Fusion Energy
托卡马克仿星器激光 ICFITER
Candies 可控核聚变
人造太阳——在地球上复刻恒星的能量机制，开启清洁无限能源时代
可控核聚变通过将氘、氚等轻原子核在上亿度高温下聚合成较重原子核，释放出巨大能量。Candies 能源域以托卡马克、仿星器、激光惯性约束(ICF)与磁化靶聚变(MTF)四大技术路线为骨架，结合 ITER 国际合作与私营企业的最新突破，全面呈现聚变能源从科学验证到工程落地的完整图景。
核心指标
- 1.5
Q 值记录
- 10
ITER 目标 Q 值
- 1.5亿°C
等离子体温度
- 600亿美元+
全球聚变投入
Core technologies
核心能力矩阵
从聚变能源到太空太阳能，全栈能源技术能力覆盖基础研究到工程落地。
磁约束等离子体
利用超导磁体产生的强磁场将高温等离子体约束在环形真空室内，实现氘氚燃料的持续聚变反应。托卡马克装置通过环向场与极向场的精确叠加，构建磁笼将上亿度等离子体稳定约束。
- Q值 1.5
- 等离子体温度 1.5亿°C
激光惯性约束点火
利用多束高功率激光在纳秒级时间内同时照射靶丸，产生极端高温高压实现氘氚燃料的惯性压缩与点火。美国 NIF 于 2022 年首次实现科学能量增益(Q>1)，标志聚变点火里程碑。
- 激光能量 2.05MJ
- 点火增益 1.5
氚燃料循环
聚变堆通过锂增殖包层在反应堆内部实现氚的自持生产。中子轰击锂-6 产生氚，氚增殖比大于 1.0 确保燃料可持续供应。氚的放射性半衰期短，安全管理技术成熟。
- 氚增殖比 >1.0
- 氚半衰期 12.3年
面向等离子体材料
等离子体直接接触的内壁材料需承受极端热负荷和粒子轰击。钨因其高熔点(3422°C)和低溅射率成为首选偏滤器靶板材料，先进钨合金与铜基热沉的复合结构确保第一壁在严苛工况下的长期可靠性。
- 第一壁热负荷 10MW/m²
- 钨溅射阈值 200eV
Architecture
托卡马克聚变堆系统架构
从超导磁场约束到氚自持循环的五层核心架构——超导磁体系统构建磁笼约束等离子体，多模式加热系统将燃料加热至聚变温度，第一壁与偏滤器排出热负荷，氚增殖包层实现燃料自持，热转换系统完成发电闭环。
超导磁场线圈系统
环向场(TF)线圈提供主约束磁场，极向场(PF)线圈控制等离子体位形，中心螺管(CS)感应驱动等离子体电流，三者协同构建精确的磁笼约束位形
等离子体加热系统
中性束注入(NBI)提供主加热功率，离子回旋(ICRH)与电子回旋(ECRH)加热辅助将等离子体温度提升至 1.5 亿°C 以上聚变点火温度
第一壁与偏滤器
钨装甲偏滤器靶板直接承受等离子体-壁相互作用，将 10MW/m² 级热负荷高效排出，保护主真空室结构完整性
氚增殖包层
锂陶瓷增殖剂(Li₄SiO₄)与铍中子倍增剂组成增殖模块，捕获聚变中子在堆内生产氚，实现燃料自持循环
热转换与发电系统
氦冷却剂从包层和偏滤器带走热量，经中间热交换器驱动蒸汽轮机发电，总热效率约 40%，输出数百兆瓦级电功率
Comparison
行业对照
与传统方案关键指标对比（统一测试环境）。
| 指标 | Candies Energy | 传统方案 |
|---|---|---|
| 能量密度 | 聚变 3.4亿MJ/kg，为裂变的 4 倍、化石的千万倍级 | 裂变 8000万MJ/kg / 化石 30MJ/kg |
| 燃料供应 | 海水氘可供应数十亿年，锂氚循环近乎无限 | 裂变铀矿(百年级) / 化石(数十年) |
| 碳排放 | 零碳排放，聚变产物仅为惰性氦气 | 裂变零 / 化石高 |
| 放射性废料 | 短寿命放射性废料(数十年)，无高放射性长寿命废料 | 裂变长寿命废料(数万年) / 化石无(但有 CO₂) |
| 安全性 | 无链式反应，等离子体不稳定即自动停堆，无堆芯熔毁风险 | 裂变需主动安全系统防链式反应失控 / 化石燃烧污染 |
Roadmap
研发路线图
从基础研究到工程验证的关键里程碑与项目节点。
- 实验验证已完成
JET DT 聚变实验
欧洲联合环形加速器(JET)首次实现 16MW 聚变功率输出的氘氚实验，验证了托卡马克路线的科学可行性，为 ITER 奠定技术基础。
- 工程建造进行中
ITER 国际热核聚变实验堆建设
国际热核聚变实验堆(ITER)在法国卡达拉舍建设中，目标实现 Q≥10 的聚变能量增益，是人类迈向商业聚变的关键一步。
- 概念设计规划中
DEMO 示范堆概念设计
聚变示范电站(DEMO)概念设计阶段，将 ITER 验证的等离子体物理转化为可并网发电的工程系统，目标发电功率 200-500MWe。
- 商业部署规划中
商业聚变电站
首座商业运营聚变发电站投入运行，实现聚变能源从科学实验到商业产品的跨越，为全球提供清洁、安全、近乎无限的基荷电力。
Use cases
应用场景
从聚变能源到太空太阳能，覆盖能源技术全应用域。
发电基荷电力供应
聚变电站提供 7×24 小时不间断基荷电力，单堆输出 1-2GWe，填补可再生能源间歇性缺口
发电分布式聚变电站
紧凑型聚变模块部署于工业园区和城市近郊，就近供电减少输电损耗
发电海上浮动核电
船载聚变电站部署于近海平台，为沿海城市和离岛提供稳定电力与淡水
工业应用高温制氢
聚变堆高温热化学循环分解水制氢，效率远超电解，为氢能经济提供清洁氢源
工业应用海水淡化
聚变余热驱动多级闪蒸或反渗透海水淡化，为沿海干旱地区提供低成本淡水
航天应用聚变推进引擎
磁约束聚变驱动的高比冲推进系统，将火星旅行缩短至 30 天以内
航天应用太空能源站
空间聚变电站为深空探测器、月球/火星基地提供大功率持久能源
Case studies
案例研究
从实验室到工程落地、从研发到产业的真实案例前后对比。
能源研究
ITER 国际热核聚变实验堆
由中、美、欧、日、韩、俄、印七方联合建造的超大型托卡马克装置，目标实现 Q≥10 的聚变能量增益，是人类历史上最大的科学合作项目之一。
- 之前
- JET 最高 Q 值仅 0.67，聚变能量产出不足
- 之后
- ITER 目标 Q≥10，500MW 输入产生 500MW 聚变功率
- ≥10 目标 Q 值
- 840m³ 等离子体体积
聚变实验
EAST 全超导托卡马克实验装置
中国科学院合肥物质科学研究院的 EAST 装置是全球首个全超导托卡马克，多次刷新等离子体长脉冲运行世界纪录，为 ITER 和 CFETR 提供关键运行经验。
- 之前
- 高温等离子体长脉冲维持面临巨大工程挑战
- 之后
- 2023 年实现 1056 秒高约束模等离子体运行世界纪录
- 1056秒 长脉冲记录
- H-mode 约束模式
商业聚变
Commonwealth Fusion Systems SPARC
美国 Commonwealth Fusion Systems 基于 MIT 研发的高温超导(REBCO)磁体技术，开发紧凑型托卡马克 SPARC，磁场强度达 20T，大幅缩小聚变堆体积与成本。
- 之前
- 传统低温超导磁体限制了聚变堆紧凑化与经济性
- 之后
- REBCO 高温超导磁体达 20T，SPARC 体积仅为 ITER 的 1/65
- 20T 磁场强度
- 1/65 体积缩减
Fusion Energy
聚变能源技术
托卡马克、惯性约束、聚变-裂变混合堆与磁约束聚变前沿技术要点。
托卡马克
环形磁约束装置，利用超导磁体产生螺旋磁场将高温等离子体约束在环形真空室内。ITER 是全球最大托卡马克，中国 EAST 则率先实现千秒级长脉冲运行。高温超导(HTS)磁体的应用正推动紧凑型托卡马克加速发展。
仿星器
通过外部线圈产生的复杂三维扭曲磁场约束等离子体，无需等离子体电流驱动，理论上可实现稳态连续运行。德国 Wendelstein 7-X 是最先进的仿星器装置，已验证优化磁场构型的可行性。仿星器在工程复杂度与运行稳定性之间提供了独特的平衡路径。
激光惯性约束(ICF)
使用高能激光束均匀压缩氘氚靶丸至极端密度与温度，触发聚变点火。美国 NIF 于 2022 年首次实现科学能量增益(Q>1)。ICF 无需长时间约束等离子体，但激光效率与靶丸制备的规模化仍是关键挑战。
磁化靶聚变(MTF)
结合磁约束与惯性约束的混合方案——先用磁场预热等离子体，再用机械压缩触发聚变。General Fusion 等公司采用液态金属壁与活塞压缩的工程方案，技术门槛相对较低，有望成为首代商用聚变路线之一。
私营聚变企业
超过 40 家私营聚变公司累计融资超过 60 亿美元。Commonwealth Fusion Systems 采用 HTS 紧凑托卡马克路线，TAE Technologies 探索场反转位形(FRC)，Helion Energy 直接发电方案已获微软购电协议。私营力量正加速聚变商业化进程。
FAQ
常见问题
技术原理、应用边界与工程现状说明。