美国发布《聚变科学技术路线图》，加速聚变商业化布局

2025年10月，美国能源部（DOE）正式发布《聚变科学与技术路线图》（Fusion Science & Technology Roadmap），这一国家级战略文件标志着美国在迈向可控核聚变商业化的道路上进入了系统化、工程化的新阶段。路线图的核心目标是到2030年代中期实现聚变试验发电厂（Fusion Pilot Plant，简称FPP）建设，并在2040年代实现商业聚变电站并网发电。通过强化国家实验室体系、深化与私营部门合作及利用人工智能与高性能计算，美国正加速打造一个由科学、产业和政策共同支撑的“聚变能源生态系统”。

一、战略愿景：从科学突破到商业部署

美国能源部长Chris Wright在发布会上指出，聚变能是“实现清洁、安全、取之不尽能源的关键突破口”，也是美国能源安全与技术主权的战略支柱。路线图提出“建设—创新—增长”三步走战略，旨在以史上最快、最负责任的方式推进聚变商业化进程。

Wright强调，聚变研究的未来在于国家实验室与私营部门的深度协作。联邦政府将通过投资基础科学、建设实验基础设施，为产业界提供支撑平台，并以AI与数字化建模手段提高研发效率。Wright指出：“我们需要实验室，也需要企业；我们必须在有限资源下做出战略性选择，集中力量突破关键技术瓶颈。”

DOE主管科学事务的副部长Dario Gil则表示：“这是美国历史上首次在聚变领域实现政府、科研和产业的统一行动。能源部、国家实验室与工业界将形成前所未有的协调机制，共同推动聚变能尽快实现商业化。”

二、政策背景与国家动因

路线图的发布是特朗普政府“释放美国能源”行政令的延伸与落实，旨在通过扩大国内能源生产、强化供应链安全和推动科技创新，重塑美国能源主导地位。

在气候变化与能源安全的双重压力下，聚变能被视为“零碳、高能量密度”的终极能源方案。与传统核裂变不同，聚变反应几乎不产生高放射性废料，也不存在链式反应失控的风险，因而被视为未来清洁能源体系的核心。

美国能源部估算，近年来已有超过90亿美元的私人投资流入聚变产业，聚变创业公司数量全球居首。路线图的出台旨在协调政府与产业界的行动，为未来十到十五年的研究、工程与产业化提供统一框架。

三、路线图五大战略支柱

路线图确立“科学主导、工程驱动、产业协同”三大原则，围绕以下五个战略支柱推进：

1、聚变科学基础研究：深化对高温等离子体物理、自持燃烧机制与湍流输运的理解，为聚变堆实现稳态运行提供理论与实验支撑。

2、等离子体—材料相互作用：开发能承受数十兆瓦热流与高能中子辐照的堆壁材料，推进钨基复合物、液态金属冷却和自修复涂层技术。

3、先进聚变装置与工程技术：在2030年前支持紧凑型聚变装置验证净能增益（Q>1），并于2035年前完成FPP的设计与示范建设。

4、聚变仿真、AI与数字孪生：构建从等离子体动力学到工程系统的多尺度模拟框架，利用人工智能实现“实时控制与快速设计迭代”。

5、公私合作与产业生态：通过政府担保、税收激励和区域制造中心建设，推动美国形成完整的聚变供应链与制造体系。

四、科研与技术重点

1、等离子体控制与AI赋能：DOE计划利用AI算法对等离子体进行自适应调节，提升能量封闭效率与运行稳定性。通过SPARC、DIII-D与NSTX-U等实验平台，美国将加深对高β态等离子体、杂质输运及磁约束稳定性的理解。

2、材料科学与高通量辐照研究：路线图提出在2026年前建成“聚变辐照材料研究”（FIRE-MAT）实验设施，用于模拟中子辐照条件，评估第一壁和结构材料性能。高熔点钨、先进合金及液态金属冷却技术将成为核心突破方向。

3、氚燃料循环与安全体系：氚作为聚变反应关键燃料，其供应与回收能力决定商业可行性。DOE计划建立氚增殖包层实验验证项目，完善同位素分离与安全监测体系，构建“闭环燃料循环”。

4、数字聚变实验室与仿真技术：路线图设定到2030年前实现“数字聚变实验室”目标，结合超算平台与AI模型，实现虚拟实验、结构优化及风险预测。该计划将与美国“百亿亿次计算计划”（Exascale Computing Project）协同推进。

五、产业与基础设施布局

能源部将在2030年前建立聚变技术试验设施（FTTF）和高通量中子源（FNSF），形成全国性的实验网络，并加强与国际热核实验堆（ITER）、欧盟、日本的合作数据共享。

在公私合作方面，DOE以高级能源研究计划署（ARPA-E）、聚变能源创新网络（INFUSE）和聚变里程碑计划（Fusion Milestone Program）为支点，联合Commonwealth Fusion Systems、Helion Energy、TAE Technologies、Zap Energy等企业，共同推进试验反应堆与关键部件研发。DOE计划推动“聚变供应链联盟（Fusion Supply Chain Alliance）”，促进磁体、材料、真空与冷却系统的国产化制造。

同时，路线图强调建立聚变许可与安全监管新框架，由DOE与美国核管制委员会（NRC）共同制定标准，确保聚变电站运行不受传统核法规的限制，重点关注氚防护与低放射性废物处置。

六、教育体系与人才培养

路线图提出实施“聚变未来人才计划”，推动高校、实验室与产业联动：建立跨学科研究生项目，融合等离子体物理、AI、材料与能源系统工程；通过实习与培训计划培养系统工程师与操作技师；支持国家实验室开放共享设施，打造面向青年科学家的研究平台。

七、实施路径与阶段目标

八、国际合作与全球定位

路线图明确，美国将继续作为ITER计划的核心成员，并在“后ITER时代”通过技术标准和产业链整合引领全球。能源部还将加强与欧盟、日本、韩国、英国等国家的合作，促进技术共享与联合研发。

在国际政治层面，聚变路线图不仅是能源政策，更是地缘科技竞争的重要工具。通过率先实现聚变电并网，美国希望在21世纪能源版图中确立主导地位。

九、结语：迈向聚变新时代

美国能源部《聚变科学与技术路线图》的发布，标志着聚变能从“实验室科学”走向“产业现实”的关键转折点。路线图以AI驱动的数字化研发、强大的国家实验室体系以及开放的公私合作机制为支撑，构建了从基础研究到商业部署的完整路径。

随着聚变试验电厂计划在2030年代中期启动建设，美国有望率先实现全球首个商业化聚变电网，为世界能源转型提供全新范式。

资料来源：

1、U.S.DOE. Energy Department Announces Fusion Science and Technology Roadmap to Accelerate Commercial Fusion Power[EB/OL]. (2025.10.16). https://www.energy.gov/articles/energy-department-announces-fusion-science-and-technology-roadmap-accelerate-commercial

2、U.S.DOE. Fusion Science & Technology Roadmap[R]. (2025.10.16). https://www.energy.gov/articles/fusion-st-roadmap

3、Executive GOV. Energy Dept to Invest More in Fusion Power Under New Tech Roadmap[EB/OL]. (2025.10.15). https://www.executivegov.com/articles/energy-department-fusion-power-investment-boost