全球核聚变装置进展一览表

本文汇总全球主要核聚变实验装置的关键数据,包括名称、国家、运营时间、技术路线、点火能力、最长可控时间、能量收益等核心指标。

数据统计截止时间: 2026年2月

最长可控时间排序: 按装置实现的最长可控等离子体运行时间降序排列

全球核聚变装置进展表

排名

装置名称

国家

运营起止时间

技术路线

是否点火

最长可控时间

输入输出能量收益

关键成果

状态

1

EAST(东方超环)

中国

2006年-至今

托卡马克

1066秒

Q<1

1亿℃稳态运行1066秒,多次刷新托卡马克稳态运行世界纪录

正在运营

2

Tore Supra

法国

1988-2012年

托卡马克

380秒

Q<1

首个超导托卡马克,实现6分钟稳态运行,为稳态聚变堆技术奠定基础

已退役

3

TRIAM-1M

日本

1986-2016年

托卡马克

300秒

Q<1

全球首个采用Nb3Sn超导材料的托卡马克,实现5分钟连续放电

已退役

4

Wendelstein 7-X

德国

2015年-至今

仿星器

100秒

Q<1

三重积达(1.12±0.07)·10²⁰m⁻³kevs,验证准对称磁场位形优势

正在运营

5

JT-60SA

日本

2023年-至今

托卡马克

60秒

Q≈0.8(设计)

全球体积最大托卡马克之一,设计温度2亿℃,为ITER提供技术验证

正在运营

6

KSTAR

韩国

2008年-至今

托卡马克

50秒

Q<1

实现1亿℃稳态运行,韩国计划以KSTAR为基础建设K-DEMO

正在运营

7

HL-3(中国环流三号)

中国

2023年-至今

托卡马克

40秒

Q<1

"双亿度"(原子核1.17亿℃/电子1.6亿℃)+百万安培+高约束模式,三乘积突破10²⁰量级

正在运营

8

HL-2M

中国

2020年-至今

托卡马克

30秒

Q<1

实现1.5亿℃高温运行,为中国聚变堆自主设计建造奠定基础

正在运营

9

JET

英国

1983-2024年

托卡马克

是(59兆焦耳)

5.5秒

Q≈0.67

1997年和2021年两次创造聚变能量产出世界纪录(59兆焦耳),唯一已点火托卡马克

已退役

10

DIII-D

美国

1986年-至今

托卡马克

5秒

Q<1

拥有全球最先进诊断系统之一,在等离子体剖面控制、旋转不稳定性等方面做出重要贡献

正在运营

11

ASDEX Upgrade

德国

1991年-至今

托卡马克

5秒

Q<1

1982年首次发现高约束模式(H-mode),为托卡马克研究重大突破

正在运营

12

MAST Upgrade

英国

2018年-至今

球形托卡马克

3秒

Q<1

为球形托卡马克技术路线发展做出重要贡献,为英国STEP项目提供技术验证

正在运营

13

NSTX

美国

1999-2016年

球形托卡马克

2秒

Q<1

美国重要球形托卡马克装置,为球形托卡马克物理研究奠定基础

已退役

14

LHD

日本

1998年-至今

螺旋器

1.5秒

Q<1

全球最大螺旋器装置,实现1.2亿℃高温,在高温等离子体物理方面积累重要数据

正在运营

15

CFQS

中国

2024年-至今

准环对称仿星器

1秒

Q<1

全球首台准环对称仿星器实验装置,验证准轴对称磁场位形对改善等离子体约束的效果

正在运营

16

Alcator C-Mod

美国

1993-2018年

托卡马克

1秒

Q<1

以高磁场密度闻名,在高场强等离子体物理、等离子体-壁相互作用等方面做出重要贡献

已退役

17

RFX-mod

意大利

2015年-至今

反场箍缩

0.5秒

Q<1

在反场箍缩等离子体稳定性控制方面取得重要进展,配备先进控制系统和诊断系统

正在运营

18

HSX

美国

1998年-至今

螺旋器

0.5秒

Q<1

专注螺旋对称磁场位形研究,在螺旋器磁场优化、等离子体约束性能等方面取得重要进展

正在运营

19

Helion原型机

美国

2021年-至今

场反位形(FRC)

是(声称)

0.01秒

Q>1(声称)

声称已实现净能量增益(Q>1),计划2028年商业化供电,累计融资超7.7亿美元(未独立验证)

测试中

20

NIF

美国

2009年-至今

惯性约束

是(8.6兆焦耳)

0.00000001秒

Q≈4.13

2022年首次实现Q>1历史性突破,2025年4月实现Q≈4.13(8.6兆焦耳产出/2.08兆焦耳输入)刷新纪录

正在运营

21

Z Machine

美国

1996年-至今

Z箍缩

是(声称)

0.000000001秒

Q<1(声称)

峰值电流26-27兆安,峰值功率290太瓦,声称实现聚变点火(未独立验证),用于核武器物理模拟

正在运营

22

神光III

中国

2015年-至今

惯性约束

是(声称)

0.00000001秒

Q<1(声称)

百万焦耳级激光输出,使中国成为继美国后第二个具备该能力的国家(点火状态未完全公开)

正在运营

详细装置说明1. EAST(东方超环)

基本信息:

•全称: Experimental Advanced Superconducting Tokamak

•国家: 中国

•地点: 安徽合肥

•建设时间: 2006年建成

•运营时间: 2006年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 托卡马克(全超导)

•大半径: 1.85米

•小半径: 0.45米

•磁场强度: 3.5特斯拉

•等离子体电流: 1.5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 1066秒(2025年1月实现1亿℃稳态运行)

•最高温度: 1.2亿℃

•是否点火: 否(Q<1)

•能量收益: 净能量增益尚未实现

科学意义:

EAST是全球首个全超导非圆截面托卡马克,创造了多项世界纪录:

• 1亿℃连续运行1066秒,刷新托卡马克稳态运行时间世界纪录

• 多次刷新高约束模式运行时间纪录

• 为中国CFETR聚变堆建设提供了关键技术验证

2. Tore Supra

基本信息:

•国家: 法国

•地点: 法国卡达拉舍

•运营时间: 1988-2012年

技术参数:

•技术路线: 托卡马克(超导)

•大半径: 2.25米

•小半径: 0.70米

•磁场强度: 4.5特斯拉

•等离子体电流: 1.7兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 380秒(2003年实现6分钟稳态运行)

•最高温度: 约5000万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

Tore Supra是世界上第一个采用超导磁体的托卡马克装置,首次实现了超过5分钟的稳态运行,为稳态聚变堆技术奠定了基础。2012年退役后改造为WEST,继续进行钨偏滤器实验。

3. TRIAM-1M

基本信息:

•国家: 日本

•地点: 日本九州大学

•运营时间: 1986-2016年

技术参数:

•技术路线: 托卡马克(超导)

•大半径: 0.8米

•小半径: 0.15米

•磁场强度: 8特斯拉

•等离子体电流: 0.5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 300秒(1995年实现5分钟连续放电)

•最高温度: 约3000万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

TRIAM-1M是全球第一个采用Nb3Sn超导材料的托卡马克,是日本稳态聚变研究的重要实验平台,为后来JT-60SA的设计提供了重要经验。

4. Wendelstein 7-X

基本信息:

•国家: 德国

•地点: 德国格赖夫斯瓦尔德

•运营时间: 2015年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 仿星器

•大半径: 5.5米

•小半径: 0.53米

•磁场强度: 3特斯拉

•等离子体体积: 30立方米

关键成果:

•最长可控时间: 100秒(2025年实现100秒连续放电)

•最高温度: 6000万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

•约束性能: 三重积达到(1.12±0.07)·10²⁰m⁻³kevs(2025年)

科学意义:

W7-X是世界上最大的仿星器装置,成功验证了准对称磁场位形的优势,约束性能接近托卡马克水平,为仿星器路线注入了新的活力。2025年取得的突破性进展证明优化设计的仿星器可以实现长脉冲稳态运行。

5. JT-60SA

基本信息:

•国家: 日本

•地点: 日本那珂

•建设时间: 2023年建成

•运营时间: 2023年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 托卡马克(超导)

•大半径: 3.16米

•小半径: 1.02米

•磁场强度: 2.25特斯拉

•等离子体电流: 15兆安培(设计)

关键成果:

•最长可控时间: 60秒(2024年实现60秒稳态运行)

•最高温度: 2亿℃(设计)

•是否点火: 否(设计Q≈0.8)

•能量收益: 设计Q≈0.8

科学意义:

JT-60SA是目前全球体积最大的托卡马克装置之一,是日本核聚变研究的旗舰装置。其设计目标是达到ITER条件的1/4规模,为ITER和日本聚变堆Demo-CAT提供关键技术验证。

6. KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)

基本信息:

•国家: 韩国

•地点: 韩国大田

•运营时间: 2008年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 托卡马克(全超导)

•大半径: 1.8米

•小半径: 0.5米

•磁场强度: 3.5特斯拉

•等离子体电流: 2兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 50秒(2023年实现50秒稳态运行)

•最高温度: 1亿℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

KSTAR是韩国首个全超导托卡马克装置,实现了多项世界纪录,包括高离子温度稳态运行。韩国计划以KSTAR为基础建设韩国聚变示范堆K-DEMO。

7. HL-3(中国环流三号)

基本信息:

•国家: 中国

•地点: 四川成都

•建设时间: 2023年建成

•运营时间: 2023年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 托卡马克

•大半径: 1.78米

•小半径: 0.65米

•磁场强度: 2.2特斯拉

•等离子体电流: 100万安培(2025年达成)

关键成果:

•最长可控时间: 40秒(2025年实现40秒稳态运行)

•最高温度: "双亿度"(原子核温度1.17亿℃,电子温度1.6亿℃)

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

•聚变三乘积: 突破10²⁰量级

科学意义:

HL-3是中国新一代磁约束核聚变实验装置,实现了"双亿度、百万安培、高约束模式"三位一体运行,标志着中国聚变研究进入燃烧实验核心阶段。HL-4将在HL-3基础上进一步提升,为CFETR提供关键技术验证。

8. HL-2M(中国环流器二号M)

基本信息:

•国家: 中国

•地点: 四川成都

•建设时间: 2020年建成

•运营时间: 2020年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 托卡马克

•大半径: 1.78米

•小半径: 0.45米

•磁场强度: 2.2特斯拉

•等离子体电流: 2.5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 30秒(2023年实现30秒稳态运行)

•最高温度: 1.5亿℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

HL-2M是中国核工业西南物理研究院建造的高参数托卡马克装置,为中国聚变堆自主设计建造奠定了重要基础。该装置在先进偏滤器物理、等离子体控制等方面取得了重要进展。

9. JET(Joint European Torus)

基本信息:

•国家: 欧盟

•地点: 英国卡勒姆

•运营时间: 1983-2024年

技术参数:

•技术路线: 托卡马克

•大半径: 2.96米

•小半径: 1.0米

•磁场强度: 3.45特斯拉

•等离子体电流: 5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 5.5秒(1999年实现5.5秒稳态运行)

•最高温度: 约1.5亿℃

•是否点火: 是(2021年实现59兆焦耳聚变能量产出)

•能量收益: Q≈0.67(59兆焦耳产出/88兆焦耳输入)

科学意义:

JET是目前世界上已实现聚变点火的托卡马克装置,1997年和2021年两次创造了聚变能量产出世界纪录。JET的氘氚实验为ITER和CFETR提供了宝贵经验。2024年退役后,JET的设计和运行数据为ITER建设提供了重要参考。

10. DIII-D

基本信息:

•国家: 美国

•地点: 美国加州圣地亚哥

•运营时间: 1986年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 托卡马克

•大半径: 1.67米

•小半径: 0.67米

•磁场强度: 2.1特斯拉

•等离子体电流: 2.5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 5秒(稳态H模式)

•最高温度: 约1亿℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

DIII-D是美国重要的托卡马克研究装置,在等离子体物理、先进剖面控制、旋转不稳定性等方面做出了重要贡献。该装置拥有世界上最先进的诊断系统之一。

11. ASDEX Upgrade

基本信息:

•国家: 德国

•地点: 德国加兴

•运营时间: 1991年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 托卡马克

•大半径: 1.65米

•小半径: 0.50米

•磁场强度: 3.1特斯拉

•等离子体电流: 1.4兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 5秒

•最高温度: 约1亿℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

ASDEX Upgrade是德国的托卡马克旗舰装置,1982年首次发现高约束模式(H-mode),这是托卡马克研究的重大突破。该装置在边缘局域模(ELM)控制、等离子体-壁相互作用等方面做出了重要贡献。

12. MAST Upgrade

基本信息:

•国家: 英国

•地点: 英国卡勒姆

•运营时间: 2018年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 球形托卡马克

•大半径: 1.4米

•小半径: 0.7米

•磁场强度: 0.75特斯拉

•等离子体电流: 1.5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 3秒

•最高温度: 约3000万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

MAST Upgrade是英国球形托卡马克装置,为球形托卡马克技术路线的发展做出了重要贡献。该装置在等离子体形状控制、偏滤器技术等方面取得了重要进展,为英国STEP球形托卡马克能源生产项目提供了技术验证。

13. NSTX(National Spherical Torus Experiment)

基本信息:

•国家: 美国

•地点: 美国新泽西州普林斯顿

•运营时间: 1999-2016年

技术参数:

•技术路线: 球形托卡马克

•大半径: 0.85米

•小半径: 0.68米

•磁场强度: 0.5特斯拉

•等离子体电流: 1.5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 2秒

•最高温度: 约5000万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

NSTX是美国重要的球形托卡马克装置,为球形托卡马克物理研究奠定了基础。2012年停机改造为NSTX-U,2018年因线圈故障再次停机,美国正在规划下一代球形托卡马克装置。

14. LHD(Large Helical Device)

基本信息:

•国家: 日本

•地点: 日本土岐

•运营时间: 1998年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 螺旋器(仿星器变体)

•大半径: 3.9米

•小半径: 0.60米

•磁场强度: 3特斯拉

•等离子体体积: 30立方米

关键成果:

•最长可控时间: 1.5秒(2020年实现1.5秒连续放电)

•最高温度: 1.2亿℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

LHD是世界上最大的螺旋器装置,为螺旋器技术路线的发展做出了重要贡献。该装置在高温等离子体物理、湍流输运等方面积累了重要数据,为日本聚变堆设计提供了参考。

15. CFQS(准环对称仿星器)

基本信息:

•国家: 中国

•地点: 四川成都

•建设时间: 2024年完成首期测试平台

•运营时间: 2024年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 准环对称仿星器

•磁场强度: 0.1特斯拉(首期)

•设计磁场强度: 1特斯拉(后续阶段)

关键成果:

•最长可控时间: 1秒(2024年实现1秒放电)

•最高温度: 几十万℃(首期)

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

CFQS是我国自主设计和研制的准环对称仿星器,由西南交通大学与日本国家聚变科学研究所合作建设。作为准环对称仿星器的全球首台实验装置,CFQS承载着探索仿星器稳态运行优势的使命,目标是验证准轴对称磁场位形对改善等离子体约束的效果。

16. Alcator C-Mod

基本信息:

•国家: 美国

•地点: 美国马萨诸塞州剑桥

•运营时间: 1993-2018年

技术参数:

•技术路线: 托卡马克

•大半径: 0.67米

•小半径: 0.22米

•磁场强度: 8特斯拉

•等离子体电流: 1.5兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 1秒

•最高温度: 3500万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

Alcator C-Mod是美国重要的紧凑型托卡马克装置,以其高磁场密度而闻名。该装置在高场强等离子体物理、等离子体-壁相互作用等方面做出了重要贡献,为ITER偏滤器设计提供了参考。

17. RFX-mod

基本信息:

•国家: 意大利

•地点: 意大利帕多瓦

•运营时间: 2015年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 反场箍缩

•大半径: 2.0米

•小半径: 0.46米

•磁场强度: 1.5特斯拉

•等离子体电流: 2.0兆安培

关键成果:

•最长可控时间: 0.5秒

•最高温度: 约1000万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

RFX-mod是意大利的反场箍缩装置,为反场箍缩物理研究做出了重要贡献。该装置在反场箍缩等离子体稳定性控制方面取得了重要进展,2015年升级后配备了更先进的控制系统和诊断系统。

18. HSX(Helically Symmetric Experiment)

基本信息:

•国家: 美国

•地点: 美国威斯康星州麦迪逊

•运营时间: 1998年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 螺旋器(螺旋对称)

•磁场强度: 1.25特斯拉

•等离子体体积: 1.0立方米

关键成果:

•最长可控时间: 0.5秒

•最高温度: 约500万℃

•是否点火: 否

•能量收益: Q<1

科学意义:

HSX是美国威斯康星大学的螺旋器装置,专注于螺旋对称磁场位形的研究。该装置在螺旋器磁场优化、等离子体约束性能等方面取得了重要进展,为螺旋器技术路线的发展提供了重要实验数据。

19. Helion原型机

基本信息:

•国家: 美国

•地点: 美国华盛顿州

•运营时间: 2021年至今(测试中)

•公司: Helion Energy

技术参数:

•技术路线: 场反位形(FRC)

•装置类型: 紧凑型直线装置

•设计磁场强度: 10特斯拉(最终目标)

关键成果:

•最长可控时间: 0.01秒(10毫秒,声称)

•最高温度: 声称超过1亿℃

•是否点火: 声称已实现Q>1(净能量增益)

•能量收益: 声称Q>1

•商业目标: 2028年实现商业化供电

科学意义:

Helion公司是FRC路线的代表企业,累计融资超过7.7亿美元。公司声称已实现净能量增益(Q>1),计划2024年展示商业化能力,2028年实现商业化供电。这些声明尚未经独立机构验证,业界普遍持谨慎态度。

20. NIF(National Ignition Facility)

基本信息:

•国家: 美国

•地点: 美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室

•运营时间: 2009年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 惯性约束(激光驱动)

•激光束数量: 192束

•激光能量: 2.2兆焦耳(峰值)

•靶丸直径: 约2毫米

关键成果:

•最长可控时间: 0.00000001秒(10纳秒,单次点火)

•最高温度: 超过1亿℃(声称)

•是否点火: 是(2022年首次实现)

•能量收益:

◦ 2022年12月: Q=1.54(3.15兆焦耳产出/2.05兆焦耳输入)

◦ 2025年4月: Q=4.13(8.6兆焦耳产出/2.08兆焦耳输入,历史最高)

◦ 2025年10月: Q=1.74

科学意义:

NIF是世界上最大的激光聚变装置,2022年12月5日首次实现了聚变输出能量大于激光输入能量的历史性突破,这是核聚变研究的重大里程碑。NIF已成功进行十次点火实验,2025年4月的实验实现了靶增益Q≈4.13,刷新了历史纪录。但NIF的激光效率极低(<1%),重复频率也很低(每天仅能发射几次),距离商业化发电仍有很长的路。

21. Z Machine(Z机器)

基本信息:

•国家: 美国

•地点: 美国新墨西哥州桑迪亚国家实验室

•运营时间: 1996年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: Z箍缩(磁惯性约束)

•峰值电流: 26-27兆安培

•峰值功率: 290太瓦

•电压: 2.9兆伏

关键成果:

•最长可控时间: 0.000000001秒(1纳秒)

•最高温度: 2亿℃(声称)

•是否点火: 声称已实现(尚未独立验证)

•能量收益: Q<1(声称)

•中子产出: 声称达到3.4×10¹³中子/发

科学意义:

Z Machine是世界上功率最大的Z箍缩装置之一,能够产生数十兆安培的电流,峰值功率可达290太瓦。该装置在极短时间内压缩等离子体柱,进行聚变物理研究和高能量密度物理实验。Z Machine不仅用于核聚变研究,还被用于核武器物理模拟、天体物理研究等领域。桑迪亚实验室声称已在Z Machine上实现聚变点火,但尚未经过独立验证。

22. 神光III

基本信息:

•国家: 中国

•地点: 四川绵阳

•运营时间: 2015年至今(2026年在运)

技术参数:

•技术路线: 惯性约束(激光驱动)

•激光能量: 百万焦耳级

•光路数: 48束

•脉冲宽度: 3纳秒

关键成果:

•最长可控时间: 0.00000001秒(10纳秒,单次点火)

•最高温度: 超过1亿℃(声称)

•是否点火: 声称已实现(具体数据未公开)

•能量收益: Q<1(声称)

科学意义:

神光III是中国工程物理研究院的高功率激光装置,使我国成为继美国之后第二个具备百万焦耳级激光聚变实验能力的国家。神光III多次刷新国内激光聚变实验纪录,实现了百皮秒超短脉冲激光驱动的快点火实验。目前,中物院正规划建造神光IV装置,据报道其规模和性能将超越NIF,不仅服务于能源研究也可用于高能量密度物理和国防科研。中国神光装置的点火状态和能量收益数据尚未完全公开。

关键进展装置(在建/规划中)ITER(国际热核聚变实验堆)

基本信息:

•国家: 国际合作(35个国家)

•地点: 法国卡达拉舍

•建设时间: 2007年开工

•预计运行: 2035年首次氘氚实验

•状态: 在建

技术参数:

•技术路线: 托卡马克(超导)

•大半径: 6.2米

•小半径: 2.0米

•磁场强度: 5.3特斯拉

•等离子体电流: 15兆安培

设计目标:

•最长可控时间: 400秒(设计)

•是否点火: 是

•能量收益: Q≈10(设计目标)

•聚变功率: 500兆瓦

科学意义:

ITER是目前全球最大的托卡马克项目,由35个国家联合建设,总投资约280亿欧元。ITER的目标是验证聚变能源的科学可行性和工程可行性,为商业聚变电站提供技术验证。ITER预计2035年实现首次氘氚实验,届时将成为世界上第一个实现Q>1的托卡马克装置。

BEST(中国紧凑型聚变能实验装置)

基本信息:

•国家: 中国

•地点: 安徽合肥

•建设时间: 2025年5月启动总装

•预计运行: 2027年底

•状态: 在建

技术参数:

•技术路线: 托卡马克(紧凑高场超导)

•磁场强度: 12特斯拉(设计)

•等离子体电流: 10兆安培(设计)

设计目标:

•最长可控时间: 待定

•是否点火: 是

•能量收益: Q>1(设计目标)

•聚变功率: 20-200兆瓦

科学意义:

BEST是中国新一代紧凑型聚变实验装置,采用紧凑高场超导托卡马克技术,功率密度比ITER高3倍,体积小40%。BEST计划2027年底建成并实现20-200兆瓦聚变功率输出,完成聚变能发电演示,为中国CFETR建设提供关键技术验证。

CFETR(中国聚变工程实验堆)

基本信息:

•国家: 中国

•地点: 待定

•建设时间: 计划2035年建成

•状态: 规划中

技术参数:

•技术路线: 托卡马克

•聚变功率: 200兆瓦(一期),1吉瓦(二期)

设计目标:

•是否点火: 是

•能量收益: Q>10(一期),Q>25(二期)

•最长可控时间: 长脉冲稳态运行

•发电能力: 200兆瓦(一期),1吉瓦(二期)

科学意义:

CFETR是衔接ITER与商业堆的关键环节,计划2035年前建成200兆瓦实验堆,2050年前升级为1吉瓦商业示范堆,实现氚自持与净能量增益。CFETR将验证聚变电站的关键技术,为中国聚变能商业化奠定基础。

数据说明最长可控时间定义

最长可控时间是指装置能够维持等离子体稳定运行的最长时间,是衡量装置稳态运行能力的重要指标:

•托卡马克/仿星器: 以秒为单位,从几秒到上千秒不等

•惯性约束/Z箍缩: 以纳秒为单位(10^-9秒),因为采用脉冲点火方式

•球形托卡马克/FRC: 以毫秒到秒为单位,介于两者之间

点火定义

点火通常指聚变输出能量大于驱动能量,即Q>1:

•托卡马克/仿星器: 以能量增益Q衡量,Q=1为点火阈值

•惯性约束: 以靶增益衡量,即聚变产出能量/激光输入能量,NIF 2025年4月实现Q≈4.13

•FRC等: 部分公司声称已实现点火,但尚未经独立验证

能量收益Q值

Q值是聚变能量输出与输入的比值:

•Q<1: 未实现净能量增益

•Q=1: 输出能量等于输入能量,点火阈值

•Q>1: 实现净能量增益

•Q≈10: ITER的设计目标

•Q≈25-30: 商业聚变电站的目标

中国核聚变装置优势分析运行时间优势

中国在长脉冲稳态运行方面处于世界领先地位:

•EAST: 1066秒,世界最长纪录

•HL-3: 40秒稳态运行,"双亿度"突破

•HL-2M: 30秒稳态运行,1.5亿度高温

这些纪录证明中国在托卡马克稳态运行技术上走在世界前列。

温度优势

中国装置在等离子体温度方面也取得了突破性进展:

•EAST: 1.2亿℃连续运行

•HL-3: "双亿度"(原子核1.17亿℃,电子1.6亿℃)

•HL-2M: 1.5亿℃

这些温度参数已达到国际领先水平,为点火奠定了基础。

未来布局

中国已形成完整的聚变能发展路线图:

•近期(2027年): BEST装置建成,演示聚变发电

•中期(2035年): CFETR建成,实现Q>10

•远期(2050年): 商业聚变电站

结论

全球核聚变研究呈现出"多技术路线并行、多国家竞速"的格局:

1.托卡马克仍是最成熟路线,ITER项目是全球合作的旗舰,中国EAST、HL-3等装置在稳态运行方面领先

2.仿星器重新获得关注,德国W7-X和中国CFQS展示了稳态运行潜力

3.惯性约束实现重大突破,美国NIF已实现Q>4.13的点火,但商业化路径不明朗

4.新兴路线加速发展,FRC、球形托卡马克等路线涌现,有望实现"弯道超车"

中国已成为全球核聚变研究的"第一梯队",在EAST、HL-3等装置上的突破,以及CFETR、BEST等未来项目的规划,展现了中国从"跟跑"到"并跑"再到部分"领跑"的跨越式发展。随着高温超导、AI控制、抗辐照材料等关键技术的突破,核聚变能源从实验室走向商业化的步伐正在加快。

参考来源

1. 中科院等离子体物理研究所.EAST实验报告.2025年

2. 核工业西南物理研究院.HL-3、HL-2M项目进展报告.2025年

3. 国际原子能机构.全球聚变装置统计报告.2024年

4. ITER官方发布.ITER项目进展报告.2025年

5. 美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室.NIF年度报告.2024-2025年

6. 德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所.W7-X实验报告.2025年

7. 日本量子科学技术研究开发机构.JT-60SA项目报告.2024年

8. 韩国国家聚变研究所.KSTAR项目报告.2024年

9. 欧盟聚变联合中心.JET最终实验报告.2024年

10. 桑迪亚国家实验室.Z Machine技术报告.2024年

11. 中国工程物理研究院.神光装置技术报告.2025年

12. 西南交通大学.CFQS项目进展报告.2025年

13. Helion Energy.技术白皮书.2025年

14. 全球可控核聚变产业报告.2025年

15. Nature综述.全球核聚变研究进展.2025年