股票华夏财富网 2025-04-24

华泰证券：“夸父”追“日”，可控核聚变离我们还有多远？

华泰睿思

可控核聚变四问四答

随着全球公共和私营部门投入加码，可控核聚变产业趋势持续增强。本篇深度我们希望回答有关可控核聚变“为什么、看什么、投什么”的问题，建立对聚变产业发展的跟踪框架。我们看好全球聚变产业规模来到每年100-900亿元，关注渗透率边际提升的高温超导环节和重要性边际提升的耐高温耐中子材料环节。

核心观点

为什么我们认为可控核聚变正从短期主题投资变成长期产业投资？

中美日韩英等大国均已提出到2040年前后建成聚变示范堆的中长期目标，通过聚变工程攻关解决能源资源约束、撬动科技进步、实现产业孵化“沿途下蛋”，是国家队加码的战略意义所在。与此同时，2024年可控核聚变股权融资来到创新高的30亿美金，私营部门参与度持续提升，正是得益于聚变+AI+超导产业正循环的形成：一方面，AI既是可控核聚变的需求引擎，也是技术突破的加速器；另一方面，高温超导的规模化降本和可控核聚变装置工程经济可行性相互成就。我们预计未来几年全球每年有约2~3个核聚变装置建设投产，行业加速从0到1，产业链招标和订单有望迎来持续催化。

“夸父”追“日”，可控核聚变离我们还有多远？

可控核聚变是将氢的同位素加热至等离子体态发生原子核碰撞，损失质量释放能量的过程，发生聚变的条件是更高温度x更高密度x更长约束时间（聚变三乘积，单位m⁻³·keV·s）。目前，核聚变产业已完成原理性研究和规模实验，在50年内实现了聚变三乘积4个数量级的提升；当前产业在从燃烧试验到反应堆工程试验的攻坚阶段，目标是实现聚变堆芯输出输入能量的净增益，三乘积需再提升一个数量级到1021，2026-27年即将投产的美国SPARC、中国BEST装置计划实现这一目标；在此之后，若进入示范堆阶段，需实现聚变装置输出输入电量的净增益，三乘积再提升一个数量级到1022，2030-40年目标投产的美国ARC、中国CFETR均向这一目标迈进；最终，走向2040-50年商业化目标需要三乘积再提升一个数量级到1023。

可控核聚变的投资机会、产业的空间变化在哪里？

可控核聚变反应的约束方式和原料组合众多，当前氘氚磁约束聚变仍是主流，占在运和在建约一半。磁约束托卡马克装置目前单位造价在100~300元/瓦不等，其中约45%是装置核心造价，包括磁体系统52%、真空室16%、包层第一壁系统11%、偏滤器5%等。从托克马克装置的发展趋势来看：

1．一方面，可以实现更强磁场（15T以上）、更紧凑结构（聚变功率一定，装置体积和磁场四次方成反比）的高温超导磁体渗透率明显提升。目前全球高温超导带材产能约1.5万公里，年产值在十亿元量级；而未来一个250MW紧凑型托卡马克装置需求就达到1.7万公里，覆盖现有产能。产业规模化又有望促进降本，打开电力、工业等场景的高温超导应用空间。从产业壁垒来看，带材环节的性能提升、单根长度提升、生产成本下降拉开企业差距，磁体环节的应力控制、失超检测与保护、接头电阻降低是研发重点。我们认为高温超导产业已进入1-10阶段，相关企业梳理，请见研报原文。

2．另一方面，随着氘氚反应真正发生，耐中子耐辐照材料迎来真正挑战。核聚变产物为14MeV高能中子，相比核裂变产物2MeV快中子给反应装置结构、材料带来的耐热负荷、耐中子冲击、耐辐照挑战不可同日而语。未来随着我国环流三号装置和BEST装置等于2026-27年前后进入氘氚实验阶段，第一壁、偏滤器、包层等部件将迎来“大考”，相关企业梳理，请见研报原文。

风险提示：技术进步不及预期，政策支持不及预期，不可抗力风险。

正文

投资概要

为什么我们认为可控核聚变正从短期主题投资变成长期产业投资？中美日韩英等大国均已提出到2040年前后建成聚变示范堆的中长期目标，通过聚变工程攻关解决能源资源约束、撬动科技进步、实现产业孵化“沿途下蛋”，是国家队加码的战略意义所在。与此同时，2024年可控核聚变股权融资来到创新高的30亿美金，私营部门参与度持续提升，正是得益于聚变+AI+超导产业正循环的形成：

1． AI拉动聚变需求的同时推动聚变技术发展。以美国为首的国家地区，AI对能源的需求推动核能政策复兴及核聚变投资热情，而与此同时，AI技术本身将通过“自主学习、精准预测、智能决策”的特点和强大的数据处理能力，实现控制技术逻辑深度迭代，催化核聚变走向可控路径。

2．高温超导的规模化降本和聚变工程经济可行性相互成就。高温超导材料可以提高核聚变的磁场强度与等离子体约束能力，且核聚变装置尺寸与磁场强度的四次方成反比。因此，高温超导材料的引入使得可控核聚变装置小型化、紧凑化，降低了装置的投资建设门槛，使得可控核聚变从过去仅“国家队”有能力参与的“大科学装置”变成了更多初创团队可以触及的工程项目。这在推动可控核聚变产业规模扩容的同时也打开了高温超导材料的需求空间，促进高温超导产业和可控核聚变产业规模提升成本下降的正向循环。

我们预计未来几年全球每年会有约2~3个核聚变装置建设投产，拉动产业链招标和订单，行业迎来持续催化。

全球可控核聚变走到哪儿，离夸父追日还有多远？可控核聚变是将氢的同位素加热至等离子体态发生原子核碰撞，损失质量释放能量的过程，发生聚变的条件是更高温度x更高密度x更长约束时间（聚变三乘积，单位m⁻³·keV·s）。目前，核聚变产业已完成原理性研究和规模实验，在50年内实现了聚变三乘积4个数量级的提升；当前产业在从燃烧试验到反应堆工程试验的攻坚阶段，目标是实现聚变堆芯能量输出输入的净增益（即Qsci>1），三乘积需再提升一个数量级到1021，2026-27年即将投产的美国SPARC、中国BEST装置计划实现这一目标；在此之后，若进入示范堆阶段，需实现聚变装置电量输出输入的净增益（即Qeng>1或Qsci>6），三乘积再提升一个数量级到1022，2030-40年目标投产的美国ARC、中国CFETR均向这一目标迈进；最终，走向2040-50年商业化目标需要Qeng>5或Qsci>20，三乘积再提升一个数量级到1023。

可控核聚变的投资机会、产业的空间变化在哪里？可控核聚变反应的约束方式和原料组合众多，当前氘氚磁约束聚变仍是主流，占在运和在建约一半。磁约束托卡马克装置目前单位造价在100~300元/瓦聚变功率不等，我们按照每年新建2-3个装置，每个装置聚变功率50~100MW，对应未来可控核聚变每年的全球投资规模有望达到100~900亿元不等。其中，45%是装置核心造价，包括磁体系统52%、真空室16%、包层第一壁系统11%、偏滤器5%等。从托克马克装置的发展趋势来看：

1．一方面，可以实现更强磁场、更小装置的高温超导磁体渗透率明显提升。2018年美国CFS公司率先启动紧凑型托卡马克装置用高温超导环向场线圈的研发工作，2025年全球首个全高温超导托卡马克于中国上海落成。目前全球高温超导磁体的主要原料高温超导带材产能约1.5万公里，年产值在十亿元量级；未来一个250MW紧凑型托卡马克装置需求就达到1.7万公里，核聚变对带材需求弹性显著。过去十年，高温超导带材年销量每翻一倍、成本下降13%，当前高温超导带材价格基本来到80~100元/米，在核聚变需求的进一步拉动下若推动价格降至30~40元/米还有望打开电网、储能、风电、工业加热等领域对高温超导的需求空间。从产业壁垒来看，带材环节的性能提升、单根长度提升、生产成本下降拉开企业差距，磁体环节的应力控制、失超检测与保护是研发重点。

2．另一方面，随着氘氚反应真正发生，耐中子耐辐照材料迎来真正挑战。历史上仅美国TFTR和欧洲JET装置发生过真正的氘氚核聚变反应，产生过聚变产物（能量和中子），中国尚未挺进这一阶段。核聚变产物为14MeV高能中子，相比核裂变产物2MeV快中子给反应装置结构、材料带来的耐热负荷、耐中子冲击、耐辐照挑战不可同日而语。未来随着我国环流三号装置和BEST装置等于2026-27年前后进入氘氚实验阶段，第一壁、偏滤器、包层等部件将迎来“大考”。

我们与市场的不同

一方面，可控核聚变技术路线和专业概念众多。我们在问题二和问题三中试图建立了一套基于聚变三乘积和聚变净能量增益Q值的跟踪框架，对于不同技术路线的演进思路和发展阶段进行归类梳理，并将聚变三乘积、科学Q值、工程Q值这三个行业常用且易混淆的概念进行了明确与关联，便于投资人理解和跟踪可控核聚变行业。

另一方面，可控核聚变的一个经典质疑就是“永远还有五十年”，投资人担心产业发展的速度和节奏。我们在问题一中对于当前发展可控核聚变的必要性，以及近年来产业发展明显加速的几重原因进行了分析归纳；并在问题四中对于未来三到五年年可控核聚变行业主要值得跟踪的与产业空间、产业份额、投资机会相关的趋势进行了讨论。

问题一：为什么我们认为可控核聚变正从短期主题投资变成产业趋势投资？

可控核聚变过去在很多场合被定义为短期的主题投资甚至炒作，我们认为底层逻辑正在发生积极变化。中国已在可控核聚变的多项前沿技术领域取得国际领先，随着各国官方、民间对于可控核聚变投入和支持的加大，以及中国在本轮技术竞争中持续发力，可控核聚变实验装置数量和体量有望加速扩容，并在这一过程中孵化相关技术和产业，成长为一个持续扩大的投资板块。

原因1：国际技术竞赛加码，核聚变正成为不确定性中的相对确定性

可控核聚变不仅是终极能源，也是打开未来多种技术发展之钥。每当经济增长遇到瓶颈，新的技术便会成为突破口，从1990s的信息技术革命，到2000s的新能源革命、2010s的智能化革命，以及2020s的AI革命 ------ 下一个可能的技术突破点会不会是可控核聚变？我们认为围绕可控核聚变的国际军备竞赛加码正成为不确定性中的相对确定性，这来源于核聚变不仅是人类目前可以掌握的能量密度最高的终极能源，也对人类的自我探索有重要意义：

1．能源意义；核聚变的能量密度达到3.37×108MJ/kg，不仅没有二氧化碳排放，相比裂变辐射极少，也不生产核废料，由于反应难度高，因此也不存在无法停堆的风险，是清洁能源的终极形态。

2．材料意义：可控核聚变的反应堆堆温度需要达到1亿-1.5亿度，而约束使用的磁场超导体需要10-77K的超低温，约束磁场达到2-10T+，同时需要高真空环境，这些极端条件都对材料技术提出更高的挑战，也使得高温超导，第一壁，中子屏蔽等材料技术得到发展。

3．资源意义：核聚变反应需要的氘资源在海水中非常丰富，氚则可通过锂资源增殖产生；此外，核聚变反应还可以采用氘氘、氢硼、氘氦三等不同的元素组合，缓解核裂变的原料如天然铀等的资源问题、对推动人类文明的持续发展具有不可估量的战略意义。

4．研究意义：地球上大多数物质以固、液、气态形式存在，而宇宙中99%物质是以等离子体形式存在，可控核聚变需要实现长时间等离子体的约束控制，因此推动人类认识宇宙的技术之钥。

2025年3月德国联盟和社民党组成的联合政府在首次联合声明中提出要“加强核聚变研究，目标是拥有世界第一个核聚变反应堆”。过去二十年持续提倡“退核”的德国正重新回到牌桌，是全球大国加码可控核聚变军备竞赛的一个缩影：2012年，韩国启动“K-DEMO”核聚变堆的概念设计研究，目标是在2037年开始建设，在2050年实现净发电；2018年，中国国家发改委批复了中国聚变工程实验堆（CFETR），计划到2035年建成并开始大规模科学实验、到2050年建设商业示范堆；2021年，美国国家科学院、工程和医学联合院在《将核聚变引入美国电网》中提出到2035年建造核聚变装置、2040 年建成并投入使用的构想；2021年同年，英国政府在《Spherical Tokmak for Energy Production》（STEP）计划中目标到2040年建造出核聚变电站；2023年，日本正式确定了首个核聚变能源开发战略方案，计划推出企业参与研发实验的核聚变反应堆，力争在2050年左右实现核聚变发电。

在全球可控核聚变 “军备竞赛” 中，中国并非落后者，而是以多维度突破展现出强劲的竞争力与创新活力。2025 年 3 月，我国新一代人造太阳 “中国环流三号” 率先实现原子核温度 1.17 亿度、电子温度 1.6 亿度的 “双亿度” 突破，标志着可控核聚变研究正式迈入燃烧实验阶段，在核心参数与关键技术上逐步跻身国际前列。

原因2：可控核聚变从理论研究到工程验证，0-1阶段或迎密集催化

过去五年全球可控核聚变的商业化进展爆发式增长，2021年随着科研团队产业化进程加速全球可控核聚变企业股权融资总规模达到27.5亿美金，2022、23年虽回落至7.5、12.5亿美金但仍显著高于此前区间，2024年在AI发展刺激下全球可控核聚变企业股权融资规模来到创新高的近30亿美金。根据Fusion Industry Association，截至2024年末全球有约55家企业正在从事可控核聚变装置的商业化开发，较五年前翻倍。从装置数量来看，根据IAEA统计追踪，截至2025年4月目前全球在运核聚变试验装置102个（其中公有、私营分别91个、11个）、在建装置16个（其中公有、私营分别12个、4个）、规划装置27个（其中公有、私营分别6个、21个），可以看到随着装置阶段的推进，私营企业的参与度持续提升。

我们认为本轮可控核聚变商业化进程的加速主要得益于几方面的突破：

1．可控核聚变科学问题的逐步解决：自1950年前苏联科学家提出首个核聚变装置构想以来，过去70余年内全球近百个科研装置的运行和数据积累使得学界对等离子体物理和聚变科学原理的认知与验证逐步完善，国际热核聚变实验堆ITER的重金投入、美国NIF装置首次实现净能量增益，均体现出全球主要国家和科学界对于实现可控核聚变的信心提升。

2．可控核聚变工程卡脖子技术的突破：磁约束路线中，高温超导材料的突破带动装置磁场增强、体积缩小，改善了磁约束路线的等离子体约束能力并提升了工程经济性；惯性约束路线中，为攻克传统激光器面临的能效和成本问题，新型二极管激光器或成为解决方案；磁惯性约束路线中，满足脉冲式运作对开关耐久、高效、可靠要求的高功率固态开关技术逐步成熟。此外，计算能力的提升也整体促进了等离子体控制理解提升和核聚变装置参数优化。

3． AI应用的启动催化对可持续能源的终极追求。可控核聚变是兼具清洁、稳定、可持续三大特征，因此也被称为“终极能源”。随着AI应用的突破，投资者意识到未来对于能源需求的增长及其持续性潜在超预期的可能，因此推动资本加速往新一代能源领域投资。

这一背景下，我们认为可控核聚变正在跨越从理论科学研究到工程试验装置的0-1阶段。这一阶段将有两个标志性的事件，一方面，未来五年我们预计重点国家地区多个重要装置将进入关键验证期，包括2026-27年中国BEST装置和美国SPARC装置目标投运并逐步实现Q>1（净能量增益，我们将在下一章节的问题二中详细讨论）；另一方面，在净能量增益目标达成后，我们预计更多装置也将进入带氘氚运行阶段（由于氚原料在自然界的稀缺性，成本高达上千万元每克，因此当前行业内装置在日常运行试验过程中仅采用便宜的原料氘进行等离子体研究，并不实际发生氘氚聚变反应），可控核聚变从模拟走向实战。

落地到国内投资端，0-1阶段我们预计无论是装置信息还是招标信息或将密集催化。过去几年在国际热核聚变实验堆ITER以及多个海外核聚变商业装置如Tokmak Energy、SPARC等采购需求的拉动下，我国企业通过海外订单已形成了对核聚变装置部分核心部件的供货实力和交付经验，并在高温超导带材、包层第一壁和屏蔽模块等领域实现了国际领先。中国核聚变产业融资启动较海外（美国）滞后1~2年，我们摸排国内主要从事可控核聚变的公有、私营企业项目进度预期（下图），对于未来五年行业招标和订单释放预期积极，具备国际领先技术实力的国内核聚变部件供应商有望受益于国内装置进程的加速，内需接力外需，实现来自核聚变方向的订单持续性的提升和业绩增长动能。

原因3：可控核聚变、AI、高温超导产业发展共振，正向循环正在形成

本轮可控核聚变的产业化加速离不开AI技术和高温超导材料技术突破的助力。一方面，AI既是可控核聚变的需求引擎，也是技术突破的加速器；另一方面，高温超导的规模化降本和可控核聚变装置工程可行性和经济性突破相互成就。我们认为可控核聚变、AI、高温超导产业发展共振，正向循环正在形成。

AI既是可控核聚变的需求引擎，也是技术突破的加速器

一方面，AI对能源的需求推动核能政策复兴及核聚变投资热情。短期芯片功耗的进步在一定程度上缓和了AI“吞电”的担忧，但我们认为中长期来看，随着AI大模型从训练走向推理，从大语言模型走向多模态模型，从聊天机器人应用走向AI Agent应用，AI算力对电力的需求仍将指数级增长，AI的能源焦虑和能源安全问题仍然存在，而可控核聚变作为清洁、稳定、可持续的终极能源形式，各国核能政策复兴以及核聚变投资热情提升正在发生。特别是在美国，多家核聚变企业已获得了来自AI企业的投资或合作意向，如比尔盖茨的突破能源风险投资基金在2019年与其他投资方一起对联邦聚变系统公司（CFS）进行了1.15亿美元的初始投资；Helion公司在2021年获得了来自OpenAI创始人Sam Altman的E轮投资，此后在2023年与微软达成合作意向，在2028年实现对后者的供电。

另一方面，AI技术本身将通过“自主学习、精准预测、智能决策”的特点和强大的数据处理能力，实现控制技术逻辑深度迭代，催化核聚变走向可控路径。可控核聚变的商业化目前面临的一大关键挑战便是对等离子体的有效控制，等离子体行为类似湍流，极易“撕裂”并逃脱磁场约束，难以通过解析解来精准描述，只能依靠大量数据和经验公式开展数值模拟，传统方法往往力不从心。根据Jaemin et al．《Avoiding fusion plasma tearing instability with deep reinforcement learning》（2024/2/21），研究团队在托卡马克装置DIII-D上用传统反馈控制试图维持标准化等离子体压力（βN = 2.3）时，实验进行至2.6秒大型撕裂不稳定性突然出现，到3.1秒等离子体中断。而该团队借助DIII-D过去的实验数据，集成OpenAI Gym 库和深度确定性策略梯度方法，构建强化学习模型。该模型通过在模拟环境中持续积累经验，自主摸索出控制等离子体的有效策略。模型依据实时监测的多方面等离子体特征，精确预测未来300ms撕裂模式不稳定性的发生概率。基于预测，模型能够动态调整束流功率和磁线圈电流，引导等离子体沿着狭窄路径运行，使等离子体在保持高压力的同时，又不会超出稳定极限，确保撕裂度（通过动态模型预测的未来 25ms 内发生撕裂不稳定性的连续概率值）始终不超过0.5的阈值，维持了等离子体的稳定运行。随着 AI 技术深入发展，未来不仅有望在材料和装置设计优化、反应堆智能运维等领域加速研究进展，更有望在等离子体自适应优化与实时调控等方面实现技术痛点突破。

超导尤其是高温超导产业规模化与可控核聚变装置工程经济突破的相互成就

对于磁约束（尤其是托卡马克）可控核聚变来说，超导材料的发现和引入对于推动聚变工程和经济可行性提升有重要贡献。

1．从工程可行性角度来看，超导尤其是高温超导材料可以显著提升托卡马克装置的磁场强度，改善等离子体约束性能。最早期的托卡马克装置用传统铜线圈通电产生约束等离子体的外部磁场，由于线圈存在电阻导致发热，会限制磁场的稳定性和对等离子体的约束能力。超导材料具备在一定临界温度以下电阻降为零的特性，1970年代苏联科学家首次在托卡马克中引入低温超导材料（临界温度20K）替代铜圈制作环向场磁体，将环向磁场强度最大值从2.5个特斯拉（T-3装置）提升至5个特斯拉（T-7装置）；2018年，美国MIT和CFS公司首次提出将临界温度更高（77K）、磁场强度更强（最高20个特斯拉以上）的高温超导材料应用于托卡马克装置，相关装置SPARC预计于2026年投运，设计环向场强度为12.2T。

2．从经济可行性角度来看，超导尤其是高温超导材料的引入可以降低托卡马克装置的尺寸和造价，未来或还可降低一部分运营成本。从投资造价来看，根据Hartmut et al．《On the size of tokamak fusion power plants》（2019/2/4），聚变功率和磁场强度的四次方以及装置尺寸的一次方（约等于外半径的三次方）成正比。因此，为实现同样的聚变功率，磁场强度越大，装置所需尺寸越小。下图对比国际热核实验堆ITER和美国CFS公司的ARC装置，其设计的聚变功率均为500MW左右（转换为电功率约200-250MW左右），采用低温超导路线的ITER真空中心场强为5.3T，装置外半径为6.2米；而采用高温超导路线的ARC真空中心场强为9.2T，装置外半径为3.2米；对比来看，ARC和ITER设计功率略高5%，但体积仅有ITER的14%，折合ARC的功率密度接近ITER的近7倍，这得益于ARC应用高温超导带来更强的磁场强度（以真空中心场强表征，是ITER的174%）。由此可见，通过高温超导材料提升磁场强度对于缩减装置尺寸具备明显的杠杆效应，推动可控核聚变建造成本的节省。从运营成本来看，当前为获得最好的超导效果，高温超导和低温超导一样应用了价格和功耗较高的液氦作为冷却剂，未来若技术进一步成熟，采用功耗为液氦1/10、价格为液氦4%的液氮冷却有望进一步降低运营成本。

与此同时，可控核聚变的需求也推动了高温超导产业技术升级，并促进了高温超导材料的规模化降本。根据全球最大二代高温超导带材供应商之一日本FFJ对于2013-2023年高温超导带材价格和市场规模的统计，高温超导带材年销量每翻一倍，带材成本下降13%。过去高温超导材料最主要的应用场景是科研领域和电缆领域，对产业销量规模拉动有限。以超导电缆为例，全球累计在运不过数十个项目，目前全球最大的国网上海公司1.2公里35kV高温超导电缆项目也仅使用了350~400公里的4.8mm 高温超导带材。核聚变的出现打破了这一僵局，美国MIT和CFS的首个聚变用环向场磁体示范项目TFMC在2018-21年四年时间内累计采购了270公里高温超导带材，推动带材每米成本累计下降40%。而根据ARC的设计参数，一个3.2米外半径，9.2T真空中心场强的托卡马克装置对高温超导带材的需求达到1.7万公里，而我们自下而上统计截至2024年末全球高温超导带材的年产能我们估算也不过1.5万公里，可控核聚变对高温超导需求的拉动倍数级提升。

综上，我们认为高温超导材料的引入使得可控核聚变装置小型化、紧凑化，降低了装置的投资建设门槛，使得可控核聚变从过去仅“国家队”有能力参与的“大科学装置”变成了更多初创团队可以触及的工程项目。这进一步推动了可控核聚变产业规模的扩容，进而反作用于扩大高温超导材料的需求空间，促进高温超导产业和可控核聚变产业规模提升成本下降的正向循环。

问题二：全球可控核聚变走到哪儿？“夸父”追日还有多远？

一方面要仰望星空，但同时要脚踏实地，所以理解目前全球核聚变的科学、工程、商业化进展到底如何是非常重要的。为了回答这一问题，我们首先明确衡量可控核聚变产业发展的几个阶段和各个阶段的目标，然后衡量目前全球装置实际的发展阶段，然后展望未来的发展前景。

如何实现可控核聚变，如何测量可控核聚变？

可控核聚变是指通过人为控制条件，使轻原子核通过碰撞反应结合成较重原子核，并在此过程中折损质量、释放能量的过程，其底层原理是E=mc2，也即释放能量=亏损质量x光速的平方。可控核聚变的理论难点在于原子中，原子核直径仅为原子直径的万分之一。要让两个原子核碰撞融合需要足够高的原子密度，且需要足够多的能量克服原子核之间的静电排斥力。氢原子核之间静电排斥里最小，因此氢及其同位氘、氚成为了核聚变的首选燃料。

可控核聚变发生的判定方式有两种：

1．一种是氘氚反应实际发生，直接测量系统输入输出能量。对于实际投入了聚变燃料（如氘和氚）的反应来说，可直接测量反应是否有能量输出，一般以核聚变堆芯为系统边界，系统输出能量与系统输入能量的比值为Qsci值（对于磁约束而言系统边界指真空室，对于惯性约束而言指靶丸；系统输出能量即聚变反应释放的能量；系统输入能量即施加给聚变燃料的能量），若Qsci值> 1则认定核聚变反应实现了净能量增益。举例而言，如欧洲JET在其最后一次实验中，投入了0.2mg的氘氚燃料，实现了5秒氘氚聚变，释放了69MJ聚变能量。

2．另一种是氘氚反应未发生，根据系统参数进行等效判定。考虑到投入聚变燃料的高成本（特别是氚）和反应对设备的损伤（高能中子冲击），实际实验情况一般只投入氘进行等离子体研究，并不真正投入氘氚聚变燃料，因此并不发生可控核聚变，没有能量输出就无法测量Qsci值。这种情形下，业内一般采用聚变三乘积 = 等离子体温度 x 等离子体密度 x等离子体能量约束时间，来判定实验条件是否能支持可控核聚变净能量增益，即著名的劳森判据。其中，等离子体温度提高可以使得原子核之间克服静电排斥力、实现等离子体态；等离子体密度提高可以提高压力从而提高等离子体碰撞几率；等离子体约束时间越长，越容易发生核聚变。对于氘氚聚变来说，一般认为聚变三乘积达到2.8×10²¹ m⁻³·keV·s对应Qsci=1。

从反应方式来看，磁约束在民用商业领域仍然是主流地位。引力约束的原理是依靠恒星自身巨大质量产生的引力，将高温高压的等离子体约束在恒星内部，使其发生核聚变反应，这只有在恒星内实现，地球上主要采取磁约束和惯性约束。其中，惯性约束的原理是利用高能量激光或粒子束照射微型燃料靶丸，使其表面迅速加热、蒸发并向外喷射，产生向内的反冲压力，使燃料靶丸在极短时间内达到高温高密度从而引发核聚变。而磁约束的原理是利用强磁场将高温等离子体约束在特定的空间区域内，使等离子体沿着磁力线运动，同时通过加热等手段提升等离子体的温度和密度，实现核聚变。从发展方向来看，惯性约束为短脉冲型，牺牲约束时间、冲击更高温度、更高密度，从而达到聚变三乘积条件，模拟的是氢弹的原理；磁约束为长脉冲型，通过追求更长的约束时间，同时提升温度和密度来达到聚变三乘积条件，更加适用于民用的场景。

从原料体系来看，氘氚是众多核聚变核素组合中（还有氘氘、氘氦三、氢硼等）实现概率最高的。氘氚反应的反应截面大，满足发生可控核聚变反应发生条件所需的聚变三乘积阈值更低（2.8 x 1021m⁻³·keV·s，比氘氦三反应容易一个数量级，比氘氘和氢硼反应容易两个数量级，对应更低的点火温度要求，也即聚变反应发生条件更容易达到），且单次反应释放的能量更多（17.59MeV，仅次于氘氦三反应，是氢硼反应的2x、氘氘反应的5x），仍是目前主流的产业化方向。考虑到氘氚反应中氚燃料在自然界储量少、成本高，后续面向核聚变工程化还需解决氚燃料循环自持的问题。因而，也有部分产业化路线追求原料可得性相对更好、聚变三乘积阈值仅次于氘氚、反应释放能量最多的氘氦三路线（特别是月球上存储了大量的氦三）。此外，反应原料最丰富，且没有高能中子释放、对材料要求最低的氢硼路线目前也得到了产业界一定的关注。