可控核聚变
引言
"清洁"、"安全"、"无限"，核聚变被认为是人类能源的终极解决方案。1克聚变物质可以释放9万千瓦时的电力… …
随着全球对清洁能源需求的不断增长，核聚变作为未来能源的终极解决方案之一，正受到越来越多的关注。
根据聚变行业协会（Fusion Industry Association，FIA）《2024年全球聚变行业报告》，聚变产业从2021年至2024年已累计吸引了超过71亿美元的投资，2024年新增9亿美元投资，其中政府资助增加至4.26亿美元、增幅57%；全球范围内的私营聚变公司也随之增加到45家，其中美国占据主导地位、有25家；其次是英国、德国、日本和中国等国家。
根据国际原子能机构（IAEA）发布的数据，截至2024年，全球在运营的核聚变装置有102座，在建核聚变装置有16座，计划建设的装置则有48座。其中，公用事业机构旗下的核聚变装置总数为115座、私营公司主导的核聚变装置总数为51座，中国、法国、美国、英国、德国、日本、俄罗斯、韩国、加拿大、荷兰、印度等国家都拥有核聚变试验装置。
2024年，公-公合作、公-私合作均迎来了跨越式式发展。公-公合作方面，日本成立聚变产业委员会J-Fusion、欧洲成立核聚变协会；继2023年英美确立聚变能源战略伙伴关系后，2月英国和加拿大在聚变能源方面确认新伙伴关系；4月美国DOE与日本文部科学省建立战略伙伴关系。公-私合作方面，值得注意的有美国里程碑核聚变开发计划（Milestone-based fusion development program）、德国政府的新“核聚变2040”计划（new "Fusion 2040"）、日本政府的新“核聚变登月”目标（new "Fusion Moonshot goal"）、英国政府的新“核聚变未来”计划(new "Fusion Futures" program)，拟投资于关键技术提供商。根据这些计划，公-私合作陆续开展，EUROfusion和Fusion for Energy（F4E）联合推出欧洲聚变技术市场平台，英国TE公司与英国、美国政府将在ST40升级、首个聚变能源创新项目LEAPS两个项目展开合作，国际组织ITER也宣布了它对公私合作伙伴关系的兴趣，并打算直接与私营聚变公司分享知识。
国内外在核聚变研究领域均取得了显著进展，商业化进程也在加速推进。
2025年以来，中国全超导托卡马克装置EAST实现1亿度等离子体持续运行1066秒，再次创造托卡马克装置高约束模运行新的世界纪录；新一代装置“中国环流三号”（HL-3）首次实现离子温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”参数水平，标志着中国可控核聚变向工程化应用迈出重要一步，随后“中国环流三号”再次创下我国聚变装置运行新纪录——实现百万安培亿度高约束模（H模），即装置同时实现等离子体电流100万安培、离子温度1亿度、高约束模式运行，综合参数聚变三乘积再创新高，达到10的20次方量级；能量奇点自主研制的大孔径强场磁体——经天磁体成功完成了首轮通流实验，产生了高达21.7特斯拉的磁场，创下大孔径高温超导D形磁体最高磁场纪录；BEST项目工程总装正式启动，2027年建成后将会成为世界首个紧凑型聚变能实验装置。
国际方面，法国WEST装置成功将氢等离子体维持1337秒，加热功率高达2兆瓦；美国Helion Energy公司计划2028年在华盛顿建成全球首座50MW聚变电厂；美国CFS公司SPARC装置超50%环向场磁体完工、目标2026年实现等离子体运行，ARC商业堆选址完成、设计供电15万户；德国Proxima Fusion公司推出全球首个“Stellaris”仿星器核聚变电厂概念设计；英国STEP项目公布建设和工程合作伙伴名单，标志着STEP项目进入了新的阶段。
每一步，都在强化着几十年的技术突破和积累，都在完善着核聚变的伟大图景。
已故苏联物理学家、托卡马克装置发明人之一的列夫•阿尔茨莫维奇(Lev Artsimovich)说过：当社会需要核聚变时，核聚变就会准备好。
应用案例
可控核聚变项目——美国Commonwealth Fusion Systems公司
美国CFS公司使用高温超导带材绕制大口径、20T的强磁场磁体，将应用于SPARC、ARC超导核聚变等，第一阶段磁体已于2021年9月宣布测试成功。
上海超导已为该项目批量提供超过一百余公里采用30微米超薄基带的高性能高温超导带材，用于聚变导体和磁体研制。
可控核聚变项目——英国Tokamak Energy公司
托卡马克能源公司ST-40球形托克马克反应堆于2022年3月实现1亿摄氏度的温度，成为商业化核聚变研究的重要里程碑。
上海超导与英国TE公司进行深度合作，于2017-2020年间分批陆续供应宽幅高性能高温超导带材，用于强场磁体研制及超导可控核聚变。
洪荒70装置、21.7T经天磁体——能量奇点
能量奇点于2024年6月成功实现全球首台全高温超导磁约束聚变装置——洪荒70的等离子体放电，在全球范围内率先完成了高温超导托卡马克的工程可行性验证。2025年3月，能量奇点经天磁体成功完成首轮通流实验，磁场强度达21.7T，创下目前大孔径高温超导D形磁体最高磁场纪录。
上海超导与能量奇点紧密合作，建立了良好的合作模式，并作为核心材料供应商，为洪荒70装置、经天磁体提供全部的高性能高温超导带材。
可控核聚变项目——星环聚能
星环聚能于2023年成功研制了D形高温超导磁体原理样机，磁体内最高场强达18T。2024年，星环聚能自主开发了高温超导磁体运行监控及保护系统，SH-150亥姆霍兹磁体可提供孔径150 mm的均匀磁场，为第一饼聚变级球形托卡马克环向磁体的制造和测试打下基础。
上海超导与星环聚能紧密合作，已向其批量供应高性能高温超导带材，用于高温超导线圈绕制。
国内首根百米级高载流高温超导导体——南方电网
2025年10月，南方电网成功研制基于CORC（圆芯电缆）与TSTC（堆叠电缆）两种子缆结构的两根百米级大电流高温超导导体，并通过测试与验收。在液氮温度自场下载流量达到20千安，在液氦温度15特斯拉磁场下载流量超过50千安，以“长度最长、载流量最高”的优势刷新高温超导大电流导体技术纪录，标志着我国百米级的大电流高温超导导体研究获得了成功。
上海超导与南方电网紧密合作，为该项目提供了项目所需的全部高温超导材料，在子缆和导体的研究工作中发挥了重要支撑作用。
80kA高电流高温超导导体——中科院等离子体所
2026年，中国科学院等离子体物理研究所及其联合研究团队成功研制出一根长2.8米的大电流高温超导CICC导体，并顺利在瑞士SULTAN完成测试。该CICC导体使用的全部REBCO高温超导带材均由上海超导提供，再次验证了上海超导的带材产品在聚变工况下依然保持稳定、可靠的优异性能。
在80 kA电流、10.85 T背景磁场下，该CICC导体经过多次电磁循环测试后，其对应的分流温度仅下降1.3%，并在后续循环测试中保持稳定（对应电磁负载约830 kN/m），展现出对高电磁负载具有优异的耐受性。值得关注的是，这是当前公开文献中首个在830 kN/m电磁负载下可稳定工作的堆叠型CICC导体实例，为未来强场聚变磁体的工程化发展提供了宝贵实验参考。
