核电行业头豹调研简报
什么是可控核聚变？
可控核聚变是人类在地球上可控地实现核聚变反应来直接获得核聚变能的过程。核能分为核裂变和核聚变两种，核裂变指重元素的原子核分裂为较轻元素的原子核时释放的能量，而核聚变指小质量元素的原子核聚合成重核时释放的能量。可控核聚变要求在高温、高密度与高能量约束时间的等离子体中实现，如D-T反应所需的燃料温度不低于1亿度。
人类为何要研发可控核聚变？
地球矿石燃料资源日益枯竭，新能源资源受到环境、季节、地理位置等条件的限制，核能是人类最能和平利用的能源。核聚变反应会释放出巨大的能量，就单位质量而言，核聚变释放的能量要比核裂变释放的能量大3～4倍。
可控核聚变为何是人类“终极能源”的曙光？
可控核聚变具有以下突出优点：
- 燃料丰富：氘广泛分布于海水中，1升海水里的氘可释放相当于燃烧300升汽油的能量；氚则可以利用聚变产生的中子与丰富的天然锂反应产生。按地球的海水储量计算，以D为燃料的受控核聚变可供全人类使用100亿年，以D-T为燃料也可供人类使用3,000万年。
- 安全可靠：核聚变能是内在安全的能源，燃烧等离子体一旦形成，任何运行故障都能使等离子体迅速冷却，从而使聚变反应在短时间内自动停止。
- 清洁环保：核聚变电站不产生化石燃料电站所释放的二氧化碳等温室气体，没有裂变产物。
- 经济性明显：满足全球每年一次能源消耗需要98万t天然铀、1451个三峡电站、200亿tce，聚变仅需消耗一个标准泳池的重水，重水价格每克不足千元，聚变电站每年的重水消耗量仅为克级水平，远少于裂变电站。
- 高能中子应用广泛：核聚变反应所产生的大量高能中子在军事上以及其他领域都有广泛的用途。
国内外可控核聚变的研究进展如何？
- 全球聚变装置88%仍处于实验设计阶段，其中托卡马克装置约占目前全球聚变装置的50%，是最主流方案。
- 从地区分布情况来看，北美、欧洲、亚太区在电站建设进度上领先，亚太在实验堆方面数量最多。
- 公共资金是聚变项目的主要资金来源，世界核聚变装置的建设资金70%来自公共资金，30%来自私人资金。
- 全球最大核聚变合作项目ITER的全功率实验计划将于2036年开始。
未来，全球将有哪些聚变电厂即将完工？
- 在加拿大、中国、德国、以色列、日本、大韩民国、俄罗斯联邦、瑞典、英国和美国，至少有20个聚变电厂概念处于不同的开发阶段，目标完成日期都在21世纪20年代末至50年代中期之间。
- 2025年预计将有1个聚变电力系统完工，2030年预计将有9个聚变电厂完工，2035年预计将有27个聚变电厂完工，2040年预计将有5个聚变电厂完工，2045年预计将有4个聚变电厂完工，2050年预计将有3个聚变电厂完工，2055年预计将有1个聚变电厂完工。
- 中国聚变工程实验堆（CFETR）是一个基于传统托卡马克设计的聚变电厂概念，是中国实现聚变能路线图中的下一代装置，建造工作预计将于2040年完工。
研究结论
可控核聚变被视为人类最理想的终极能源，具有燃料丰富、安全可靠、清洁环保、能量密度高、经济性明显、高能中子应用广泛等突出优点。全球聚变装置大部分仍处于实验设计阶段，其中托卡马克装置是最主流方案。未来将有50座聚变电厂目标完成日期在21世纪20年代末至50年代中期之间，中国聚变工程实验堆预计将于2040年完工。
