通过补齐最短的木板，找到一套合适的核聚变工程方案。”

那么，距离真正可发电的核聚变还有多远？根据 FIA 的《2025 年全球聚变行业》报告，预测聚变发电时间集中在 2031-2035 年。期待核聚变领域更多的关键突破和进展，让我们对聚变发电早日成为现实拭目以待。

参考资料：

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

2.https://www.reuters.com/business/energy/helion-energy-starts-construction-nuclear-fusion-plant-power-microsoft-data-2025-07-30/

3.https://www.helionenergy.com/articles/announcing-helions-425m-series-f/

4.https://www.reuters.com/business/energy/us-nuclear-fusion-builders-fired-up-by-big-tech-investments--reeii-2025-09-16/?utm_source=chatgpt.com

5.https://science.house.gov/2025/9/opening-statement-of-chairman-brian-babin-at-energy-subcommittee-hearing?utm_source=chatgpt.com

6.https://tokamakenergy.com/about-us-fusion-energy-high-temperature-superconducting-magnets/

7.https://www.helionenergy.com/articles/helion-energy-achieves-100-million-degrees-celsius-fusion-fuel-temperature-and-confirms-16-month-continuous-operation-of-its-fusion-generator-prototype/?utm_source=chatgpt.com

排版：刘雅坤