“五一”節(jié)后，可控核聚變概念股又迎一波上漲。東方財(cái)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(lián)創(chuàng)光電（600363.SH）、西部超導(dǎo)（688122.SH）、東方電氣（600875.SH）多股跟漲。此后多日，相關(guān)概念股繼續(xù)震蕩上漲。

消息面上，5月1日，合肥緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置（BEST）項(xiàng)目工程總裝工作比原計(jì)劃提前兩個(gè)月啟動(dòng)，力爭(zhēng)在2027年完成項(xiàng)目建設(shè)；4月30日，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）組織宣布，這一由30多國(guó)數(shù)十年共建的“人造太陽(yáng)”已完成其“電磁心臟”——世界最大、最強(qiáng)的脈沖超導(dǎo)電磁體系統(tǒng)的全部組件建造。

因無(wú)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(lái)，各國(guó)都在嘗試將這項(xiàng)技術(shù)用于發(fā)電，但無(wú)一成功?！斑€有50年”成為行業(yè)長(zhǎng)久以來(lái)的玩笑話。而近兩年國(guó)內(nèi)外主流核聚變項(xiàng)目不斷刷新進(jìn)度似乎正在打破這一魔咒。

當(dāng)前，可控核聚變實(shí)際進(jìn)展如何，中國(guó)距發(fā)出“第一度電”還有多久？這一過(guò)程中有哪些難題，行業(yè)正在怎么應(yīng)對(duì)？資本與產(chǎn)業(yè)又將如何實(shí)現(xiàn)同頻共振？

中國(guó)“人造太陽(yáng)”刷新進(jìn)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(huán)氫硼聚變裝置實(shí)現(xiàn)了高溫高密度百萬(wàn)安培（兆安）等離子體電流，超過(guò)太陽(yáng)核心1500萬(wàn)攝氏度的高溫。

新奧“玄龍-50U”球形環(huán)氫硼聚變裝置，拍攝：郭霽瑩

設(shè)計(jì)建造該裝置的公司新奧集團(tuán)是中國(guó)最早開展商用聚變能源開發(fā)的民營(yíng)企業(yè)，自2017年以來(lái)聚變研發(fā)投入達(dá)40億元，是全球研發(fā)投入超2億美元的8家聚變企業(yè)之一，其理想目標(biāo)是在2035年前實(shí)現(xiàn)工程可行性，并將球形環(huán)氫硼聚變推向商業(yè)化。

“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成功解決了電流產(chǎn)生和維持過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，讓等離子體電流達(dá)到1兆安，溫度達(dá)到4000萬(wàn)度。在全球首次實(shí)現(xiàn)兆安級(jí)氫硼等離子體放電，驗(yàn)證了氫硼燃料在磁約束條件下實(shí)現(xiàn)高參數(shù)放電的科學(xué)可行性。”新奧能源研究院院長(zhǎng)劉敏勝近日在接受第一財(cái)經(jīng)等媒體采訪時(shí)表示，國(guó)內(nèi)能做到兆安級(jí)電流的磁約束裝置只有全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST和中核集團(tuán)新一代人造太陽(yáng)“環(huán)流三號(hào)”（HL-3）；細(xì)分到球形環(huán)領(lǐng)域，全球僅玄龍-50U、英國(guó)的MAST-U和美國(guó)NSTX-U三個(gè)球形環(huán)裝置實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。

關(guān)于新奧核聚變的商業(yè)化路線，劉敏勝介紹道，公司計(jì)劃2026年率先在玄龍-50U上實(shí)現(xiàn)氫硼聚變反應(yīng)；到2030年在下一代聚變裝置“和龍-2”實(shí)現(xiàn)全面氫硼熱核聚變；到2035年前實(shí)現(xiàn)工程可行性，將球形環(huán)氫硼聚變推進(jìn)到商業(yè)化。

核聚變是輕原子核結(jié)合成較重原子核并放出巨大能量的過(guò)程，模擬類似太陽(yáng)等恒星以核聚變?cè)戆l(fā)光發(fā)熱。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)可控核聚變主要有三種技術(shù)路線，包括重力場(chǎng)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(jì)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(gè)環(huán)形真空室，外纏線圈，通電時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高溫度，達(dá)到核聚變目的。

相較于傳統(tǒng)托卡馬克（形似輪胎），球形環(huán)更為緊湊?！暗叩暮诵臋C(jī)制都是用等離子體電流實(shí)現(xiàn)等離子體約束，電流越大，裝置整體性能越好?！眲⒚魟僬f(shuō)。

左為傳統(tǒng)托克馬克，右為球形環(huán)，圖片源自普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室

不斷提高參數(shù)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(shí)間的乘積。業(yè)界認(rèn)為，該值達(dá)到10的22次方時(shí)方能達(dá)到點(diǎn)火條件（Q>1），Q>10后則能實(shí)現(xiàn)商用化。放眼全球，各國(guó)正暗自發(fā)力提高參數(shù)，搶發(fā)聚變“第一度電”。

今年，國(guó)內(nèi)可控核聚變項(xiàng)目不斷刷新進(jìn)度，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)主流技術(shù)路線將在2035年進(jìn)入示范階段，2050年左右實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電。

1月末，中國(guó)科學(xué)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(shí)現(xiàn)了上億攝氏度、1066秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行；兩個(gè)月后，中核集團(tuán)環(huán)流三號(hào)在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度，綜合參數(shù)聚變?nèi)朔e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(guò)1億度?！敝泻思瘓F(tuán)核工業(yè)西南物理研究院（簡(jiǎn)稱“585所”）聚變科學(xué)所專家表示，“環(huán)流三號(hào)的成果標(biāo)志著我國(guó)核聚變研究正式挺進(jìn)燃燒實(shí)驗(yàn)階段。”

可控核聚變研究分為六個(gè)階段，原理探索、規(guī)模實(shí)驗(yàn)、燃燒實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)堆、示范堆及商用堆。簡(jiǎn)單講就是在證明理論可行的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證人類有能力實(shí)現(xiàn)，最終在經(jīng)濟(jì)上能接受。585所專家稱，環(huán)流三號(hào)的下一步任務(wù)就是盡快實(shí)現(xiàn)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(cái)經(jīng)記者，前者等離子體運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)突破千秒為核聚變長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行機(jī)制奠定基礎(chǔ)；后者探索出最清潔的聚變方式，并證明球形環(huán)氫硼聚變裝置的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

“以前總開玩笑，實(shí)現(xiàn)可控核聚變是50年后再過(guò)50年，現(xiàn)在看曙光已到眼前。”北京大學(xué)應(yīng)用物理中心特聘研究員康煒說(shuō)。

如何打破“永遠(yuǎn)50年”魔咒

在業(yè)內(nèi)看來(lái)，核聚變“永遠(yuǎn)50年”的說(shuō)法，恰恰反映出其研發(fā)的歷史困境：基礎(chǔ)科學(xué)突破緩慢、工程復(fù)雜度高、資金投入周期長(zhǎng)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授王曉鋼指出，實(shí)現(xiàn)可控核聚變發(fā)電至少面臨三方面技術(shù)挑戰(zhàn)。首先要長(zhǎng)時(shí)間維持等離子體在1億度以上高溫的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；其次，若要實(shí)現(xiàn)為期20年、每天不間斷地受中子轟擊的商業(yè)化運(yùn)行，也對(duì)聚變裝置材料的性能提出很高要求。另外他強(qiáng)調(diào)，氚的自持問(wèn)題也比較嚴(yán)峻。

聚變?nèi)剂下窂蕉嘣?，其中氘氚最易?shí)現(xiàn)。但缺點(diǎn)是氚產(chǎn)量低、價(jià)格高且面臨強(qiáng)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(chǎn)。也就是在聚變堆中設(shè)計(jì)一個(gè)“氚工廠”，讓聚變產(chǎn)生的中子轟擊鋰6產(chǎn)生氚。但中子以極高能量撞擊反應(yīng)堆內(nèi)壁，會(huì)造成內(nèi)壁材料受損，需定期更換，且內(nèi)壁還將帶有放射性，又要考慮廢物處置和輻射安全問(wèn)題?！拔覀儸F(xiàn)在處理幾克用于實(shí)驗(yàn)的氚比較有把握，未來(lái)如何處理幾公斤的還在研究?！蓖鯐凿撜f(shuō)。

EAST裝置主機(jī)結(jié)構(gòu)，圖片源自等離子體所

行業(yè)認(rèn)為，隨著高溫超導(dǎo)磁體等技術(shù)進(jìn)步加速、國(guó)內(nèi)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(yuǎn)50年”進(jìn)入“10-20年”窗口期，商業(yè)公司的高效運(yùn)作或?qū)⑦M(jìn)一步縮短時(shí)間。

新奧在燃料上另辟蹊徑，瞄準(zhǔn)氫硼聚變商業(yè)化。劉敏勝介紹，氫硼聚變具備工程可行性優(yōu)勢(shì)，反應(yīng)產(chǎn)物不具有放射性，能解決核廢料處理問(wèn)題；商業(yè)化方面也不必?fù)?dān)心原料問(wèn)題，自然界中氫、硼儲(chǔ)量豐富且易獲取。

唯一問(wèn)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(shù)十倍，短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)難度較大。

新奧聚變首席科學(xué)家彭元?jiǎng)P和新奧聚變實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家石躍江二人表示，公司擬通過(guò)技術(shù)協(xié)同，結(jié)合球形環(huán)的高物理特性和人工智能優(yōu)化控制，縮短實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證周期。他們告訴記者，相比于傳統(tǒng)托卡馬克裝置，球形環(huán)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，建造和更新迭代更快，因此球形環(huán)氫硼聚變有望快速驗(yàn)證商業(yè)化可行性。

彭、石二人稱，高溫超導(dǎo)磁體的出現(xiàn)亦有望大幅提高磁場(chǎng)使用和裝置設(shè)計(jì)效率。超導(dǎo)材料零電阻屬性是保證托卡馬克磁體長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、防止被燒毀的關(guān)鍵，主要分為低溫和高溫超導(dǎo)材料兩種?！案邷亍辈牧蠋?lái)的更強(qiáng)磁場(chǎng)，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(shù)迭代周期。

“現(xiàn)在高溫超導(dǎo)材料不僅應(yīng)用在聚變領(lǐng)域，已逐漸大規(guī)模轉(zhuǎn)向工業(yè)應(yīng)用，需求量大才能把價(jià)格降下來(lái)。”康煒認(rèn)為，這將使相關(guān)裝置建造成本和應(yīng)用得到極大豐富。2022年，美國(guó)CFS公司開建“SPARC”高溫超導(dǎo)托卡馬克，其目標(biāo)是交付一個(gè)商用聚變發(fā)電廠。

人工智能的爆發(fā)也推了核聚變一把?？禑?lè)Q，等離子體運(yùn)行十分復(fù)雜，需要同時(shí)控制大量可調(diào)參數(shù)。以往科研人員都是憑借經(jīng)驗(yàn)甚至想象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果上作進(jìn)一步優(yōu)化，但每個(gè)人單次可調(diào)整的實(shí)驗(yàn)參數(shù)極為有限。AI的出現(xiàn)可以協(xié)調(diào)多種參數(shù)組合，加速科研人員控制的可行性，打破了聚變實(shí)驗(yàn)控制的傳統(tǒng)范式。

萬(wàn)億投資的想象空間

在人工智能發(fā)展對(duì)電力需求激增以及能源安全重要性不斷上升的當(dāng)下，核聚變正在引發(fā)產(chǎn)業(yè)和資本的共振。據(jù)核聚變行業(yè)協(xié)會(huì)（FIA）《2024年全球聚變行業(yè)報(bào)告》報(bào)告，去年全球核聚變公司數(shù)量已從2022年的33家增長(zhǎng)至45家，核聚變產(chǎn)業(yè)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(lái)自私營(yíng)資本。

目前，中國(guó)在核聚變研究上形成了三股主要力量：市場(chǎng)化資本支持下于2021年成立的初創(chuàng)企業(yè)能量奇點(diǎn)和星環(huán)聚能，至今合計(jì)募資十多億元；等離子體所與585所帶領(lǐng)的兩支“國(guó)家隊(duì)”，在2023年加速啟程；以及已在核聚變領(lǐng)域投資40億元、計(jì)劃未來(lái)五年投資近百億的民營(yíng)企業(yè)新奧集團(tuán)。

隨著2023年國(guó)務(wù)院國(guó)資委明確將可控核聚變視為未來(lái)能源的唯一方向，資本加速涌入。該年底，由中核集團(tuán)牽頭，聯(lián)合24家央企、科研院所、高校等組成可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體，正式揭牌中國(guó)聚變能源有限公司，并發(fā)布了第一批未來(lái)能源關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)任務(wù)。這家公司在今年2月獲得中國(guó)核電（601985.SH）、浙能電力（600023.SH）兩家國(guó)資合計(jì)17.5億元投資。4月1日，上海未來(lái)產(chǎn)業(yè)基金也宣布擬戰(zhàn)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(gè)人類文明的發(fā)展方向。2020年開始海外‘老錢’就已大舉進(jìn)入，這種關(guān)鍵賽道我們必須緊緊跟上。”可控核聚變項(xiàng)目投資人楊逍告訴第一財(cái)經(jīng)記者，國(guó)內(nèi)能做可控核聚變的團(tuán)隊(duì)不多，行業(yè)門檻高也是機(jī)構(gòu)投資該賽道的考量之一，“遇到合適團(tuán)隊(duì)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(chǎng)景，在醫(yī)療輻照、核醫(yī)學(xué)各方面都有明顯進(jìn)展?！安灰欢ㄖ竿罱K實(shí)現(xiàn)多大的發(fā)電功率或貢獻(xiàn)多少電能，只要裝置能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，短期就能有一些收益?！?/p>

核聚變行業(yè)催化不斷，供應(yīng)鏈也隨之而動(dòng)。楊逍舉例稱，ITER尚未造好，卻已促成了為其供貨的西部超導(dǎo)的成長(zhǎng)。該公司是西北有色金屬研究院為ITER項(xiàng)目供貨在2003年成立的低溫超導(dǎo)線材生產(chǎn)企業(yè)，2014年登陸新三板，2019年再登科創(chuàng)板。其超導(dǎo)材料業(yè)務(wù)現(xiàn)已拓展至醫(yī)療、半導(dǎo)體、風(fēng)電、光伏等領(lǐng)域，為西門子等公司供貨。

中信證券年初預(yù)計(jì)，2030至2035年間全球核聚變裝置市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)2.26萬(wàn)億元，其中高溫超導(dǎo)帶材及真空室內(nèi)的第一壁、偏濾器等部件具備較大投資價(jià)值。

不過(guò)，實(shí)驗(yàn)科研階段和產(chǎn)品量產(chǎn)之間仍有難以預(yù)估的鴻溝。近兩年可控核聚變概念股因多則利好消息經(jīng)歷多輪異動(dòng)。去年11月，弘訊科技（603015.SH）股價(jià)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(chǎn)研發(fā)核聚變整機(jī)裝置，而是為核聚變裝置提供具有高動(dòng)態(tài)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(yè)務(wù)占主營(yíng)業(yè)務(wù)收入比重較小，2024年預(yù)計(jì)僅占2%，對(duì)短期業(yè)績(jī)影響有限。

（文中楊逍為化名）

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