受控核聚变的研发正逐渐从单项实验室纪录转向建造全尺寸磁体、真空室、冷却系统和实验装置，以检验稳定生产能源的可能性。
近几个月最引人注目的成就来自中国。2026年6月，中国专家完成了用于未来核聚变反应堆的世界最大超导磁体的制造和测试。与此同时，美国正在推进激光聚变和私营企业的小型装置项目，俄罗斯继续在T-15MD托卡马克上开展实验，并为国际热核实验反应堆ITER供应设备，而欧洲和亚洲的研究中心则致力于实现长时间等离子体约束，并研究未来发电站所需的材料。
尽管研究正在加速，但目前还没有任何国家建成一座能够持续产生比其整套设备消耗的电力更多的核聚变装置。大多数关于在21世纪30年代启动首批发电站的时间表仍然只是目标，而不是得到保证的日期。
核聚变能量如何产生
核聚变是为太阳和其他恒星提供能量的过程。在反应过程中，较轻的原子核结合成较重的原子核，同时其一部分质量转化为能量。
在地球上，氢的两种同位素——氘和氚——之间的反应被认为最有前景。二者结合时会产生一个氦原子核和一个快中子。释放能量的大约80%由中子带走，随后中子应当加热反应堆周围的包层。所获得的热量计划用于产生蒸汽并带动普通涡轮机旋转，就像火力发电站或核电站一样。
为了启动反应，必须将燃料转化为等离子体，并将其加热到约1.5亿摄氏度，这大约是太阳中心温度的十倍。在太阳上，巨大的引力有助于压缩物质。在地球装置中，则必须用磁场或超强激光脉冲取代引力。
要实现稳定聚变，必须同时满足三个条件：达到高温、形成足够的粒子密度，并将等离子体约束足够长的时间。决定装置实际进展的是这些参数的组合，而不是某项单独的温度纪录。
目前主要采用两种方法。
在磁约束方式中，等离子体位于环形真空室内。强大的超导磁体阻止等离子体与真空室壁接触。此类装置中最普遍的是托卡马克。另一种选择是仿星器，其磁场形状更加复杂，但可能更适合连续运行。
在惯性约束聚变中，一个装有燃料的小型靶丸同时受到激光照射。靶丸外层蒸发，燃料被迅速压缩，并在短时间内达到启动聚变反应所需的条件。
中国建成最大超导磁体
2026年6月，中国科学院等离子体物理研究所宣布，用于未来核聚变装置的D形环向场磁体已顺利完成测试。
该磁体长21米、宽12米、高3.3米，重582吨。据研发人员称，其体积是国际热核实验反应堆ITER同类部件的1.3倍，储存的磁能则是后者的三倍。
环向磁体在托卡马克真空室周围形成主磁场。磁场越强、越稳定，装置内部可以约束的等离子体压力和温度就可能越高。
这种磁体的建成意味着，中国已经掌握了大型超导线圈、特种钢、低温绝缘材料、保护系统以及超低电阻连接技术的制造能力。然而，单个磁体本身并不是反应堆。一座能源装置还需要完整的线圈组、真空室、低温系统、等离子体加热系统、中子防护系统和氚增殖设备。
中国正在同时推进多个相互关联的项目。2025年1月，EAST托卡马克在高约束模式下维持等离子体1,066秒，大幅超过此前403秒的纪录。该实验并未进行工业化能源生产，但证明了超导托卡马克长时间运行的可能性。
下一阶段应当是正在合肥建设的BEST装置。该装置计划于2027年底前完工。与EAST不同，BEST专为氘氚燃烧等离子体实验而设计，预计可获得20至200兆瓦的聚变功率。中国研发人员希望在2030年前后展示正能量平衡和发电能力。目前，这些仍是项目公布的目标，需要通过实验加以证实。
美国实现可重复的激光点火
美国最重要的国家级成果仍然是劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置NIF的工作。
2022年12月，NIF首次从聚变反应中获得了比激光直接传递给燃料靶更多的能量。此后，点火又成功重复了多次。
在2025年4月的实验中，激光向靶丸传递了2.08兆焦耳能量，而聚变反应产生了创纪录的8.6兆焦耳能量。靶丸层面的能量增益系数超过4，该实验成为NIF第八次成功点火。实验室于2026年4月详细公布了相关结果。
然而，这并不意味着NIF已经成为一座具有正能量平衡的发电站。为激光系统供电所需的电力远远超过到达燃料靶丸的能量。此外，NIF只能产生单次脉冲，其最初主要用于科学和国防研究，而工业发电站需要每秒重复发射多次，以较低成本生产高精度靶丸，并将热量高效转化为电能。
与此同时，美国私营部门也在发展。美国能源部表示，对美国核聚变项目的私人投资总额已超过100亿美元。2026年6月9日批准的国家路线图计划支持实验装置，并尝试在21世纪30年代中期将商业核聚变发电推向市场。不过，该部门也承认，该计划的实施取决于未来的资金以及政府合作伙伴关系。
Commonwealth Fusion Systems公司正在马萨诸塞州建造采用高温超导磁体的小型SPARC托卡马克。2026年4月，该公司估计项目完成度约为75%。SPARC不会成为完整的发电站，其任务是证明等离子体内部反应产生的能量可以超过直接用于加热等离子体的能量。
美国另一家开发商Helion采用脉冲磁系统，将等离子体膨胀直接转化为电能。2026年2月，该公司表示，其Polaris装置已经利用氘和氚进行了反应，并将等离子体加热至1.5亿摄氏度。这些指标由公司自行公布，目前还不能等同于证明整套装置实现了正能量平衡。
6月，Helion在华盛顿州获得了放射性材料使用许可证，以及正在建设的Orion设施的排放许可证。监管许可使其能够继续建设该设施，但并不能证明未来装置所宣称的能源性能已经实现。
ITER正在组装世界最大的国际托卡马克
国际热核实验反应堆ITER正在法国南部建设，参与方包括欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国。
ITER应当在50兆瓦外部加热功率条件下，在等离子体中产生500兆瓦聚变功率，即实现Q=10的能量增益系数。不过，该装置不会向电网供电。其任务是展示氘氚燃烧等离子体的稳定运行，并测试后续示范发电站所需的技术。
2026年6月，项目现场完成了由六个模块组成的中心螺线管的组装。7月，第六段真空室被安装到托卡马克坑内，至此未来反应堆环形结构的大约三分之二已经完成组装。
该项目大幅落后于最初的时间表。根据更新后的计划，研究运行应于2034年开始，满磁功率运行应于2036年开始，首批氘氚实验则应于2039年进行。
ITER的延期显示了工程复杂性的规模。即使拥有国际资金支持，制造独特的磁体、真空模块和冷却系统仍需要数十年时间。
尽管面临战争和制裁风险，俄罗斯仍可参与ITER
苏联在受控核聚变研究的发展过程中发挥了重要作用。1954年，首台托卡马克在库尔恰托夫研究所建成，后来“托卡马克”这一术语也由“带磁线圈的环形真空室”这一词组形成。
俄罗斯目前在这一领域运行的主要实验装置是2021年投入使用的T-15MD托卡马克。研究人员利用该装置研究稳定的等离子体约束模式、等离子体与反应堆壁的相互作用、偏滤器的运行、辅助加热以及等离子体柱的控制。研究结果计划用于开发核聚变中子源，以及融合聚变与裂变技术的混合反应堆。
因此，俄罗斯的计划目前并非以建设商业核聚变发电站为重点，而是侧重于开展物理实验、保留自身科研能力、开发反应堆技术以及建造混合装置。与此同时，T-15MD的运行使俄罗斯专家能够参与与国际热核实验反应堆ITER有关的研究。
俄罗斯仍然是ITER的七个成员之一。其在最初商定的建设成本中所占份额约为9.1%。相当一部分出资以实物形式提供，即提供设备和技术。俄罗斯机构参与供应超导导体、真空室和偏滤器部件、用于加热等离子体的回旋管、诊断组件以及供电系统设备。
俄罗斯对乌克兰发动全面战争后，莫斯科继续参与这一国际项目的问题不仅具有政治意义，也具有伦理和安全层面的意义。不过，现行ITER协议并未规定强制排除某一参与方或暂停其权利的机制。欧盟委员会指出，该协议只允许一个国家自愿退出项目。与此同时，俄罗斯连续两年没有履行ITER理事会轮值主席的职责。布鲁塞尔表示，与俄罗斯的双边接触也已减少到最低程度。欧盟委员会还表示，反应堆今后的开发和运行不会依赖俄罗斯的知识产权。在这种情况下，建议乌克兰在现有的欧盟制裁机制框架内，加强对来自俄罗斯联邦受制裁组织的物资供应的监控和审计。
德国测试托卡马克的替代方案
德国正在开发世界最大的仿星器Wendelstein 7-X。与托卡马克不同，仿星器主要通过外部线圈形成所需的磁场结构，不依赖等离子体内部的强电流。
这增加了磁体制造的复杂性，但可能使装置实现连续运行，并降低某些类型等离子体破裂的风险。
2025年5月，Wendelstein 7-X在持续时间超过30秒的长脉冲实验中，创造了三重积——温度、密度与约束时间的组合——的新纪录。在其中一次实验中，这一高指标维持了约43秒。
完成升级后，该装置应于2026年8月恢复实验。德国也已开始研制功率为2兆瓦的回旋管，以便更加高效地通过微波加热等离子体。
英国准备STEP原型装置
在欧洲JET托卡马克的实验结束后，英国将重点转向国家STEP计划。
球形托卡马克原型装置计划建在原西伯顿燃煤发电站的场址上。该项目应当在一套装置中整合等离子体、磁体、氚生产、热量排出、设备维护和发电。
2026年4月，英国原子能管理局公布了2026年至2030年路线图。在这一阶段，英国正在建立产业合作、研发反应堆材料，并为实施STEP项目选择合作伙伴。在真正开始发电之前，该项目还必须完成设计、许可和建设。
日本与欧盟准备JT-60SA的新阶段
日本与欧盟共同运行JT-60SA，该装置被正式认定为目前世界上最大的运行中托卡马克。它应当有助于为ITER和未来的示范反应堆开发运行模式。
在第一阶段实验结束后，研究人员对托卡马克进行了升级，安装了新的加热系统、诊断系统和偏滤器部件。第二阶段实验OP2于2026年4月启动。
JT-60SA不会使用氘氚燃料，也不用于发电。其主要任务是学会形成具备未来反应堆所需参数的稳定等离子体。
韩国专注于长时间等离子体和钨壁研究
韩国KSTAR托卡马克用于研究长时间高温运行模式以及控制等离子体不稳定性。
韩国正在逐步以钨部件替换装置内表面的碳部件。钨被视为未来反应堆偏滤器的主要材料之一，因为它能够承受高温，但钨进入等离子体后可能使等离子体参数显著恶化。
2025年，韩国聚变能源研究院与法国原子能和替代能源委员会CEA达成协议，将在采用钨壁的条件下，在KSTAR和WEST托卡马克上开展联合实验。这一研究方向应当有助于解决未来发电站的主要问题之一，即在不损坏设备的情况下，从等离子体中排出热量和粒子。
核聚变能源为何重要
核聚变的主要优势是燃料具有极高的能量密度。普通水中含有氘，而氚则计划通过中子与锂相互作用，直接在反应堆中生产。
根据ITER的估算，一座功率约为1吉瓦的发电站每年大约需要消耗250公斤氘和氚，而功率相当的燃煤发电站则需要数百万吨燃料。
聚变反应本身不会产生二氧化碳，主要产物是氦。核聚变装置也不会维持自我加速的链式反应：如果磁约束或燃料供应发生中断，等离子体就会迅速冷却，反应随即停止。
真空室内任何时刻的燃料量都非常少，因此在物理上不可能发生类似普通核反应堆功率失控的事故。
不过，如果称核聚变能源完全不产生废物，也是不正确的。快中子会活化真空室材料，因此某些金属部件将具有放射性，需要进行特殊处理。不过，研发人员希望使用放射性衰减速度远快于部分传统裂变反应堆废物的材料。
如果这种技术在经济上具有可行性，核聚变发电站将能够不受天气影响，提供稳定的低碳电力。这将使其能够补充太阳能和风力发电，减少天然气和煤炭的使用，并为工业、制氢工厂、海水淡化设施和大型数据中心提供能源。
还需要克服哪些障碍
第一个问题仍然是能量平衡。研究人员会区分等离子体或靶丸内部释放的能量与整套装置的能量平衡。像NIF那样在燃料靶丸层面取得正能量结果，并不意味着实验室产生的电力超过了其消耗的电力。
未来的发电站必须满足磁体、低温装置、泵、加热器、激光器、净化系统和燃料生产系统的供电需求。此后，还必须将所获得的热量转化为电能，并保留足够的电力向电网出售。
第二个障碍是运行时间。许多装置能够产生持续数秒或数分钟的极高温等离子体，但发电站必须连续运行数月，并保持较高的可用率和尽可能少的中断。
第三个问题是中子对材料造成的损伤。核聚变反应产生的中子会将原子从金属的晶体结构中撞出，使材料变脆并产生放射性。偏滤器承受的负荷尤其高，因为热量和反应废物都会被引导至偏滤器。
第四项任务与氚有关。天然氚储量极少。未来的装置必须自行生产至少与其消耗量相同的氚，从锂包层中提取氚，并将其送回等离子体。ITER将成为首个测试不同氚增殖模块的大型装置，但目前世界上尚未展示过完整的闭合燃料循环。
第五个问题是成本。超导材料、低温系统、复杂的机器人设备和抗中子合金仍然价格昂贵。即使反应堆在物理上能够运行，如果其建设、维修和燃料成本高于替代方案，也不会成为大规模能源来源。
首座发电站可能何时出现
中国计划在2030年前后通过BEST展示能源生产。多家美国企业提出的时间是21世纪30年代初。美国能源部的目标是下一个十年中期。英国和欧洲的计划则预计，向原型装置和工业反应堆过渡需要更长时间。
应当谨慎看待这些时间表。中国的BEST、美国的SPARC和Polaris、英国的STEP以及国际ITER项目采用不同技术，对成功的定义也不同。一些项目需要证明等离子体中的正能量平衡，另一些需要产生电脉冲，还有一些则需要展示发电站的完整运行周期。
近年来最主要的变化并不是所有物理问题均已得到解决，而是核聚变研究进入了工程竞赛阶段。各国和私营企业已经开始建设大型磁体、反应堆建筑、真空室和需要取得许可的场址。
中国的超导磁体证实，未来反应堆规模的设备可以制造出来。美国的激光实验已经证明，靶丸层面的点火可以重复实现。德国使仿星器更加接近长时间运行，而ITER则在世界最大的磁约束装置中汇集了主要科技强国的技术。
下一个决定性阶段将在某项计划不只是产生高温等离子体，而是同时证明装置能够长时间运行、实现燃料增殖、保证材料稳定性，并使整座发电站实现正能量平衡时到来。只有在此之后，核聚变才能从具有前景的科研项目转变为真正的能源产业。
乌克兰研究未来反应堆所需的等离子体和材料
乌克兰也参与国际受控核聚变研究，不过其计划的规模远小于中国、美国或欧洲，也不包括建设本国核聚变发电站。
乌克兰的主要研究中心是国家科学中心“哈尔科夫物理技术研究所”下属的等离子体物理研究所。该研究所是欧洲EUROfusion联盟的成员，并负责协调由六家科研机构组成的乌克兰研究团队。研究所约有135名研究人员、工程师、技术专家和博士研究生。
乌克兰科学家运行“Uragan-2M”和“Uragan-3M”仿星器。与更为普遍的托卡马克不同，仿星器利用形状复杂的磁场约束等离子体，可能更适合长时间连续运行。“Uragan-2M”向EUROfusion计划提供实验数据。
另一个重要研究方向与高温等离子体同反应堆壁的相互作用有关。哈尔科夫的QSPA Kh-50和QSPA-M装置可以产生强大的等离子体流，用于模拟未来核聚变装置内部短时间的极端负荷。
QSPA Kh-50是此类装置中功率最大的装置之一。研究人员利用它测试钨、特种合金和防护涂层如何承受等离子体破裂和热脉冲。解决这一问题至关重要，因为反应堆内室材料必须承受高温和强烈的中子辐照。
自2021年起，乌克兰成为欧洲原子能共同体Euratom研究与培训计划的联系国。乌克兰机构可以按照与欧盟成员国机构相同的条件，参加该计划的竞赛和项目。在此前2014年至2020年的Euratom计划中，乌克兰参与方获得了约490万欧元，用于核裂变和核聚变领域的项目。
全面战争爆发后，EUROfusion拨款250万欧元，用于支持哈尔科夫物理技术研究所以及与其相关的乌克兰机构。这些资金用于购买设备、保留科研团队，以及向年轻研究人员和工程师提供资助。
与此同时，乌克兰并不是ITER的独立参与方。该项目的参与方是欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国。因此，与协议成员国不同，乌克兰没有单独的国家配额用于供应设备和资助反应堆建设。
