东吴证券研究报告系统梳理了可控核聚变三类主流技术路线的演进与突破。磁约束托卡马克是物理研究最成熟的路线，1998年日本JT-60已实现Q=1.25，跨越科学可行性门槛。惯性约束美国NIF 2022年首次实现靶增益Q>1，2024年2月创纪录达5.2MJ。磁惯性约束Helion直线型装置模块化程度高、迭代周期仅1-2年，计划2025年下半年实现Q>1。三类技术路线在科学验证、工程推进和商业化探索三方面均已取得里程碑式进展，25-28年将成为集中验证Q>1的历史性窗口。
磁约束——托卡马克物理最成熟，ITER与BEST接力验证
磁约束聚变是用特殊形态的磁场把氘氚等离子体约束在有限体积内，使其受控制地发生核聚变反应。托卡马克是当前物理研究最成熟的装置类型，1998年日本JT-60装置实现Q=1.25，完成科学可行性向工程可行性的跨越。国际热核聚变实验堆（ITER）是全球规模最大的科研合作项目之一，投资超220亿美元，2006年启动建设，计划2034年开始等离子体实验、2035年实现Q≈10的氘氚聚变实验。
高温超导磁体的应用正改变托卡马克的研发范式。美国CFS主导的SPARC项目凭借私营资本实现30亿美元融资、5-6年建设周期，以3.5米级高温超导装置突破11T磁场强度，虽等离子体电流（8.7MA）略逊于ITER，却以1/8直径达成大于2倍的磁场增益。高温超导可将托卡马克线性尺寸缩至1/4-1/3、体积缩至1/40，成本大幅下降、迭代加速。国内BEST装置（聚变新能，投资145亿）预计2027年建成并验证Q>5，CFEDR规划700亿元作为商业示范堆。
惯性约束——NIF实现多次点火，系统总Q仍待突破
惯性约束聚变通过激光或粒子束在极短时间内对燃料靶丸进行加热和压缩，使内部产生极端高温高压触发核聚变反应。美国国家点火装置（NIF）是当前最具代表性的平台，2009年建成，采用192路激光光路。2022年12月首次实现聚变净能量增益——2.05MJ激光能量打击氘氚靶丸产生3.15MJ聚变能量，Q=1.54。此后NIF又实现6次点火，2024年2月产量达5.2MJ、能量增益超2。
然而，NIF的Q值计算的是输入到靶腔的能量与聚变反应输出能量的比值，并未包含激光器系统总能耗（实际需消耗约300MJ电能才能输出2MJ激光能量）。若计入系统总能耗，系统总Q值仍远小于1。其意义更多在于验证极端物理模型和国防研究，而非直接推动商用可控聚变。英国First Light Fusion等企业探索“飞片驱动”等新型路径，尝试以更高效率实现惯性约束的工程转化，但整体仍处早期阶段。
磁惯性约束——直线型模块化设计或率先实现能源化
磁惯性约束融合磁约束的持续性与惯性约束的高密度优势，采用直线几何设计省去传统环形磁体的复杂结构，模块化程度高、迭代速度快。最具代表性的是美国Helion Energy，其迭代周期压缩至1-3年，远超传统科研机构的十年周期。2023年第六代装置Trenta实现等离子体压缩密度3×10²²m⁻³、温度9keV（一亿度），第七代Polaris已建成。
Helion计划2025年下半年实现Q>1，2028年建成首个50MW商用堆并网发电，已与微软签署购电协议。直线型装置投资约30-40亿元/座，远低于托卡马克的百亿级规模。国内星能玄光、瀚海聚能、诺瓦聚变等初创企业也布局场反位形（FRC）技术路线。磁惯性路径因其工程灵活性和资本吸引力，正逐步形成新兴赛道，或率先实现核聚变能源化应用，改写竞争格局。
可控核聚变三类技术路线对比| 技术路线 | 代表装置 | Q值进展 | 投资规模 | 商业化预期 |
|---|
| 磁约束（托卡马克） | ITER、BEST、SPARC | JT-60 Q=1.25，BEST目标Q>5 | 100亿+元/座 | 2030-2040年 |
| 惯性约束（激光） | NIF | 靶增益Q>2（2024年） | 百亿级 | 2040年后 |
| 磁惯性约束（直线型） | Helion Polaris | 目标2025年Q>1 | 30-40亿元/座 | 2028年首堆 |
