核聚变发展委员会：《核聚变，确保21 世纪美国的主导地位的关键技术》

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来源：欧米伽未来研究所2025

简要综述

《核聚变，确保21 世纪美国的主导地位的关键技术》由美国核聚变能源规模发展委员会发布，聚焦美国核聚变能源发展，核心在于强调核聚变对美国的重要性，为美国制定发展战略和行动方案。

委员会联合主席序言

今天，作为核聚变能源规模发展委员会的联合主席，我们特此强调核聚变能源有望成为美国未来能源基石的巨大潜力。核聚变能源，这一为太阳提供能量的过程，具有重塑全球能源格局、巩固美国在 21 世纪领导地位的变革性力量。利用核聚变产生电能和工艺热能，将是改变游戏规则的关键：它本质安全、稳定可靠、清洁环保，并且在国内电力需求迅速增长的当下，能够增强美国电网的韧性和可靠性。

当下采取的行动能够加速核聚变商业化进程，使该技术最早在未来十年实现规模化应用。核聚变能源为美国提供了实现能源独立、提升技术经济竞争力的独特机遇。尤其是随着人工智能（AI）的发展，以及各行业电气化程度的不断提高，美国的能源需求正攀升至前所未有的水平，这一机遇显得更为珍贵。

掌握这些革命性技术，不仅能够加强美国的能源安全，还将推动能源、国防、超级计算等主要增长领域的创新与生产力提升。鉴于中国在核聚变研发领域投入巨额资金，美国必须果断行动，以保持竞争优势，确保在这场制定行业标准、占领全球核聚变技术市场的竞赛中，获胜的是我们，而不是对手或国际竞争者。

美国的创新能力已多次证明，特别是在长期战略和公私合作的推动下，看似难以逾越的问题也能迎刃而解。我们攻克了多种疾病，将人类送上了月球，还建造了为美国西部供电的水电站大坝。

如今，我们比以往任何时候都更接近在地球上利用恒星的能量。实现核聚变能源的商业化，需要跨部门的合作，以应对科学、监管和后勤方面的挑战。制定协调一致的国家战略，充分发挥美国自由企业制度的力量，是美国向世界提供核聚变能源的必由之路。

本委员会的工作目标，是为美国实现大规模核聚变商业发电规划清晰的路线。我们感谢每一位委员贡献的时间和专业知识，并期待看到提出的建议，为美国核聚变发展指明方向。

核聚变能源的未来意义

核聚变能源有望让人类在地球上利用并驾驭恒星的能量。核聚变是将轻原子核（通常是氢的同位素）置于高温高压之下，使其合并成新的元素，释放出巨大的能量。几十年来，科学家和工程师们一直在探索各种技术途径来攻克这一难题。大多数方法涉及到使用磁铁、激光，或两者的某种组合。2022 年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们，通过释放出比反应输入更多的能量，实现了 “点火”，证明了核聚变的科学可行性。

核聚变的燃料来源丰富，不受稀缺性或地理条件的限制。这为 21 世纪开启了一种全新、安全的能源生产方式。当核聚变装置接入美国电网，核聚变能源将成为国家实力的源泉。它能够推动人工智能驱动的经济发展，保障国内能源安全，并重塑能源地缘政治格局，使先发国家获得显著优势。核聚变的巨大潜力，正推动着全球范围内实现核聚变能源的努力。特别是美国的竞争对手中国，在为核聚变商业化快速发展奠定基础方面，已经取得了显著进展。

核聚变能源可以提供支持人工智能、回迁制造业和其他高耗能技术发展所需的大量可靠电力。随着人工智能超大规模数据中心，越来越多地寻求稳定的能源技术为其计算基础设施供电，在未来十年，核聚变能源可以与先进核反应堆、地热能等其他能源一起，满足这些不断增长的能源需求。

核聚变能源还可以带来变革性的经济增长，降低消费者的能源成本。预计到 2050 年，仅核聚变能源市场规模就将超过 1 万亿美元。核聚变与人工智能相结合，将为美国的技术经济实力打造强大的驱动力。人工智能已经在加速核聚变发展中发挥了关键作用，推动了物理学、材料科学以及激光和磁体技术的突破，催生了蓬勃发展的初创企业生态系统。随着人工智能能力的不断提升，它将继续加速核聚变研发。一旦核聚变发电厂投入使用，将为下一代人工智能模型提供动力，进一步巩固美国在人工智能领域的领先地位。最后，核聚变的支撑技术有望在整个经济领域创造就业机会，并推动航空航天、国防、医学等领域的创新。

除了经济效益，核聚变能源还可能重新定义全球地缘政治。那些能够自主发展核聚变能源的国家，将能够抵御与其他能源相关的地缘政治压力和供应链问题，而出口核聚变技术将带来地缘政治优势。核聚变的燃料来源可能来自海水、锂等广泛存在的资源，为实现能源独立开辟新途径。最后，核聚变还可以支持先进的国防技术，推动核储备管理的创新，为军事和太空设施提供潜在动力，并有助于维持整体技术优势。

经过联邦政府数十年对基础研究的投资，美国科学家现已证明核聚变是可行的。不断增长的能源需求、近期的技术突破，以及能源市场动态的变化，为核聚变能源的发展创造了独特机遇。对核聚变的重大投入，有望确保美国在未来几十年继续保持技术超级大国的地位。

全球核聚变竞赛美国核聚变发展现状

自曼哈顿计划以来，美国在核聚变能源科学领域一直处于世界领先地位。美国的大学不断吸引着全球顶尖人才，其中许多人创立了如今领先的核聚变公司。美国国家实验室率先证明了核聚变的科学可行性。然而，尽管拥有卓越的科学传统，但在核聚变从实验科学向商业现实的转变过程中，美国却准备不足。

要在具有竞争力的时间内实现核聚变能源的应用，仅仅克服关键科学障碍是不够的。这需要一种与美国目前截然不同的策略，即优先考虑商业化，并优化美国在核聚变领域的投入。尽管近年来美国在战略、基础设施和投资方面取得了进展，但这些进展不足以在竞争中充分发挥核聚变能源的潜力。对美国核聚变发展现状的评估显示：

战略：尽管美国近期的战略举措，如 2022 年的 “大胆十年愿景”，致力于推动核聚变商业化，但在将宏伟目标转化为紧迫、具体、可执行的政策和计划方面仍有不足。美国能源部 2024 年核聚变能源战略侧重于三个支柱：缩小试点工厂的技术差距、实现可持续部署，以及建立外部合作伙伴关系。以美国国家航空航天局商业轨道运输服务（COTS）计划为蓝本的 “基于里程碑的核聚变发展计划”，试图通过设定离散的技术里程碑来降低投资风险，获取政府资金。其他计划还包括核聚变创新研究引擎（FIRE）合作项目，为私营公司提供无法自行开发的测试基础设施；核聚变能源创新网络（INFUSE），提供技术和资金支持；以及最近的私营设施研究（PFR）计划，允许在私营核聚变设施进行公共研究。然而，这些项目的拨款低于国会授权水平。由于未能实施许多战略文件，如美国能源部核聚变长期规划中提出的关键建议，导致美国核聚变生态系统不完善，而中国正迅速填补这些空白。

科学突破：2022 年 12 月，经过十年的艰苦努力，美国国家点火装置（NIF）的科学家们实现了长期追求的里程碑，即核聚变反应产生的能量超过了用于引发反应的激光能量（Q>1）。事实上，核聚变过程本身成为了核聚变燃料的主要热源，标志着真正的点火。自那以后，NIF 的科学家们多次实现点火，而其他装置尚未成功复制这一成果。NIF 的突破标志着商业核聚变竞赛的开始，但前方仍面临许多科学和工程挑战。科学界已经确定了一系列研发基础设施，通过前期投资，将有助于解决这些挑战，释放核聚变的经济潜力。关键障碍包括维持和稳定燃烧的等离子体、提高能量增益、开发能够承受辐射和极端高温的组件，以及培育和回收氚以作为反应燃料。除了硬件和基础设施，美国在等离子体的计算机模拟方面也取得了显著进展，且大多成果来自美国。模拟推动了新概念的发明，例如普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的球形托卡马克 NSTX-U。美国还在多个核聚变领域应用人工智能，包括 PPPL 的人工智能平台，用于实时预测和防止等离子体不稳定性。先进模拟和人工智能的结合，有望进一步加速优化核聚变设计的开发，显著加快实现实用核聚变能源的进程。

供应链：尽管美国核聚变供应链仍不发达，但主要挑战集中在对长期采购承诺的可见性有限（这将决定所需的供应链），以及专业技能短缺。虽然核聚变装置对原材料的依赖程度低于太阳能、风能或电池行业，但它们对某些特种部件（通常从中国采购）的依赖仍然存在风险。如果没有更强烈的需求信号，以及更强大的国内加工和制造能力，美国可能会将核聚变供应链的主导权让给中国。

基础设施发展：甚至在实现点火里程碑之前，美国能源部就已根据行业意见发布了一份路线图，概述了商业核聚变所需的基础设施。然而，随着时间的推移，中国正在建设美国曾经设想的基础设施，而美国由于缺乏资金、权威结构和协调领导，至今未能实施。

公私资金投入：2024 年，美国国会为美国能源部核聚变能源科学（FES）计划拨款 7.9 亿美元，过去五年的平均拨款为 7.28 亿美元，其中大部分用于支持国际热核聚变实验堆（ITER）等传统项目，ITER 是一个旨在建造大型托卡马克装置的国际合作项目。美国能源部支持一些侧重于核聚变商业化的项目，但这些项目的资金并未完全到位。此外，2024 年美国国内核聚变能源项目共获得 2.3 亿美元资金，而美国对 ITER 的资助为 2.4 亿美元。实际上，实现点火的政府资金并非来自美国能源部的核聚变科学任务，而是美国国家核安全管理局（NNSA）在核武器储备管理任务支出中的附带收益。最重要的是，美国培育了一流的私营核聚变产业，全球 45 家活跃的核聚变公司中有 25 家设在美国，在过去十年里，美国吸引了全球 90 多亿美元私营核聚变投资中的 60 多亿美元。然而，中国对核聚变商业化的公共支持仍超过美国。

中国核聚变发展现状

中国已成为全球核聚变能源发展的主导力量，在多个方面超越了美国。中国的核聚变发展策略包括建设先进的基础设施、推动科学突破，并努力在全球核聚变能源供应链中占据主导地位。

战略：中国对追赶核聚变发展的决心，体现在其对核聚变研发的资金投入，以及在其他硬件密集型技术领域创新模式的成功。中国已经在构建涵盖核聚变发展各个阶段的基础设施路线图。此外，目前中国的许多核聚变活动在省级层面开展，北京的自上而下协调相对有限。如果核聚变能源在 2025 年底发布的中国 “十五五” 规划中占据更重要的位置，这将转化为更强有力的政策指令，推动核聚变技术的进步。

科学突破：没有证据表明中国已通过惯性约束（即基于激光）的方法实现点火，像 2022 年劳伦斯利弗莫尔国家实验室那样，并且中国的核聚变生态系统在激光核聚变和等离子体物理方面仍落后于美国。然而，中国正在大力押注磁约束核聚变，并相应地调配资源，即使没有北京的全面支持。2025 年，东方超环（EAST）托卡马克创造了新的记录，实现了托卡马克装置最长时间的等离子体放电。他们的下一个项目 —— 未来聚变实验装置（BEST），计划于 2027 年开始运行。此外，中国培养的核聚变领域博士毕业生数量是美国的十倍，2023 年中国申请的核聚变专利数量也超过了美国。尽管中国在核聚变模拟或人工智能在核聚变中的应用方面尚未取得重大突破，但这种情况极有可能改变。

基础设施发展：中国正在建设一套全面的核聚变商业化基础设施。项目包括造价 7 亿美元的核聚变技术综合研究设施（CRAFT）园区，将于 2025 年底竣工；以及中国聚变工程试验堆（CFETR），目标是在 2030 年代初实现千兆瓦级的核聚变功率输出，能量增益超过 30。2023 年底，两家国有企业宣布联合在江西建设一座 100 兆瓦的聚变 - 裂变混合反应堆。此外，研究人员表示，计划到 2030 年使用拟建的 Z 箍缩聚变 - 裂变混合反应堆实现单次 100 兆焦的能量输出。最近有报道称，中国正在绵阳建设一个类似美国国家点火装置（NIF）的核聚变研究设施。一个激光功率显著更高的 NIF 式装置，可能能够通过多种实验实现点火。

供应链：中国正在打造未来的核聚变供应链。中国借鉴了其在太阳能面板市场的成功策略，通过持续的政府支持、规模经济和迭代技术进步，推动核聚变的商业部署。中国不仅在研究方面取得进展，还通过获取关键材料和部件，努力控制核聚变供应链的部分环节。核聚变供应链的某些部分可能会受到中国的控制。例如，钨是用于内衬核聚变装置内壁的主要候选材料，中国控制着全球一半以上的钨储量，并且生产全球 80% 的钨供应。此外，中国还有可能接管用于核聚变发生器的高功率半导体供应链，这是一些核聚变公司的主要需求。

公私资金投入：尽管美国在私营核聚变投资方面领先，但中国已经建立了更一体化的资金生态系统。据报道，中国政府去年在核聚变领域投资约 15 亿美元（是美国的两倍），中国核聚变企业的股权融资总额达到 24.9 亿美元。

中国在研发方面投入大量资金，不仅是为了在能源领域领先，也是为了推动其在人工智能、先进制造和军事创新等领域的全球主导地位。随着中国对稀土矿产的控制加强，以及在关键能源供应链中的影响力不断扩大，中国有望超越美国，重新定义全球权力平衡。

美国不能跟随，必须引领。只有美国具备创业精神和科学人才，能够将核聚变从科学突破转化为商业现实。

其他主要参与者

美国和中国并非唯一致力于开发商业核聚变的国家。以下国家也已成为关键参与者：

英国：专注于开发核聚变发电厂，以球形托卡马克能源生产（STEP）计划为代表，并在监管和资金方面为创新提供有力支持。这一战略在很大程度上依赖于普林斯顿的国家球形托卡马克实验升级装置（NSTX-U）实现良好的核聚变性能，美英在该技术上的紧密合作协议就是证明。英国也是迄今为止最成功的实验托卡马克装置 —— 欧洲联合环（JET）的所在地，该装置于 2023 年 12 月停止运行。

欧盟：优先开展大规模核聚变研究和示范项目，包括对位于法国的国际热核聚变实验堆（ITER）的重大贡献，以及计划中的示范发电厂（DEMO）项目。法国还拥有稳态钨环境托卡马克（WEST）反应堆，其等离子体放电时间超过了 EAST，尽管温度较低。世界上最大的仿星器（另一种磁约束方法）是德国马克斯・普朗克研究所的文德尔施泰因 7-X 反应堆。

日本：专注于先进核聚变技术的开发，开展了 JT-60SA 和先进超导托卡马克核聚变（FAST）等项目，目标是在 2030 年代实现核聚变发电示范。

韩国：在高温等离子体研究和长约束时间方面表现出色，以韩国超导托卡马克先进研究装置（KSTAR）为代表，并在其核聚变发展路线图上投入大量资金。

俄罗斯：侧重于聚变 - 裂变混合技术，以及利用 T-15MD 托卡马克进行实验等离子体研究，不过其全球合作相对有限。

聚焦：国际机合作制

到目前为止，有几种机制塑造了国际核聚变合作：

多边科学合作：国际热核聚变实验堆（ITER）是国际核聚变科学合作的基石，它汇聚了 35 个国家，共同建造世界上最大的托卡马克装置及配套基础设施。国际原子能机构（IAEA）通过提供技术援助、安全标准和包括核聚变在内的核能信息共享平台，对这一工作起到了补充作用。

双边合作：美国最近与英国和日本的合作，重点在于共享设施、协调法规，以及增强供应链弹性。这些合作可以加快进展、降低成本，并抵消中国的一体化发展模式带来的影响。

公私合作：像京都核聚变公司与 In-Q-Tel 的合作，以及英美两国 5140 万美元的托卡马克能源项目等公私合作案例，凸显了私营部门在推动国际合作中日益重要的作用。这些举措有望促进知识交流、分担大量开发成本，并塑造标准和安全协议。

虽然许多国家都为核聚变生态系统做出了贡献，但美国和中国将塑造这项变革性技术的未来。为了保持优势，美国必须制定战略，增强国内能力，并与志同道合的国家建立战略伙伴关系，以引领核聚变竞赛。

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