导语：1920年代初，英国天体物理学家亚瑟・爱丁顿（Arthur Eddington）面对一个令同行困惑已久的问题：太阳已经燃烧了至少数十亿年，但它用的不可能是煤炭――就算把整个太阳换成煤，也只能燃烧几千年。那么，太阳的能量从哪里来？
1920年代初，英国天体物理学家亚瑟・爱丁顿（Arthur Eddington）面对一个令同行困惑已久的问题：太阳已经燃烧了至少数十亿年，但它用的不可能是煤炭――就算把整个太阳换成煤，也只能燃烧几千年。那么，太阳的能量从哪里来？
爱丁顿在一篇演讲中提出了一个大胆猜想：太阳内部的高温高压，或许能将氢原子核"粘合"在一起，在这个过程中，一小部分质量转化为巨大能量――这正是爱因斯坦四年前用“E=mc2”描述的转化。而这不仅仅是解释太阳能量的答案，也意味着――如果人类能在地球上复制这个过程，就等于拥有了如太阳般取之不尽的能源。
爱丁顿是用天文观测验证广义相对论最成功的科学家，而真正把这个猜想从定性推向定量的，是1938年德裔美国物理学家汉斯・贝特（Hans Bethe）。他系统描述了太阳内部的两条核反应链（质子-质子链和CNO循环），并因此在30年后获得诺贝尔物理学奖。贝特的计算揭示了聚变反应的本质：两个轻原子核（最容易的是氘和氚，即氢的两种同位素）在足够高的温度下克服库仑斥力，融合成一个氦核，并释放出中子和能量。
问题是，"足够高的温度"意味着什么？答案是1亿摄氏度――这个温度甚至比太阳核心的温度（约1500万摄氏度）还高7倍。因为太阳能凭借巨大的引力约束把等离子体牢牢压在一起，使密度极高且约束时间极长，从而以较低温度实现稳定聚变；而地球上要实现聚变，必须依靠更高的温度来弥补密度和约束时间的不足。
1952年，美国引爆了第一颗氢弹"常春藤迈克"（Ivy Mike），1953年，苏联紧随其后。氢弹本质上是不可控的聚变反应，它的成功从反面证明了聚变能量的极端可行性。这场军备竞赛意外地推动了各国政府向可控聚变倾注资金。美国的"谢伍德计划"（Project Sherwood）、英国的"泰博斯"（ZETA）、苏联的研究――几乎同一时间在保密状态下平行展开。可控核聚变的系统化科研就这样在一个“利维坦”式的吊诡逻辑下展开了，其研究的动力来自战争的恐惧，而研究的目标是人类最终能和平运用能源。
托卡马克装置之父的经历同样如此，苏联物理学家安德烈・萨哈罗夫（Andrei Sakharov）是20世纪最具传奇色彩的人物之一，他既是苏联氢弹之父，也是日后因倡导人权而被软禁的诺贝尔和平奖得主。在1950年代初，他和伊戈尔・塔姆（Igor Tamm）共同提出了一个改变核聚变研究方向的装置设计：托卡马克（Tokamak，来自俄语"环形磁力室"的缩写）。
前文提到，地球上要实现聚变必须依靠更高的温度来弥补密度和约束时间的不足，而现实情况是没有任何固体材料能承受聚变所需的至少1亿摄氏度的极端高温。托卡马克的核心思想是用磁场代替材料容器，高温等离子体（即完全电离的气体）在磁场中会被束缚，就像被看不见的磁笼关住。萨哈罗夫和塔姆设计的环形磁场结构，理论上可以将等离子体无限期约束在一个甜甜圈形状的环腔内。这个设计并非一蹴而就。早期的苏联托卡马克实验结果相当糟糕，等离子体总是"找漏洞"从磁场中逃出去――后来被称为"不稳定性"问题，这至今仍是核聚变工程的核心挑战之一。
整个1960年代，各国聚变研究在半保密状态下各自为战，进展缓慢，直到1968年。
1968年8月在苏联新西伯利亚举行的第三届等离子体物理与核聚变国际会议上，苏联物理学家列夫・阿茨莫维奇（Lev Artsimovich）宣布：他们的T-3托卡马克已经将等离子体加热到1000万摄氏度――是当时披露的西方装置成绩的10倍，故而西方物理学家最初对这个数字持怀疑态度。英国科学家主动请缨，带着汤姆逊散射仪飞赴莫斯科，现场独立验证。结果令所有人目瞪口呆：数据是真的，甚至比苏联报告的还要好一点――实际温度达到约1200万摄氏度。
这次独立验证成为核聚变史上的一个重要外交时刻，它不仅确立了托卡马克作为主流技术路线的地位，也打开了冷战时期难得一见的科学交流窗口。此后，全球聚变研究界开始以托卡马克为核心架构进行资源整合，美国、英国、日本、德国相继启动自己的大型托卡马克计划。这个时期还出现了一个重要概念：Q值――即聚变反应输出能量与输入能量之比。Q>1意味着能量净增益，而这个门槛，将成为此后半个世纪无数实验竞相跨越的目标线。
进入1970年代，物理学家们越来越意识到：聚变是一个规模经济的游戏。其时核聚变的技术目标是等离子体越大、磁场越强、温度越高、约束时间越长，离Q=1就越近，而要尽快达到这一目的，需要的不仅是单一主权国家的财力，而是多国联合的超大项目。
欧洲藉由JET走上了一条科学联合的道路。1977年，欧洲原子能共同体（Euratom）批准建造JET（联合欧洲环形装置，Joint European Torus），选址英国卡拉姆科学中心（Culham）。这是有史以来最大的磁约束聚变装置，环直径2.96米，造价约2亿英镑（1970年代币值）。JET的建造本身就是一项工程奇迹――真空室、超导磁铁、中性束注入加热系统，每一个子系统都代表当时的技术巅峰。1983年，JET点火运行，开始了长达数十年的实验生涯。1991年，JET首次使用氘-氚混合燃料（而非单纯的氘）进行实验，产生了聚变史上第一次真正意义上的"受控"氘-氚反应。1997年11月，JET通过优化等离子体配置（采用"热离子模式"），产生了16.1兆焦耳的聚变能量，峰值功率达到16.1兆瓦――这个记录保持了长达24年，直到2022年才被打破。在那次实验中，Q值约为0.67，也就是说，每输入1份能量，聚变产出约0.67份。这个记录的背后，有一个不为外人所知的运营细节：JET当时使用了超常规的加热功率，等离子体在那种状态下只能维持极短的几秒钟，否则装置会过热。这意味着，这个记录更像是一次"冲刺"，而非稳态运行。而稳态运行（让聚变反应持续几分钟乃至数小时）成为其后通向商业核聚变电站的真正挑战。
里根与戈尔巴乔夫的握手促成了ITER的诞生。1985年，冷战正进入最后阶段，苏联领导人米哈伊尔・戈尔巴乔夫在日内瓦会见美国总统罗纳德・里根，这次历史性峰会除了讨论到核武器削减，也包含一项科学提案。戈尔巴乔夫提议两国联合开展民用核聚变研究，随后，美、苏、欧、日四方科学家开始讨论建造一台"终极托卡马克"――一台足够大、足够强，能够实现Q≥10（即产出十倍于输入能量）的装置，这就是ITER（国际热核实验堆，International Thermonuclear Experimental Reactor，拉丁语中意为"道路"）的起源。ITER的概念设计从1988年开始，工程设计启动于1992年，但把想法变成现实的过程，堪称是一场关于科学、政治、资金、地缘利益的全维度博弈。一是选址决策超过十年，各方激烈竞争不下，直到2005年欧盟承诺承担约45%的建造成本，其余成员方各承担约9%，促成最终选址定于法国。二是参与方几经变化，美国曾在1998年因国会削威预算而退出，2003年又重新加入，目前，ITER成员方涵盖中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国――这个阵容代表了全球约80%的人口和GDP。三是完工时间已被多次推迟，最新预测的首次等离子体实验（First Plasma）约在2033-2034年，D-T全功率运行更要到2039年以后，成本超支和工期延误，已经成为ITER挥之不去的话题。ITER的延误并不只是管理问题，更根本的原因是它本身的复杂性。ITER有100万个零部件，来自全球35个国家制造，精度要求极高，单个超导磁铁线圈的重量就超过300吨，而整个托卡马克组装必须达到亚毫米级精度，这是人类工程史上前所未有的挑战。
美国NIF与激光聚变专攻点火。就在欧洲全力建造JET和酝酿ITER的同时，美国国家核安全管理局在加州利弗莫尔开辟了另一条技术路线――惯性约束聚变（ICF）。与托卡马克的"磁约束"不同，ICF的思路更接近氢弹的原理：用极短的高能激光脉冲，从四面八方同时轰击一粒米粒大小的氘-氚冰球，在极短时间内产生极高的压缩和温度，触发聚变。这不需要磁场，但需要极端精准的激光和极其精密的靶丸制造工艺。1997年，美国开始建造国家点火设施（NIF，National Ignition Facility），192束激光，总能量1.8兆焦，造价约35亿美元，耗时12年，于2009年建成。NIF具有用于核武器老化研究（不需要实际引爆核弹）+探索聚变能源的双重定位，前一个定位是其获得国会拨款的关键。NIF投入运行后整整十年都在追逐"点火"――即核聚变产出超过激光输入到靶丸的能量（不是总电力输入）。早期实验中等离子体每次都在达到点火条件之前失稳，研究人员反复改进靶丸设计和激光脉冲序列，直到2021年8月，NIF核聚变产出达到1.35兆焦，超过了激光输入靶丸的1.9兆焦的约70%，实现了"燃烧等离子体"状态――即聚变反应开始自我维持加热，而不完全依赖外部加热。2022年12月5日，NIF的实验中输入激光能量2.05兆焦，聚变产出达到3.15兆焦――输出超过输入，Q靶丸（靶丸吸收能量为分母）约为1.54，这是人类历史上第一次在受控实验室条件下，实现了聚变能量净增益。但这个里程碑需要审慎解读，NIF实验室的Q=1.54，是以靶丸吸收的激光能量为分母计算的，而如果以总电力输入（包括192束激光发射器的电力消耗）为分母，实际效率接近0.0003（用于聚变的能量只有总电耗的万分之三）。从科学上，它证明了ICF点火是可能的；从工程上，距离商业电站还有巨大的鸿沟。
长期以来，核聚变是国家垄断的科学事业，其原因显而易见：建一台托卡马克的花费往往以"十亿美元"为单位计算，而回报遥遥无期，没有私人投资者会去押注一项"永远还有50年才能实现"的技术――这个自嘲式的笑话在核聚变界已经流传了几十年。
但21世纪初，有几件事情同时发生，打破了这个逻辑：
第一，新材料技术的突破。高温超导材料（HTS）的商业化，尤其是REBCO（稀土钡铜氧化物）超导带材，使得制造更紧凑、磁场更强的超导磁铁成为可能。更强的磁场，意味着托卡马克可以做得更小、更便宜，而不必走ITER那条"越大越好"的路线。
第二，硅谷财富效应。互联网财富积累的亿万富翁群体，开始在2010年代寻找下一个"登月"级别的投资机会。清洁能源是天然的方向，而核聚变是其中最性感的故事。
第三，气候变化的紧迫性。随着气候议题在政策层面的升温，核聚变作为"终极清洁能源"的叙事变得更具现实意义，不再只是远期科幻。
第一波私营聚变公司大约在2000年代中期开始出现，但规模小，技术路线另类。其中TAE Technologies（原Tri Alpha Energy）成立于1998年，采用与托卡马克完全不同的"场反构型"（FRC）方案；General Fusion成立于2002年，追求一种奇特的"磁化靶聚变"方案，用活塞压缩等离子体。这些公司的共同点是：它们不相信大型政府托卡马克是唯一的路，它们在寻找更短、更便宜的路径。
高温超导与SPARC成为私营聚变圈的"iPhone时刻"。2021年9月，麻省理工学院衍生公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）宣布，他们在MIT校园里成功测试了一块20特斯拉高温超导磁铁。这一事件的重要性需要一点物理直觉才能感受到：在托卡马克中，等离子体压力随磁场强度的四次方增长，磁场从5T增加到20T（即提高4倍），等离子体可承载的压力提升256倍，这意味着，同样的物理性能，装置可以缩小到原来的1/40体积左右。ITER的超导磁铁约5特斯拉，CFS的磁铁是它的四倍，而且使用的是可工业化生产的REBCO带材，而不是ITER使用的需要液氦冷却到4K的铌钛合金线圈。基于这块磁铁，CFS计划建造SPARC（Soonest/Smallest Private Funded Affordable Robust Compact）――一台半径约1.85米的紧凑型托卡马克，预计Q>2，建造周期约4年，耗资约10亿美元。这比ITER便宜了100倍以上，时间线短了20年，这让投资者和科学家开始相信，一条更快、更便宜的可控核聚变路径是存在的。
CFS的成功演示直接带动了整个聚变赛道的融资热潮。2022年，CFS完成了18亿美元的B轮融资，由Tiger Global和Google领投，是私营聚变史上金额最大的单轮融资。此后，Helion Energy在2021-2022年获得微软联合创始人保罗・艾伦遗产基金和OpenAI CEO山姆・奥特曼的共计5亿美元投资。2021年，微软更与Helion签署了一份里程碑式的购电协议（PPA）――承诺在2028年之前购买Helion的核聚变电力，这是世界上第一份核聚变商业购电协议，虽然截止日期极具挑战性。整个2021-2023年，全球私营聚变企业共筹集资金超过60亿美元，参与企业数量超过30家。核聚变，从一个"永远50年后"的笑话，变成了风险投资的热门标的。
在ITER争论选址、NIF建造激光阵列的同时，中国以一种相对低调但极具系统性的方式，建立了自己完整的聚变研究体系。
中国的核聚变研究始于1960年代，在冷战时期同样基本独立发展。真正引发国际关注的，是2006年建成并投入运行的EAST（Experiment al Advanced Superconducting Tokamak，东方超环），该装置位于安徽合肥中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）。EAST是世界上第一台全超导非圆截面托卡马克，意味着它可以在超导状态下运行，而不是用常规铜线圈（常规铜线圈需要消耗大量电力来维持磁场），这使EAST在研究稳态等离子体行为方面具有独特优势。相应地，EAST不追求高功率，而是专注于研究长脉冲高参数等离子体，探索如何让聚变反应持续更长时间。
过去几年，EAST在这方面创造了一系列世界记录：
2021年：等离子体维持1.2亿摄氏度（比太阳核心热约8倍）长达101秒
2023年：在7000万摄氏度下维持403秒（超过6分钟）
2025年初：报告在1亿摄氏度下维持超过1000秒（约17分钟）
未来的聚变电站必须能在稳态下持续运行，故而这些记录具有直接的工程意义。
同时，中国还承担了ITER约9%的建造成本，通过参与ITER建造，中国系统性地培养了自己的可控核聚变工程制造能力，为未来的独立自主打下基础。当前中国已经开始详细设计CFETR（China Fusion Engineering Test Reactor，中国聚变工程实验堆）。CFETR的目标比ITER更进一步――不只是研究堆，而是具有氚自持能力和有限发电能力的工程验证堆，预计实现100-200兆瓦的聚变功率，并具备"零氚输入"的氚增殖能力。根据中国可控核聚变界的公开路线图，2030年代CFETR计划完成建造并运行，2040年代计划建造示范电站，2050年前后，预计将建成第一座聚变商业电站。
此外，韩国聚变项目KSTAR（Korea Superconducting Tokamak Advanced Research）与EAST的研究方向高度互补――前者更专注于等离子体稳定控制，后者更专注于长脉冲稳态。两国之间有深度的技术合作，也构成了亚洲在聚变赛道上最具竞争力的组合。KSTAR于2008年建成，虽然规模比ITER或EAST小，但以其在高约束模式（H-mode）下的等离子体稳定性研究著称。2021年，KSTAR将1亿摄氏度等离子体维持了30秒；2023年，这一记录提升至48秒；2024年进一步突破至102秒。
经过百年的研究，核聚变面临的核心工程挑战已经从"能不能发生反应"收敛到三个具体问题：
1. 中子辐照损伤：聚变反应产生的高能中子（14.1 MeV）会穿透磁场，轰击装置结构材料，造成材料脆化和活化。目前没有经过充分验证的材料能够承受商业电站规模的中子辐照数十年。
2. 氚的供应链：目前全球氚的产量极为有限，每年总量约15公斤，而一座中等规模的聚变电站每年消耗约150公斤氚。解决方案是"氚增殖"――用中子照射装置内壁的锂（Li-6+n→T+He），自产氚，但这一技术从未在大规模装置中验证。
3. 稳态等离子体控制：即使等离子体条件完美，任何细微的扰动都可能引发"破裂"（disruption）――等离子体突然失控，在毫秒内将巨大能量倾泻到装置上，一次破裂的能量足以损坏装置，自动化等离子体控制和破裂预测，也是当前机器学习在可控核聚变领域最活跃的应用场景之一。
核聚变的故事，是人类迄今为止最持久的一场技术赌注。从爱丁顿1920年揭开太阳的秘密，到2022年NIF首次实现能量净增益，再到今天高温超导托卡马克、长脉冲稳态运行、私营资本井喷式涌入――这场跨越百年的追梦，正站在一个前所未有的历史节点上。
聚变已经不再是“永远50年后”的遥远幻想，但也绝非“十年内”的轻率承诺，它正处于从科学验证迈向工程突破、从政府主导走向公私并进的关键过渡期，在这个节点上，艾瑞咨询即将发布《如日之升・2026年中国可控核聚变发展报告》。本报告将不再停留于科普式的可控核聚变原理介绍，而是立足于全球技术演进、产业生态与政策动态的交叉分析，聚焦三大核心命题：哪些技术路线最接近商用拐点？中国产业链在哪些环节已具备自主可控能力？资本与政策如何协同跨越“死亡谷”？
站在聚变前夜，回答时代的提问。我们诚挚邀请可控核聚变领域的核心材料供应商、关键设备集成商、商业聚变装置研发机构以及相关政府部门共同参与，共同回答那个被追问了百年的问题：第一盏由可控核聚变点亮的灯，将在何时、在何处亮起？
