2025年11月13日，中国工程物理研究院核物理与化学研究所科技委主任李正宏在深圳核博会核聚变论坛发表《聚变-裂变混合堆研究进展》主旨报告。
报告围绕“惯性约束聚变（ICF）混合堆/聚变堆”进展展开，在回顾利弗莫尔点火带来的战略拐点与全球布局后，重点论证Z箍缩（大电流放电）作为驱动路线在效率、对称性与增益潜力上的优势。随后聚焦聚变能源工程化的关键瓶颈——高增益、重复频率运行、氚自持与材料/辐照寿命，并给出基于包层与系统设计的总体方案、指标体系与阶段性路线图（实验堆、示范堆）。
关键点：
1. 报告引入：聚变热度与理性预期（00:00）
报告人介绍题目与背景，指出产业界与政府对聚变能投入热情高涨，但领域内也提醒“过热”风险，因为仍存在艰难的科学与工程问题。报告将从个人视角说明关切点，并从多个方面阐述对聚变能未来发展的判断。
2. 利弗莫尔点火后的判断与国际战略对比（01:54）
回顾2022年美国能源部宣布利弗莫尔装置实现点火，强调其意义在于标志惯性约束聚变从科学走向工程应用的关键跃迁，使得“能否做聚变能源/聚变堆”更具可评估性。随后提到美、俄、中、欧盟等相继发布聚变能战略，其中美国以2030年前后建设聚变实验堆为目标、执行较为激进且落实扎实。
3. ICF技术来源与驱动方式：激光与Z箍缩（大电流放电）（04:35）
解释ICF体系长期相对封闭，其关键技术脉络与核武器工程（辐射流体力学、核反应动力学等）密切相关；从武器级放能转向能源应用需要将单次放能规模大幅缩小并改变触发机制。除常见激光驱动外，2000年后影响显著的Z箍缩/大电流放电驱动可通过脉冲电流产生辐射场与黑腔辐射，压缩升温靶丸以实现点火燃烧，物理基础与工具链与传统ICF在关键环节上具有一致性。
4. 选择Z箍缩路线的优势：效率、对称性与实验一致性（08:04）
提出Z箍缩相对激光的核心优势：电到辐射/光的效率可显著提升（报告中提到接近数量级/数十倍级改善），驱动器可获得更高能量规模；天然具备较好的二维/三维对称性，有利于满足辐射场对称性要求并回避部分困难；实验终态产额与特征时间与一维近似预测符合更好，显示其在实现高增益燃烧状态方面具备路线优势。
5. 从点火到发电的核心瓶颈：增益差距与指标口径（燃耗）（11:13）
强调点火并不等于聚变发电，当前增益仍不足；建议用“燃耗/燃料烧掉的比例”作为更贴近能源系统的关键指标，而不仅是技术化的能量增益口径。通过对不同方案的比较，指出要达到发电所需的电到电增益仍有数量级差距，同时驱动器电-驱动效率与发电效率会进一步拉大现实差距；但ICF分层燃料区（点火区带动主燃区）提供了增益跨越的潜力。
6. 氚自持挑战：TBR与高温氚损失的“颠覆性问题”（18:24）
讨论聚变燃料循环中氚的制取与损失：引用实验数据指出在某些装置/循环中氚损失可达约9%，仅靠提高增殖比TBR可能不足以弥补高温状态下的氚渗透/逸散等损失。结论是氚自持不仅是“提高TBR”的问题，还必须解决高温环境下氚回收与损失控制。
7. 材料与辐照寿命：不仅提升材料，还要通过设计降通量/降损伤（19:48）
指出未来大规模聚变装置对材料耐中子辐照（DPA）需求很高，而现有“新材料指标”距离成熟电站要求仍有显著差距（报告中提到可达二三十倍）。因此除提升材料耐辐照外，更关键的路径是通过系统设计降低第一壁等关键部位的中子通量与损伤，从而实现可接受的寿命与维护周期。
8. 总体方案：把单次聚变变为可重复运行的聚变堆系统（21:14）
提出“脉冲式/单次聚变”要走向能源必须实现重复频率运行：激光路线常提每秒10次，而该Z箍缩聚变堆设想以约10秒一次脉冲为目标。强调脉冲燃烧的好处（辐射损耗更小、不稳定性影响时间短且可控、聚变区尺度小）有利于提升TBR、降低第一壁通量，并将需求归纳为四项：高增益、重复运行、氚自持、30年级耐辐照寿命。
9. 聚变堆构型与指标体系：驱动器—靶—包层—发电—燃料循环—换靶（23:57）
给出Z箍缩聚变堆模型：驱动器瞬时产生约50–60MA脉冲电流加载到聚变靶区点燃D-T靶；中子在深度次临界包层中实现能量放大与增殖产氚，热能进入发电系统；剩余氚回收进入氚工厂与循环系统；关键工程之一是“换靶机构”，保证10秒内完成一次循环以支撑重复运行。并提出面向百万千瓦级电站的分系统指标与验证框架。
10. 高增益路径：点火增益、能源靶多区燃料与次临界包层放大（26:44）
对比利弗莫尔装置的储能与聚变放能关系后，说明新装置在能效与造价上期望改进，并提出在点火状态实现10倍以上增益的目标；进一步通过“多区燃料的能源靶”利用点火区能量加热压缩更大燃料区，实现更高直接增益（目标可达百倍量级）。再结合深度次临界包层实现能量放大与TBR提升（报告中给出TBR可稳定>1.24的论证），使系统层面达到显著电到电增益（示意上可达百倍量级）。
11. 重复运行与工程可行性：驱动器寿命、模块化与换靶节拍（30:40）
说明单次驱动器技术较成熟，难点在于重频运行与寿命：已实现模块级验证，寿命达到百万次，目标提升到千万次以支持接近三年免维护运行。换靶方面给出设计与分析结果：目标10秒一次，设计可做到约9秒完成，第一壁/包层寿命目标至少10年以上，认为该问题可工程化解决。
12. 氚系统工程化验证：高燃耗、TBR、包覆率与高温回收（32:30）
提出氚自持依赖多指标：高燃耗、较高TBR、以及中子包覆率（报告给出>97.5%）。列出验证进展：增殖相关系统验证达到约95%水平；针对高温环境下氚回收问题，实验验证可达约99%回收率，并在工程指标上采用较保守的95%假设；据此不仅可实现氚自持，甚至可能获得一定氚盈余，为后续扩展提供空间。
13. 材料策略：以系统设计降低第一壁DPA，实现30年寿命（34:50）
明确材料路线并非单纯依赖“更耐辐照新材料”，而是通过聚变区点状小尺度、第一壁远离源区等构型降低中子损伤。报告给出第一壁年DPA可控制在约2.2水平（接近现有热堆量级），热负荷与通量降低后可支撑建造聚变堆并实现30年以上寿命，使材料耐辐照在短期内不再是最主要瓶颈。
14. 路线图与组织模式：实验堆—点火—示范堆与产业化协作（36:24）
提出时间表设想：计划在2028年前后建成实验堆（偏技术验证、未必达到点火），在2030年前后推进D-T点火验证，并用3–4年建设百万千瓦级示范堆；强调示范堆三年不停机运行周期、约30年设计寿命、造价与上网电比例等工程目标。最后提出以商业化/分工协作模式推进五个相对独立专业方向的研制与集成，呼吁各方合作共同推动中国聚变能研发。
时间线：
00:00 - 开场与背景：介绍报告主题，提醒聚变热度上升但仍需理性面对科学与工程难题。
01:54 - 战略拐点：利弗莫尔点火的意义、国际聚变战略竞速与美国2030实验堆目标。
04:35 - 技术路线铺垫：ICF技术体系来源、从激光到Z箍缩的大电流放电驱动机理与一致的物理基础。
08:04 - 路线选择论证：Z箍缩在效率、驱动规模、对称性与实验-理论一致性上的优势。
11:13 - 工程化瓶颈：从点火到发电仍差增益；提出以燃耗等更贴近能源系统的指标评估真实差距。
18:24 - 燃料循环难题：氚损失与氚自持挑战，强调高温氚回收/损失控制的重要性。
19:48 - 材料与辐照：现有材料指标不足，提出通过设计降低通量与损伤以满足寿命要求。
21:14 - 系统方案：脉冲聚变堆需实现重频运行（约10秒一次），并同时解决高增益、氚自持与寿命。
23:57 - 堆构型与指标体系：驱动器—靶—深度次临界包层—发电—氚工厂—换靶机构的整体设计。
26:44 - 高增益实现路径：能源靶多区设计叠加次临界包层放大，给出TBR与系统电到电增益设想。
30:40 - 重频与可维护性：驱动器寿命从百万次迈向千万次；换靶节拍与第一壁/包层寿命的工程评估。
32:30 - 氚系统验证：包覆率、TBR与高温回收率等关键指标的实验进展与工程取值。
34:50 - 寿命闭环：通过降低第一壁年DPA与热负荷，支撑30年级电站寿命的材料策略。
36:24 - 发展路线与合作模式：实验堆/示范堆时间表、成本与运行目标，以及产业化分工协同推进思路。
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Z箍缩驱动聚变混合堆研究取得进展，瞄准百万千瓦级示范电站
中国工程物理研究院核物理与化学研究所科技委主任李正宏作题为《聚变混合堆研究进展》的报告，介绍了惯性约束聚变及聚变混合堆技术路线的最新判断与研发设想。报告认为，当前全球聚变能发展进入新一轮升温期，产业界和政府投入明显增加，美国、俄罗斯、中国和欧洲相继发布聚变能战略，其中美国提出在2030年前后建设聚变实验堆并逐年推进相关目标。不过，报告同时提醒，聚变能从科学突破走向工程应用仍面临关键科学和技术问题，需避免盲目“过热”。
报告指出，美国能源部宣布劳伦斯利弗莫尔国家实验室装置实现点火，是惯性约束聚变领域的重要里程碑，标志着相关理论和实验认识达到新高度，也推动聚变研究从科学验证向工程应用转折。惯性约束聚变技术长期与高能量密度物理和相关工程验证经验密切相关，其能源化目标需要从“一次性大当量释放”转向“小当量、可重复、可控释放”，这意味着物理机制、驱动方式和系统工程均需重新设计。
在技术路线选择上，报告重点介绍了Z箍缩驱动方案。与激光驱动相比，Z箍缩通过大电流放电产生高温高密等离子体，再经黑腔辐射驱动靶丸内爆点火，在物理工具链上与激光路线具有一致性，但在电能到辐射能转换效率、驱动能量规模扩展和辐射场对称性方面具有优势。报告称，该路线有望实现更高驱动效率，并在二维、三维对称性控制上具备天然优势，实验终态产额和特征时间与一维理论预测的符合度也相对较高。
从点火走向发电，报告归纳出四项核心挑战：一是增益仍不足，单纯点火并不等于具备发电能力，必须显著提高燃料燃烧份额和系统净增益；二是氚自持难度大，循环中的氚损失、增殖能力以及高温条件下的渗透和逃逸都可能影响燃料闭合循环；三是材料耐中子辐照能力不足，未来装置对年辐照损伤的要求远高于现有材料普遍水平；四是必须实现从单次聚变实验向重复频率运行转变，这对驱动器寿命、换靶机构、可靠性和系统集成提出了更高要求。
报告强调，评价聚变发电潜力不能只看能量增益Q值，还要关注“燃耗”，即投入燃料中真正发生聚变反应的比例。发电系统最终关心的是加入多少燃料、烧掉多少燃料以及由此可转化为电能的有效份额。历史装置的燃耗通常较低，而能源化装置需要向更高燃耗水平迈进。通过点火区与主燃区分层设计，点火区释放的能量可进一步点燃更大质量的主燃料区，从而带来从点火到燃烧的增益跃迁。
针对上述挑战，报告提出Z箍缩驱动聚变混合堆的总体构型：由约50至60兆安级脉冲功率驱动器点燃氘氚靶，释放出的中子进入包层并与“深次临界”系统耦合，实现能量放大与发电，同时通过氚回收和燃料循环维持运行，再由换靶机构支撑重复工作。该方案试图通过多区燃料靶设计和包层能量放大提高增益，通过高氚增殖比和高回收率实现氚自持，并通过结构设计降低第一壁辐照，而不是单纯依赖尚未成熟的“超级材料”。
在高增益路径方面，报告提出“能源靶”多区燃料设计，利用点火区能量驱动更大范围燃料压缩和燃烧，使增益有望进一步提升，并增强系统对不稳定性和驱动误差的容忍度。深次临界包层则被视为该混合堆构型的关键部分，可提供次临界安全特性，稳定实现较高氚增殖比，并带来额外能量放大。按照设想，系统级“电到电”净增益将结合驱动效率和发电效率综合计算，目标是提高上网电比例，形成面向百万千瓦级电站的完整指标体系。
连续运行和工程化能力是该路线能否走向电站的关键。报告称，单次脉冲功率技术已有较好基础，下一步重点在于重复脉冲器件寿命、模块化工程验证和换靶系统集成。目前相关寿命验证已达到百万次级，未来目标是提升至千万次级，使反应堆在启停后可实现约三年免维护连续运行。换靶节拍方面，方案提出约10秒一次的目标，相关设计评估显示有望做到9秒以内，从而为运行调控留出余量。
在氚工程和材料寿命方面，报告提出通过高燃耗、较高氚增殖比和高“中子包覆率”提高氚产额，并通过改变氚在系统中的存在形态和回收路径，降低高温环境下的渗透损耗。材料方面，方案不把突破口完全寄托于新材料，而是通过结构布局和距离效应降低第一壁中子通量，将年辐照损伤指标降至接近现有热堆水平，以支撑30年以上寿命目标。按照规划，相关团队希望在2028年前后建成实验堆开展关键技术验证，2030年前后实现点火验证，并在此后3至4年推进百万千瓦级示范堆建设。
