關注核聚變領域多年了,從基礎等離子體研究到工程化落地,一路看下來,當下全球核聚變競賽的核心,始終集中在中美兩國,而雙方的發展邏輯、項目布局與工程推進,早已走出了截然不同的路徑。
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南生認為:想要看清這場終極能源的角逐,不能只停留在工程建設快慢的表層對比,更要深入項目本質、技術參數、工程節點與產業鏈底層邏輯,這些才是衡量技術實力與未來潛力的關鍵。
先從兩國實驗堆的核心建設主體說起,這是理解整個格局的基礎。
美國核聚變實驗堆的推進,完全以私營企業為核心驅動力,政府并未牽頭建設自主可控的國家級大型實驗堆,更多是扮演政策扶持、資金補貼與監管簡化的角色。
這種模式下,私營企業依托高校技術沉淀與資本市場融資,走輕量化、快節奏的工程路線,目標直指快速實現凈能量增益,搶占行業先發優勢。
其中,最具代表性、也是全球進度最快的,便是麻省理工學院技術衍生的Commonwealth Fusion Systems(CFS)公司打造的SPARC緊湊型高溫超導托卡馬克實驗堆。
SPARC并非停留在圖紙上的概念方案,而是進入實質工程安裝階段的落地項目,該裝置采用緊湊型設計,依托REBCO高溫超導帶材打造20特斯拉強磁場,裝置半徑僅1.85米,設計能量增益比Q值≥2。
核心目標就是驗證“核聚變凈能量輸出”的可行性,按照目前的工程節奏判斷,這也是“當今世界最有可能率先實現聚變凈能量輸出的實驗堆”。按照美媒的報道:
SPARC的土建廠房于2024年全部完工,2025年進入核心設備安裝周期,2026年初開始完成多臺環向超導磁體的吊裝與調試。截至2026年4月,整體裝置裝配進度已超65%,核心部件無重大技術瓶頸。
按照既定工序推進,預計在2026年底就可實現整機裝配完成,2027年上半年開展首次等離子體放電實驗,2027至2028年正式開展凈能量增益驗證。
除SPARC之外,美國Helion、TAE等企業也布局了不同技術路線的實驗裝置,但均處于等離子體驗證或核心部件測試階段,工程化進度與SPARC存在明顯差距,暫未進入第一梯隊。
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中國的核聚變實驗堆布局,則采用國家隊主導、雙梯次推進的模式,私營企業作為技術補充,全程圍繞全鏈條自主可控、穩步工程化、長遠商業化的目標推進,沒有盲目追求短期速度,更注重技術可靠性與長周期運行能力。
國內核心實驗堆項目分為兩大板塊,均為國家層面重點規劃的工程項目,技術研發與工程落地同步推進,每一步都有清晰的科研與工程目標。
第一大核心項目是BEST緊湊型聚變實驗堆,由中科院等離子體所牽頭建設,選址合肥,是我國對標國際前沿緊湊型聚變裝置、加速聚變工程化驗證的關鍵項目。
該裝置同樣采用全高溫超導托卡馬克技術路線,設計磁場強度12-15特斯拉,裝置規模相較于SPARC更為適中,研發側重點并非單純追求凈能量增益,更兼顧長脈沖穩態運行與高約束等離子體調控,為后續商用堆的持續發電奠定技術基礎。
工程進展方面,BEST已于2025年10月完成主機杜瓦底座吊裝,整體土建工程全面收尾,2026年進入核心部件總裝階段,超導磁體、真空室、射頻加熱系統等關鍵核心部件均實現國產化研制。
正分批進場安裝調試,整體建設進度“略滯后于美國SPARC”,預計2027年底完成整機建設,后續開展等離子體調試與凈能量增益驗證,兩者的時間差距大致在半年至一年——這不是我國技術不行,而是兩國研發重心不一樣,節奏自然不同。
第二大板塊則是國家層面規劃的大型聚變工程實驗堆CFEDR,這是我國著眼于核聚變商業化落地的核心大科學工程,目標是驗證氚自持、長脈沖穩態運行、兆瓦級能量輸出等商用堆核心關鍵技術,裝置規模與技術復雜度遠高于緊湊型實驗堆,直接銜接后續商用聚變堆的建設。
該項目目前已完成核心設計方案,2026年進入關鍵設備招標與研制階段,尚未開展大規模土建施工,規劃建設周期更長,預計2035年左右完成建設并投入運行,是我國核聚變從實驗研究走向商業化應用的核心樞紐。
除此之外,我國已投運的EAST東方超環、環流三號等實驗裝置,持續在長脈沖穩態運行、高約束等離子體調控等領域突破技術極限,此前實現的1.5億攝氏度1337秒穩態運行,均為后續實驗堆建設提供了扎實的科研數據與工程經驗。
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值得關注的是,即便美國SPARC有望成為全球首個建成并實現凈能量增益的聚變實驗堆,但它的核心供應鏈存在難以規避的短板——這一短板恰恰掌握在中國手中。
核聚變實驗堆的核心是高溫超導磁體,磁體的核心原材料則為REBCO高溫超導帶材,SPARC項目所需的近600公里超導帶材,超90%依賴中國上海超導等企業供應。
美國本土超導帶材企業產能極低,年產能僅數十公里,完全無法滿足項目需求,歐洲、日本同類產品則存在產能不足、交付周期長、成本偏高的問題,根本無法匹配SPARC的快速工程推進節奏。
除此之外,聚變堆第一壁與偏濾器所需的鎢材料,中國占據全球80%以上的產能,超導帶材生產必備的稀土釔等原料,美國對外依存度超94%,且主要來源就是中國。
低活化鋼、高純鈹材等關鍵結構與功能材料,美國也高度依賴中國的供應鏈與加工技術。也就是說:美國在核聚變領域的優勢,僅集中在裝置設計、系統集成與控制軟件層面,上游核心原材料與關鍵基礎材料的供應,始終依賴中國。
縱觀中美兩國核聚變實驗堆的建設格局,雙方走的是兩條截然不同的技術路徑:美國依托私營資本與靈活機制,以速度為核心,搶先沖擊凈能量增益的技術節點,但產業鏈上游存在致命短板,核心材料高度依賴外部供應。
我國以國家大工程為依托,穩扎穩打,先夯實基礎研究與全鏈條自主化,即便緊湊型實驗堆進度稍慢,但從原材料、核心部件到裝置設計、工程建設,全部實現自主可控,短期節奏稍緩,卻掌握了長期發展的主動權。
這就是現狀,也決定了未來誰能走得更遠、更穩!核聚變的終極競爭,從來不是單一實驗堆的建成速度,而是技術成熟度、產業鏈完整性、工程可持續性的綜合比拼。
短期來看,美國SPARC大概率會率先實現實驗堆建成與凈能量增益驗證,但這份領先建立在外部供應鏈的基礎上。
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中國雖進度稍緩,卻筑牢了全產業鏈的根基,后續商用堆的推進更具穩定性。這場漫長的能源競賽,短期看節點突破,長期看全產業鏈實力,這也是核聚變領域最核心的發展邏輯。
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