我国聚变堆工程化应用发展研究

温儆吾 , 彭尚坤 , 贺旭霞 , 李海涛 , 路鹏 , 郭治鹏

中国工程科学 ›› : 1 -14.

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中国工程科学 ›› : 1 -14. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2025.03.010

我国聚变堆工程化应用发展研究

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Engineering Application of Fusion Reactors in China

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摘要

核聚变技术突破有望革新能源生产模式、创造显著的经济效益，成为全球科技和能源领域的中长期发展方向；应用工程化思维，推动从实验堆到示范堆的演进过程，对于高效率、低成本、高质量地开展聚变堆研究与建设具有重要意义。本文把握我国聚变力量总体布局，从安全监管体系、设计管理经验、项目管理实践、产业链培育、标准体系等方面梳理了国内外聚变堆工程化进展，深入研判了我国聚变堆工程化面临的突出问题。研究认为，在发挥组织优势推动聚变能开发、兼顾安全与发展制定核聚变监管政策、管／企合力培育聚变产业链、从顶层设计着手建立核聚变标准体系等方面构思发展策略，同步在面向聚变堆工程化的研发设计管理体系、由专业化企业主导的聚变堆工程建造等方面提出建设要点，有助于精准高效地推动我国聚变堆工程化进程，力争取得国际核聚变领域的领先地位。

Abstract

Breakthroughs in nuclear fusion technologies are expected to revolutionize energy production and generate substantial economic benefits, emerging as a key medium-to-long-term development focus in global science, technology, and energy domains. Applying engineering-oriented methodologies to advance the transition from experimental to demonstration fusion reactors is of critical significance for conducting fusion reactor research and construction with high efficiency, cost-effectiveness, and quality. This study reviews the general situation of the fusion industry of China, and examines the progress in fusion reactor engineering in China and abroad across five critical dimensions: safety regulatory systems, design and engineering management, project implementation practices, industrial supply chain cultivation, and standardization framework. Moreover, it identifies the prominent problems faced by fusion reactor engineering in China, and proposes development strategies focusing on the following aspects: leveraging organizational strengths to advance fusion energy development, formulating fusion regulatory policies that balance safety and development, fostering public-private collaboration to cultivate the fusion industry chain, and establishing a top-down design approach for building the fusion standardization system. Regarding the research and engineering management of fusion reactor engineering, as well as the construction of fusion reactors led by specialized enterprises, strategic suggestions are further proposed to efficiently and precisely advance fusion reactor engineering in China, with the goal of achieving a leading position in the international fusion energy industry.

Graphical abstract

关键词

聚变堆 / 工程化设计 / 工程化建造 / 核安全监管 / 聚变产业链 / 标准体系

Key words

fusion reactor / engineering design / engineering construction / nuclear safety regulation / fusion industry chain / standardization framework

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温儆吾,彭尚坤,贺旭霞,李海涛,路鹏,郭治鹏. 我国聚变堆工程化应用发展研究[J]. 中国工程科学, , (): 1-14 DOI:10.15302/J-SSCAE-2025.03.010

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一、 前言

在国际能源需求不平衡、温室气体排放导致全球变暖的背景下，可控核聚变技术突破有望革新能源生产模式、创造显著的经济效益[1,2]，被视为最有希望彻底解决能源和环境问题的根本出路之一[3]。国际上可控核聚变研发进展良好，引起了政府、科研院所、企业乃至全社会的关注。2023年，欧洲联合环装置在氘氚运行实验中产生了69 MJ的能量，是1997年获得能量的3倍以上[4]。2025年4月，美国的国家点火装置成功开展了第8次聚变点火实验并产生了8.6 MJ的能量，首次实现能量增益Q>4[5]。全球可控核聚变领域的投资和建设规模迅猛增长，有超过45家民营企业开展可控核聚变研究，市场融资总额约为71亿美元[6]。我国可控核聚变领域也保持了良好的发展势头。2025年1月，中国科学院等离子体物理研究所研制的全超导托卡马克装置东方超环（EAST），创造了托卡马克装置高约束模运行的世界纪录[7]；2025年5月，核工业西南物理研究院研制的中国环流器三号（HL-3）可控核聚变大科学装置，实现了大电流、高温、高约束模式运行，标志着我国可控核聚变快速挺进燃烧实验[8]。

参照核裂变技术的开发进程，可控核聚变从原理技术突破到聚变能利用，需要至少经历实验装置、实验堆、示范堆、商用堆4个阶段才能实现商业化应用。国际上普遍认为，当前可控核聚变研究正在从科学实验向工程实践过渡，以国际热核聚变实验堆（ITER）项目为代表。无论是可控核聚变实验装置还是实验堆，其建造规模、系统复杂度均不亚于大型裂变核电厂，相应的设计与管理难度远超传统的实验装置。为此，运用工程化的思维和方法，系统全面地推进聚变堆的建设、运营和管理，将促进可控核聚变领域的稳健发展。聚变堆不同发展阶段的工程化内涵如表1所示。然而，社会公众普遍关注可控核聚变技术何时用于发电，科学家致力突破聚变堆的原理技术，很少有人关注实验室到商业化应用之间的工程转化问题。1952年首次氢弹原理试验成功，标志着地球上首次实现规模化的聚变放能，但70多年的聚变研发都以科研院所为主，工程化的思维和方法并没有建立起来。

聚变堆工程化指将科学的技术与管理方法系统化、标准化地应用于实际聚变科研、聚变堆建设等过程，核心在于运用工程化的思维和方法，通过规范化流程、模块化设计、系统化资源整合，追求高效率、低成本、高质量建设目标，贯通从实验室到商业聚变核电厂的全流程。值得指出的是，工程化的思维和方法不仅针对商业聚变核电厂，而且适用实验堆，既是鉴于建造规模和复杂程度的实际考量，也是应对国际聚变领域竞争、加速聚变堆商业化的必然选择。

在我国，聚变堆工程化不宜照搬国外实践和经验，如已拥有完整的产业配套体系与建设能力，没有必要采用ITER项目中分散的合同组包模式。本文面向我国当前实验堆、未来示范堆的建造阶段需求，结合国际主要关注点，分析国际国内聚变堆工程化发展现状，剖析我国聚变堆工程化面临的问题，从组织体系、监管体系、设计管理、项目管理、产业链、标准体系等方面提出应对策略，以为我国可控核聚变领域的稳健和可持续发展提供前瞻构思。

二、 聚变堆工程化的发展现状

（一） 我国聚变力量总体布局

1. 以两大研究院为主的三元科研体系

我国核聚变研究始于20世纪50年代，基本与国际同步启动，目前形成了涵盖专业科研院所、高校、民营企业的三元科研体系。

核工业西南物理研究院是我国最早成立、从事聚变能开发利用的专业科研院所，牵头建设了中国环流器一号（HL-1）、中国环流器新一号（HL-1M）、中国环流器二号A（HL-2A）、HL-3等系列化的托卡马克装置[9]。中国科学院等离子体物理研究所是我国第二家从事聚变堆科研的专业科研院所，先后建成了常规磁体托卡马克HT-6B、HT-6M，我国首个圆截面的超导托卡马克实验装置合肥超环（HT-7），世界首个非圆截面的全超导托卡马克实验装置EAST；即将完成验收的“聚变堆主机关键系统综合研究设施”（CRAFT）是我国规模最大、功能最全的聚变堆研究综合体；正在建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）总投资超过100亿元，规模处于国内领先位置。

一些高校结合自身的科研能力和专业发展需要，建设了一系列中小型的聚变科研装置，多用于聚变堆的局部技术研究，构成了对两大科研院所的有效补充。华中科技大学与美国得克萨斯大学奥斯汀分校合作建设了J-TEXT托卡马克装置，支持开展缓解等离子不稳定性的研究。清华大学建设了SUNIST球形托卡马克装置，用于磁重联高效加热等离子体方面的新技术研究。西南交通大学、南昌大学、南华大学等均建有小型磁约束聚变装置。北京航空航天大学、北京大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学等建设了多种类型的直线装置，用于等离子体与材料相互作用的研究[9]。

民营企业积极在聚变领域进行投资，成立了多家聚变初创公司，开展聚变技术研究的快速迭代，加快追赶主流研究机构。能量奇点能源科技（上海）有限公司建设了全高温超导托卡马克装置，实现了放电[10]。新奥集团股份有限公司以球形托卡马克氢硼聚变作为主攻方向，产生了高温、高密度条件下兆安级的等离子体电流[11]。此外，陕西星环聚能科技有限公司、瀚海聚能（成都）科技有限公司、合肥星能玄光科技有限责任公司在不同方向上开展了特色研究，以创新思路提供了“换道超车”方案的可能性。

2. 以三大核电工程公司为主的核能建造力量

我国核电经过近20年的发展，形成了完整的核工程设计、核工程总包、核电机组建造、核设备制造工业体系，建成核电机组57台，在建核电机组28台，在建规模连续多年位居世界首位[12]。

在工程总承包方面，中国核电工程有限公司、中广核工程有限公司、国核工程有限公司等主要的核电工程公司，在核能工程总体设计、项目管理、建造技术研发等方面持续提升，培养了一批具有设计、建造、调试经验的工程师，积累了深厚的建设能力和建造管理经验。以中国核电工程有限公司为例，自2007年成立以来交付核电机组15台，目前承担着14台核电机组的工程总包任务；拥有专业工程师超过7000人，建成并优化核聚众台协同设计管理系统、一体化智慧工程管理系统，具备了核电工程建造全链条的管理体系和整合能力；牵头的中法联合体是ITER项目托卡马克主机安装的唯一承包商。

在工程施工方面，得益于大规模核电建设，我国逐渐形成了专业能力强、管理规范、核安全文化素养良好的施工团队，发展了以主管道自动焊、穹顶一体化吊装、开顶法施工等为代表的建造技术体系。其中，中国核工业二三建设有限公司、中国核工业第五建设有限公司、中国能源建设集团浙江火电建设有限公司等是安装方面的代表性企业，中国核工业华兴建设公司、中国核工业第二二建设有限公司、中国建筑第二工程局有限公司等是土建方面的代表性企业。

（二） 聚变堆核安全监管体系

国际上普遍认为，聚变堆的核安全监管相较裂变堆更为宽松，但如何具体实施尚未形成统一的认识。现有3种主要的监管模式。

严格按照核设施监管。ITER项目作为全球规模最大、影响深远的国际可控核聚变科研合作项目，在整个设计和建造阶段按照法国核安全与辐射防护局的要求参照基础核设施进行监管，是世界范围内依据核安全法律规章体系对聚变堆进行监管的首次尝试[13,14]。

放宽聚变能的安全监管要求。为推进核聚变技术发展并激励社会投资，美国和英国以立法的形式明确，将核聚变设施作为射线装置进行监管。英国颁布《能源法案》（2023年），明确聚变电厂不属于核设施范畴，无需申请核设施许可证，取消关于聚变堆选址的监管要求，由英国环境署、健康与安全执行局共同开展监管[15]。美国修订《原子能法》（2024年），明确将聚变装置列入粒子加速器的监管框架，而不参照核设施进行监管[16]。

推进分级分类安全监管。俄罗斯修订《原子能利用法》（2025年），提出了核聚变的分类监管方法。含有核材料或产生高强度电离辐射的聚变堆及相关装置，纳入核设施管理范畴；其他聚变装置适用射线装置（类似辐射源）安全监管标准[17]。我国在《聚变装置分级分类监管要求（征求意见稿）》（2024年）中提出了分类监管思路：不使用放射性物质作为工作介质的聚变研究装置（如等离子体物理实验装置），参照射线装置进行监管；使用氚作为燃料的聚变装置，按照中子产率的不同进行分级监管。我国发布了《关于聚变装置辐射安全管理有关事项的通知》（2025年）[18]，针对等离子体物理实验装置、氘氚聚变实验装置，规范了辐射安全监管要求，明确了辐射安全许可证制度。

（三） 聚变堆设计管理经验

ITER组织总体负责ITER的设计工作，确定了“自上而下”的功能设计、“自下而上”的系统集成等总体设计原则。ITER的硬件与软件按照电站分解结构进行管理，包括磁体、包层、偏滤器、冷却水、氚工厂等33个系统，各系统独立开展设计工作并实行技术负责人（TRO）制度，不同系统之间采用三维设计进行集成。从ITER的设计与实施过程看，当前的设计管理体系存在不尽如人意的地方，如各系统的设计缺乏协同、技术决策体系不完善、协同设计管理平台缺失等。

我国聚变堆的工程化处于早期阶段，尚未开展大型聚变堆的详细工程设计工作。然而，我国具有数十年的压水堆工程设计与管理经验，可为未来聚变堆的工程设计与管理提供支持。压水堆核电厂设计过程构建了包括总体布置、专业协同在内的设计管理体系以及完整的设计管理工具集。例如，在“华龙一号”的发展过程中，以《标准核电项目设计管理大纲》[19]为牵引，形成了设计阶段、管理岗位、管理要素“三位一体”的设计管理体系[20]。针对核电项目设计管理的基本要素提出了目标、质量、进度、接口、安全、文档、信息化等方面的管理要求。对设计经理、总设计师、计划工程师、接口工程师、质量工程师、设计所负责人等关键管理岗位提出了基本要求，明确了各岗位在可行性研究、方案设计、初步设计、施工图设计阶段中的工作及职责。

（四） 聚变堆项目管理实践

ITER是当前规模最大、最接近未来聚变示范电厂规模的大型聚变实验堆，尽管项目能够推进，但管理层面明显有欠完善。例如，2013年的管理评估报告即指出，ITER组织内部的项目管理文化氛围不强，具有项目管理和工业建造经验的工程技术人员不足，技术决策进度缓慢且效率低下，项目计划缺少实际可操作性，人员对成本和风险的敏感性不足，关键管理工具缺乏[21]。2019年，中国核电工程有限公司牵头的中法联合体在实际执行TAC1合同过程中发现，2013年所提问题依然比较突出。低效冗长的文件审批制度，明显影响了项目的文件准备工作。上游计划的不确定性导致项目资源需求呈现不规则的波动。部分技术的状态不成熟、与低效率的技术决策过程叠加，导致现场问题的处理周期过长。执行层具有浓厚的科学家氛围，而进度、成本、风险方面的意识较弱，导致整个项目的进度与风险把控困难。尽管引入了先进的项目管理理论和管理体系，但实际操作经验缺乏，反而加重了项目管理负担。

（五） 聚变堆产业链培育

聚变工业体系涉及上游的原材料、中游的装备制造、下游的建设运营，是一个较为庞大的产业链（见图1），能够辐射和带动多种工业技术的发展。但聚变行业具有特殊性，与其他行业“相容性”差，导致培育和建立聚变供应体系需要多方协同发力。ITER作为全球最大的聚变实验堆项目，在建设过程中同步催生了聚变供应体系。ITER项目原创性突出、注重国际合作，相应的供应体系也有独特性。① ITER的主机及关键系统主要根据ITER协议分工，由成员国以实物贡献的方式提供；各国政府再以采购包的形式委托各自国内制造企业进行加工制造，呈现供货分散、非商业性的特点。② ITER设备供货体现出广泛的国际协作。以磁体系统为例，中国承担PF6磁体、校正场磁体供货；欧盟承担10个TF磁体，PF2、PF3、PF4、PF5磁体供货；日本承担8个TF磁体供货；俄罗斯承担PF1磁体供货；美国承担中央螺线管磁体6个线圈和1个备用线圈供货；同时，PF磁体所需的NbTi超导材料由中国和俄罗斯供货，TF磁体所需的Nb3Sn超导材料由中国、欧盟、日本、韩国、美国供货[22]。③ ITER项目中的许多设备及工艺是在科研人员、工程师充分协作基础上形成的原创性设计，如环向场线圈制造、真空室组装工艺、超导接头组装工艺等。

我国的聚变产业链随着ITER项目的推进而萌发。自2006年加入ITER项目以来，我国承担了9.1%的关键部件研制任务，提供了包括磁体支撑、包层第一壁、环向场磁体线圈导体、极向场磁体线圈导体、诊断系统在内的14个采购包[23,24]。在这一过程中，我国聚变产业链逐步成长，部分细分产业初具规模，如在超导磁体方面形成了超导材料生产、超导缆材制备、磁体制造、磁体测试全链条的生产体系，培育了一批材料与设备制造核心企业。然而，我国在ITER真空室及偏滤器等核心部件领域的参与度很低，在氚工厂、诊断及加热系统等方面也较少涉及。近年来，随着高温超导、人工智能等技术的突破，社会资本积极涌入，聚变产业链的投资力度、基础能力进一步强化。整体上，我国聚变产业链初步形成“国家队引领+民企协同+资本助推”的产业生态、“科研+制造+工程”的产业布局。

（六） 聚变堆标准的体系化

聚变堆建造的专用标准尚未体系化，为此ITER项目采用了沿用现有的工业标准、新增定制的ITER标准发展策略[25]。在设计建造期间，大量采用现有的工业标准，如国际标准化组织（ISO）标准、国际电工委员会标准、美国机械工程师学会（ASME）标准、美国材料实验协会标准、欧洲标准、日本工业标准等。在法国标准化协会的数据库中，对ITER组织有关技术文件中明确采用的部分标准进行了标识[26]。针对现有工业标准不适用的情况，ITER组织专门制定了ITER标准并发布各类技术文件。

我国加入ITER计划后，基于ITER采购包任务对标准的需要，从2008年开始启动核聚变标准化工作，在标准体系研究、采购包的标准化支撑、国际合作与交流等方面取得了一定的成效。发布了全球首项核聚变领域国际标准——《反应堆技术 ‒ 核聚变反应堆 ‒ 核聚变堆高温承压部件的热氦检漏方法》（ISO4233：2023），成立了全国核能标准化委员会核聚变分技术委员会（SAC/TC68/SC6）[27]。截至2024年年底，我国在核聚变领域发布6项国家标准、7项行业标准、196项专项标准，立项ISO国际标准3项并新提案ISO国际标准5项。

三、 我国聚变堆工程化的问题研判

（一） 聚变堆工程化组织面临“研产”脱节且人才错配的困境

核聚变技术与核裂变技术存在显著的差异性，在此背景下我国核能技术发展逐渐分化成不同的领域，出现了核聚变技术研发与成熟的核工业体系脱节的情况。无论是工程总包企业还是核电施工企业，都没有充分介入国内的聚变能开发。核聚变技术研发本质上具有复杂的系统工程特征，目前处于成熟度较低的早期，因而国内相关工作主要分布在专业科研院所、高校是可行的。然而，随着核聚变技术成熟度的逐步提高，需要配套工程化设计、工程项目管理、聚变供应体系，这对专业科研院所而言是超出能力范围的。而现实状况是，专业科研院所出于自身发展利益、规避行业竞争等方面的考虑，趋向自主承担相对专业且复杂的工程项目任务，而非寻求具备专业能力的外部力量协作。一方面，导致专业科研院需要构建管理体系、管理工具并配置专门人力资源，造成国内关键能力的重复建设；另一方面，核电工程设计院、工程公司积累的专业经验和人力资源得不到有效利用，可能延缓我国核聚变的发展进程。

人才短缺与人才稀释现象并存。在我国，核聚变领域的直接从业人员总体规模在1万人左右[28]，相较整个核工业约45万人的从业人员规模而言属于少量[29]。相关专业人才集中在核工业西南物理研究院、中国科学院等离子体物理研究所等专业科研院所（约3千人），其余零散分布在其他研究机构和高校。随着聚变能技术开发进入实验堆、示范堆阶段，聚变领域人才整体呈现短缺态势。而聚变相关专业科研院所“跨界”搞工程，“转行”的科研人员多为领域内的骨干人员，将进一步稀释聚变领域本就不充分的人才资源。

（二） 核安全监管原则亟待明确

安全是核能发展的生命线，核安全监管和相关许可制度是确保核聚变安全发展的必要举措[13]。然而，聚变堆具有独特的安全特性，多数国家和国际组织基于裂变核电站的技术特征、风险类别、经验反馈制定的核安全监管体系不再完全适用核聚变领域[30]。ITER项目的实践表明，采用类似裂变堆的严格核安全监管很可能是非必要的，也将在一定程度上制约核聚变的开发进程。聚变堆相较裂变堆具有本质安全的优势（见表2），致使聚变堆的监管有异于裂变堆。国际上普遍趋向采用相较裂变堆更为宽松的监管政策[31]。

我国在聚变堆安全监管方面的研究起步较晚，相关要求处于征求意见阶段而尚未正式发布。面对核聚变研究和相关社会投资更为积极的现状，我国的核安全监管制度已不显适宜，亟待尽快发布国家正式监管要求，引导聚变堆建设并保持安全发展。

（三） 聚变堆工程化设计能力有待提升

无论是实验堆还是示范堆，大型磁约束聚变堆的复杂程度都高于裂变堆核电厂，在裂变电厂必要的系统以外，还包括托卡马克主机系统、磁体系统、加热系统、燃料循环系统、诊断与控制系统、低温系统等聚变堆独有的系统。需要托卡马克主机相关的专业设计人员，包括核工程、核化工等在内的全专业体系的配合参与，所需专业数量、专业工程师将超过压水堆核电厂，而现有的专业科研院所因缺乏大型聚变堆完整的工程化设计能力而难以独自承担。

大型聚变堆作为一类核工程，其工程设计不同于聚变实验装置，需要综合考虑多方面的因素。例如，采用纵深防御、单一故障准则等安全设计理念，才能实现全面的核安全功能；借鉴以往的工程经验与反馈，对现有设计方案进行持续的优化改进，同时考虑可维护性，兼顾降低建造成本和运维成本；继承裂变堆核电厂“合理可行尽量低”的理念，尽可能降低工作人员辐射剂量与环境排放，确保环境友好性。可见，聚变堆的工程化设计需要吸取裂变堆长期以来形成的发展经验。

大型核工程的工程设计通常具有设计时间长、任务多、参与专业多、参与人员多、接口复杂等特点，需要依托完善的工程设计管理体系、设计方案管理平台，对工程设计过程中的各参与方进行有效的协同管理，才能保障工程设计质量、提高工程设计效率，最终实现按计划交付的目标。然而，针对聚变堆工程化设计的管理体系与设计方案管理平台等仍待建设和发展。

（四） 聚变堆项目管理认知有待深化

聚变堆的项目管理有别于传统工程项目。聚变实验堆、示范堆建造属于大科学工程[32]，相应的项目管理具有传统工程项目特点；但鉴于聚变装置的特殊性，不能完全按照传统的大型工程项目方式进行管理。例如，聚变堆项目较多采用新材料、新工艺、新技术，需要应对极端复杂物理环境带来的工程技术难题（超低温、超高温、超真空、极端电磁环境等），相关项目管理涉及新的更高要求（见表3）。

专业科研院所难以独立实施复杂项目管理。项目管理是一门专业性很强的学科，涉及组织、行为、质量、安全、控制、成本等方面的要素协同，较多依赖经验积累以及配套的体系化管理能力。聚变堆（实验堆和示范堆）建设开始朝着大型化、复杂化、系统化方向发展，与专业科研院所承担科研课题管理的深度和广度有着本质区别。专业科研院所不具备这类复杂项目的管理经验和人才储备，相关问题在ITER项目建造上已经体现得很充分。

（五） 聚变堆产业发展与现实需求存在矛盾

聚变堆工程化需求与产业配套时间存在错位。很多聚变相关的技术和产品都处于发展探索阶段，没有形成规模化应用，不利于加快聚变堆工程化的进程。以磁约束托卡马克为例，反应堆装置包括磁体系统、超导馈线系统、加热系统、诊断系统、遥操作系统、包层及偏滤器系统、真空室及杜瓦等，从ITER项目经验看这些系统的成本占到了整个聚变核电站系统的50%以上[33]；然而，其中有相当一部分产品不够成熟、高度依赖未来聚变领域的发展，但受限于聚变发展进程缓慢以及政策因素，相关企业很难给出长期的合作承诺以及明确的需求预判；某些部件的制造周期远大于使用时间[34]，表明供应链无法支持聚变研究的高效开展。

聚变作为一个全新的产业，存在需求方和供应方信息不匹配的问题。聚变堆存在独有的技术特点，关联产业还没有规模化，产品配套呈现技术要求高、数量需求少、单件价值低的特点，多数产品需要定制化开发。然而，产业界并不掌握聚变相关的技术与产品需求以及未来发展趋势，没有形成相应的产品配套能力，也缺乏提前开展针对性研制的动力。当前，国内聚变领域的两大研究院、四大核电集团处于相对独立的产业链和“生态圈”，在一定程度上制约了聚变上下游产业的发展。

（六） 现有的标准体系与聚变堆工程化不匹配

我国经过数十年的核电厂建设，形成了完备的核电厂建造标准体系，部分标准可以在聚变领域参照执行。然而，聚变堆在基本原理、设备特征方面与裂变堆有着明显不同，如磁体系统、加热系统、诊断系统、真空室等都是聚变堆独有的，聚变堆不使用裂变材料、不涉及核临界，产生的放射性废物更少，反而对真空度、清洁度、材料的极端温度特性等提出特殊要求，导致现有的核裂变标准体系并不完全适用聚变堆。此外，我国核聚变标准体系尚处于起步研究阶段，无法发挥标准对聚变产业高质量发展的基础性和引领性作用，难以支撑核聚变工程化和产业化需求；亟需围绕核聚变工程化和产业化过程中的基础及核心领域，在专用标准体系层面开展前瞻布局。

四、 我国聚变堆工程化发展策略

（一） 发挥组织优势推动聚变能开发

1. 实施积极的政策引领

可控核聚变开发事关国家中长期的能源供应安全，需要管理部门实施积极有为的宏观调控。立足聚变技术进展、国际竞争与合作态势[35~38]，国内“产学研政”各层面逐步形成共识，核聚变发展将迎来重要的窗口期，不同磁约束技术路线、燃料方案等面临多元化发展的机遇。建议加快研究并制定国家层面的聚变能发展规划和扶持政策，论证形成统一的技术发展路线图，为可控核聚变技术研发、工程建设、产业培育提供依据。① 由科技、教育、发展和改革、能源等管理部门协同，加快制定我国可控核聚变技术开发战略规划，择机部署科技重大专项，科学设置关键发展节点，在聚变堆原理研究、工程化项目扶持、产业培育等方面提出发展指导意见。② 凝聚共识、合理分工，以统一的技术发展路线图指导聚变能开发工作；以重大项目为牵引，采用磁约束托卡马克氘氚的技术路线，调动并集成“产学研政”各方力量，激励企业、高校、社会资本积极参与聚变技术开发。③ 考虑设置聚变能发展基金，以专项资金支持的方式吸引有实力的企业参与可控核聚变技术开发，侧重支持核聚变技术的多元化发展（如磁约束方面的场反位形、仿星器、球形托卡马克），燃料方案的细分技术方向（如氘氘聚变、氢硼聚变）。

2. 发挥企业创新及产业转化方面的优势

当前，影响我国聚变能开发的主要因素是以单位实体为分界的企业因利益分配问题而与专业科研院所之间存在矛盾，不利于合作交流、优势互补，也使本就有限的资源更为分散。企业是经济发展的基石、科技创新的主体，专业企业则是未来聚变堆工程化甚至商业化的承接单位。需要抛开学术偏见、弥合利益分配矛盾，以企业牵头的组织形式，与专业科研院所、高校等联合开发可控核聚变技术。可由管理部门协调，核工业企业、专业聚变科研院所共同参与，设立国家聚变能公司，进而以公司制的运作模式推动各方深度合作、兼顾利益的合理划分；由此推动工程化企业、专业科研院所的优势互补，快速壮大我国核聚变综合力量。实际上， ITER组织在一定程度上可视为企业运作方式，尽管进度难言理想，但仍然较好地凝聚了全球聚变科学家、工业企业的主要力量。

3. 鼓励民营企业和社会资本参与

鼓励工业企业、民营资本尽早介入核聚变技术研发已经成为全球共识。国际原子能机构（IAEA）提出，鉴于聚变能开发需要大量资金，政府和社会资本合作模式成为聚变能开发的关键机制[39]。我国民营资本在发展聚变能方面积极性良好，可作为核聚变技术研发国家力量的有效补充。① 民营企业具有资本运作灵活、市场响应敏锐的优势以及由此形成的产业转化能力，通过政策引导可更好发挥民营企业的相关优势。可借鉴美国国家航空和航天局提出的商业现货（COTS）产品机制[40]，采用政府激励+企业出资的模式，鼓励有实力的民营企业承担核聚变关键技术攻关任务，加快实现“政策引导、专项支持、产业对接”的良性循环。② 民营企业作为聚变行业的“新手”，科研实力、技术储备通常不够厚重，可考虑定向扶持民营企业的技术条件和人力资源。支持专业科研院所与民营企业的深度合作，成立联合科研攻关团队，许可人员跨单位协作，开放科研基础设施；适当放宽知识产权限制，以灵活的知识产权分享机制，确保民营企业以较低的成本获得关键技术支持。例如，我国参与ITER项目获得了大量技术资料，将这些成果与民营企业需求对接，最大化发挥使用效果，是亟待突破的课题。

（二） 兼顾安全与发展制定核聚变监管政策

各方普遍认为监管方越早介入聚变相关工作，越有利于监管政策的制定，因而核聚变监管一直是国际核聚变领域高度关注的课题，需同时考虑适度可行、风险可控。尽量避免因沿用核裂变严苛的监管要求，造成聚变堆建造要求过度冗余、成本增加，降低投资信心而不利于可控核聚变的发展；也需警惕过于宽松的监管倾向，带来安全隐患或公众事件而引起市场和公众的恐慌。核聚变监管的核心是建立与风险相称的分级框架[41,42]。

1. 明确聚变核安全监管的原则

鉴于监管体系建立的复杂性，开展现有法律规章的适用性分析，形成适用、修订后适用、不适用、需新增等分类处置意见，提出涵盖聚变堆选址、设计、建造、装料、运行、退役等环节的全生命周期监管建议[13]。充分借鉴ITER组织、美国、英国等在聚变领域的监管政策实践，避免监管力度过度或不足，尽量适用国际准则。聚变堆发展路线多样，不同聚变堆路线的放射性水平、反应堆特征等存在较大差异；针对不同聚变堆的特性（尤其是安全特性）、放射性危害水平，针对性制定监管的分级要求。尽可能针对聚变堆的设计、施工、调试、运行、退役，采取目标导向的监管方法，使相关方有针对性地采取措施来应对潜在风险。针对聚变堆的事故特征，建立相应的应急准则，如是否应做到在任何事故情况下均无需场外应急，由此降低应急成本、扩大选址范围；坚持放射性废物最小化要求，强调避免聚变堆因中子活化而产生长寿期、高活性材料。

2. 扩大核材料使用和研究范围

多数的聚变技术路线涉及氚、锂6等关键核材料的使用。在我国现行法律规章体系下，核材料超过一定量后，其保管和使用均应接受严格的管控，也需建立相应的保护体系和实体设施。在聚变堆监管政策中，需同步考虑在保证控制核不扩散的前提下，可控核聚变研发机构获得核材料的可行性。部分专业科研院所、高校等受制于相关核材料的使用约束，转而选择氘 ‒ 氘、氢 ‒ 硼等点火条件要求较高、实现难度更大的聚变技术路线；尽管可以丰富聚变技术路线，但也提高了核聚变技术的研发准入门槛，并不利于核聚变技术发展。

3. 坚守核安全文化的底线

形成对核安全的敬畏态度和规范行为，是一项长期工作[30,43]。我国核安全文化是伴随着核工业发展而形成的，凝聚并培养了从业人员和社会公众的核心价值观，已成为核行业从业者的集体意志，在确保核设施建造质量、核设施稳定运行方面起到了安全基石的作用。在核聚变技术发展过程中，核安全文化这一底线需要继续坚守。

（三） 管／企合力培育聚变产业链

1. 发挥管理部门的发展引导作用

由管理部门牵头开展聚变产业链发展的顶层设计，发挥“产学研”协同优势。及时提供政策支持，对聚变相关企业给予一定的税收减免，在企业用地、项目审批等方面给予优先保障。参照国际发展经验[44]，针对可控核聚变核心关键技术，考虑采取设立专项基金等方式，吸引有实力的企业深度介入研发。

2. 重视产业联盟的推动作用

聚变产业作为在正在发展中的新兴产业，待解决的核心课题是需求方和供应方的信息不匹配，可考虑专门制定发展规划来促进国家实验室、大学、非营利实体、民营企业之间的合作[45]。建议成立全国性的行业协会或产业联盟，推动信息共享和业务交流，更好匹配聚变堆研发机构的需求、产业界有意愿参与聚变产业链的实体，促成产业资源优化配置。

3. 突出迭代式产业孵化的促进作用

聚变装置、聚变实验堆的现有市场规模尚不足以支撑聚变产业链企业盈利。充分调动相关企业参与聚变产业链的积极性，将聚变能开发过程中的衍生技术尽快开展产业转化，推动实现“收益 ‒ 再投资”的核聚变技术迭代式开发，维持产业的良性和可持续发展。以超导技术应用为例，严苛的环境条件、高昂的成本限制了市场应用规模，从低温超导材料到第二代高温超导材料经历了数十年的研发过程；然而，随着ITER项目的推进以及低温超导磁体的应用，国内很快形成了材料制备、磁体设计、磁体测试等聚变产品研制企业，并扩展到核磁共振、航空航天等应用领域[46]。

（四） 从顶层设计着手建立核聚变标准体系

1. 实施标准的顶层规划

核聚变领域标准体系建设具有良好基础：核裂变行业标准体系可作参照；核聚变标准较少，有条件从顶层规划出发推进标准体系建设。可由管理部门主导或者委托专业机构进行核聚变标准体系的全面布局，开展核聚变标准化战略研究。参照国际核聚变标准化举措，立足自有技术路线和装置类型，明确我国核聚变产业的标准化需求，从体制、机制、产业支撑、技术保障等方面出发，形成我国核聚变领域标准的顶层设计。由行业主管部门组织，摸清现有的标准制定／修订需求，面向社会广泛征集，形成与体系框架相配套的标准明细表。识别重要标准，尤其是对核聚变关键技术具有产业影响力、有可能形成技术垄断的关键标准，将标准体系、标准清单同标准制定／修订工作结合起来，优选重点技术和重要标准，开展标准的分级分类管理。

2. 推动标准编制的机制化运作

标准编制具有自发性，参与者源自企业、高校、科研院所等。受中国国际核聚变能源计划执行中心的委托，核工业标准化研究所启动了核聚变标准体系的研究工作，协助各参与方进行相关标准的编制工作[47]。然而，标准组织方、标准编制者之间并没有直接的组织管理关系，因而当前的重点任务是加强标准组织方与编制者之间的互动，确保信息互通、经验分享，以矩阵式组织关系推动核聚变标准规模化、体系化发展，适时推向国际标准。

3. 加强对外交流以提高标准的国际化水平

ITER组织、ASME、法国核岛设备设计和建造规则协会（AFCEN）等已经开展核聚变领域的标准化工作，国内相关机构需加强与国外组织的对标分析。继续挖掘国内核聚变领域的优秀标准，积极申报国际标准。申报成立ISO核聚变分技术委员会，扩大我国在核聚变标准领域的影响力。参加核聚变领域先进组织和国家的标准化活动，保持与ITER组织、ASME、AFCEN等国外机构的密切联系，深入参与ITER组织标准的编制工作[25]。

五、 我国聚变堆工程化实施要点

（一） 面向聚变堆工程化的研发设计管理体系

主导大型聚变堆系统与工程建设，明显超过了专业科研院所的能力范围。依托核工业现有的体系与平台，建设和并完善聚变堆研发设计管理体系，是切实可行的发展路径。

1. 整合聚变堆设计资源并构建工程设计能力

聚变堆工程设计分为聚变堆堆芯设计能力、氚燃料循环的核化工设计能力、全厂集成的核工程设计能力3个主要方面，分别分布在聚变堆研发机构、涉氚与核化工的设计院、核能行业的核工程设计院。高效集成聚变行业与核工业界的设计资源，依托现有核工程设计院的核电厂全厂设计能力与设计管理体系、聚变堆研发机构的主机与等离子体物理专业设计能力，整合形成聚变堆工程设计能力，实现优势互补，利于后续加快大型聚变堆的工程设计与建设。

2. 完善聚变堆研发设计管理体系并构建协同设计平台

核电领域已有成熟的工程设计管理体系，正在建设数字化的协同设计平台。以“华龙一号”设计为例，包括70多个专业、354个子系统、85个子项，涉及5个主要设计单位；设计单位地域不同，任务分工与接口复杂，通过设计一体化平台，使1600多人的设计团队能够协同作业。依托核电工程企业的核工程集成能力与协同设计平台，可快速建立开放共享的聚变堆工程协同设计平台，形成聚变堆研发设计的管理体系，适应聚变堆工程化设计阶段的业务需求。

借鉴航天领域、核工业系统大科学项目的发展经验，考虑引入“行政指挥系统+型号总师系统”的管理模式，即依托行政指挥系统进行跨单位、跨部门的组织协调，经由型号总师系统建立聚变堆研发设计的技术决策体系，实行研发设计、集成试验等方面的技术管理。以科学家、工程师协作的方式，发挥各自优势并实现优势互补。

（二） 由专业化企业主导聚变堆工程建造

不同于ITER项目的发展环境，我国在数十年核电工程建设的基础上，形成了具有工程总体设计、工程总体安装能力的大型专业化企业，可以承接类似聚变堆主机这样的大型项目。由专业化企业主导未来聚变实验堆、示范堆的建造，是综合考虑进度、成本、人力资源等要素后的最可行选择。

1. 以核工程总承包为核心的项目组织体系

历经数十年发展，我国在大型核能工程建设领域形成了一套成熟的组织体系，积累了丰富的建设经验，储备了大量的工程技术人才[48,49]。由工程总承包企业代替业主行使项目管理职能，可以规避因建设方（多数为科研人员）工程经验不足、项目管理能力薄弱而导致的一系列工程建设问题。尤其是对于具有首堆特征的聚变堆项目，工程总承包企业可以依托丰富的经验积累、科学的组织体系、专业的工程师队伍，最大程度地缓解项目执行过程中一系列复杂问题的影响。

2. 以技术管理为核心的项目管理体系

聚变实验堆突出的问题是技术成熟度低、领域跨度大，而且广泛使用新材料、新技术、新工艺。技术管理在整个实验堆建造过程中处于核心地位，以技术开发为牵引能够更有效地推进工程项目。以ITER主机安装项目为例，中国核电工程有限公司牵头的中法联合体依托丰富的项目管理经验，建立了以安装工作包负责人（CWP Leader）为核心的项目管理体系（见图2）；项目以工作包作为基本单元，每个工作包配置1名CWP Leader，统领包括文件编制、物项采购、人员培训、现场实施、竣工交付等在内的全过程工作；在项目组织基本框架下，形成了以技术管理为核心的矩阵式管理体系。这种创新管理模式突出了技术管理的核心作用，与聚变堆项目的工程特点高度契合，可为项目实施提供有力支撑[50,51]。

3. 以敏捷管理为核心的项目控制体系

在聚变堆没有形成标准化设计之前，新技术、新材料在实验堆或示范堆中大量应用，在工程建造方面集中体现为技术和质量问题频发、设计变更数量多，导致项目进度难以控制、资源调配困难、风险项增多。为了有效缓解上述问题，可采用敏捷管理的思路进行项目控制。① 在计划控制领域，以半年、月、周为基础进行滚动式预测和开发，针对突发情况及时进行调整，以有效降低计划与实际进度的不匹配性。② 在资源调配领域，预测未来的资源需求，超前布局文件编制、物项采购、人力动员并进行动态调整，以提高资源的利用率。③ 在风险控制领域，通过Top10风险管理，深入分析风险程度，及时采取风险应对措施，以降低风险的影响[52]。中国核电工程有限公司牵头的中法联合体在ITER项目的人力资源调配上采用了上述的敏捷管理思路，针对海外人员人力动员周期长的特点，提前分析后续半年和一年的人力需求，据此制定人力动员和反动员计划，有效缓解了人力需求不足或“窝工”问题。

4. 以信息技术为支撑的施工管理体系

信息技术在工程建设领域已有良好应用，大型工程公司多将信息技术与项目管理、工程建设经验进行整合，以提升工程管理的精细度和效率。中国核电工程有限公司融合核电建造经验形成了智慧工地管理系统，将总平面、环境、质量、安全等工程管理要素纳入平台系统管理，与企业信息管理系统进行深度融合，提高了施工管理的精细程度，显著优化了工作效率。在聚变堆建设系统复杂、多要素交织的工程背景下，沿用成熟的施工信息管理系统，将有效降低施工管理难度并提高综合成效。

六、 结语

核聚变技术加速突破，聚变能发电成为战略发展目标。在此背景下，应用工程化思维，推动从实验堆到示范堆的演进过程，成为能源行业的迫切需求。我国核电建设进展良好，由具有丰富工程建造经验的专业化企业主导未来的聚变堆建造工作，是工程可行、务实高效的选择。然而，我国核聚变技术研发、核电产业长期分离，导致核电产业链未能有效支持核聚变技术研发。亟需发挥新型举国体制优势，研判聚变堆工程化发展策略，明晰聚变堆工程化建设要点，促进专业科研院所、高校与工程配套企业开展深入合作；以科学家+工程师的方式，协同聚变研发能力、工程建造能力，从实验堆开始考虑进行工程化设计。也需采用系统思维，同步推进核聚变安全监管体系、工程化设计体系、专业项目管理体系、工程化建造技术、产业链培育，将串行的发展过程进行并行化处理，从而精准高效地推动我国聚变堆工程化进程，力争取得国际核聚变领域的领先地位。

展望未来，可控核聚变能源的工程化与商业化道路漫长且充满挑战。我国可依托完整的核工业体系，构建“科研 ‒ 工程 ‒ 产业”深度融合的创新生态。一是技术迭代与工程化协同推进，将工程化思维前置到核聚变技术研发阶段，同步开展经济性优化设计，为商用堆降本增效筑牢基础条件。二是推动核聚变专属产业链与现有核工业体系深度耦合。培育高端制造能力，实现产业链的纵向延伸；拓展核聚变衍生技术的民用领域转化应用，反哺产业链可持续发展，实现产业链的横向拓展；注重核心技术识别和攻关，预防“卡脖子”问题的出现。三是建立国家级核聚变产业对接平台，破解科研机构与工程企业之间的需求壁垒。四是加强顶层设计，构建自主化、体系化的核聚变标准体系，积极参与并力争主导ISO等国际核聚变标准的制定。

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