2024年5月27日，国内氘-氦3燃料路线初创公司东昇聚变宣布年内完成二次融资，金额达数亿元人民币。随着商业资本持续涌入，以氘-氚（D-T）为主流路线的聚变产业化进程在加速。然而，在主流视线之外，被称为先进聚变燃料——氘-氦3（D-He³），正随着部分明星商业公司的崛起而重新回到前沿讨论的中心。
本系列将客观梳理其物理底层、研究版图与历史脉络，剖析其从“月球热潮”向“工程实用主义”的范式跨越。作为首篇，我们将率先勾勒全球研究版图。
一、D-He³：重新进入视野的先进聚变燃料
氘-氦3（D-He³）聚变反应，其主反应式为：D+3He→4He(3.6MeV)+p(14.7MeV)
与当前绝对主流的氘-氚（D-T）反应相比，其最核心的物理特征在于：主反应产物全部为带电粒子（阿尔法粒子和高能质子）。这里需要补充一点，虽然D-He³主反应本身是100% 无中子的，但在高温等离子体中，不可避免的D-D反应仍会导致极少量中子的产生（能量占比通常在1%~5%左右，在最优化的等离子体参数下，中子能量份额可降至约1%）。
这一物理特征赋予了D-He³路线重要的工程意义：
延长材料寿命：极低的中子通量意味着对反应堆“第一壁”材料的辐射损伤大幅降低，有望解决长期困扰D-T聚变堆的材料抗辐照寿命难题。
更高的发电效率：这也是D-He³路线的关键技术瓶颈和独特优势。反应释放的巨大能量（特别是14.7 MeV的高能质子）可通过“直接能量转换”机制进行高效回收，理论上能实现超过60%甚至更高的发电效率，摆脱了基于烧开水（热力学卡诺循环）的传统D-T路线。
安全性与选址灵活：由于无需处理极强的高能中子辐照，反应堆的中子屏蔽层厚度可大幅缩减，安全性与潜在部署场景（如近城市电网、数据中心乃至深空探测）的灵活性显著提升。
因此，尽管D-He³反应所需的等离子体温度（约10亿度）远高于D-T反应，且点火条件更为苛刻，但其在材料、能量转换效率与安全性方面的潜在优势，使其长期被视为一种理想的“先进聚变燃料”。
二、为什么D-He³在近年重新受到关注
D-He³并非新概念，但其在近年重新进入部分前沿研究与商业路线的讨论，主要源于以下几股合力的推动：
1. 研究范式的拓展
随着国际热核聚变实验堆（ITER）稳步推进，聚变研究社区开始更多展望“ITER之后”的图景。在此背景下，“先进燃料”作为可能解决D-T路线固有挑战（如中子损伤、氚自持）的选项，其基础研究价值被重新评估。
2. 工程挑战的倒逼
D-T路线中的中子辐照材料问题日益凸显，成为商业化道路上的关键瓶颈。这使得低中子或无中子的聚变方案获得了额外的关注度，D-He³作为理论最成熟的低中子方案自然受益。
3. 能量转换逻辑的演进
直接能量转换技术与高能带电粒子束控制技术的进步，让利用D-He³反应产物（质子）进行高效发电的路径不再纯属理论构想，增加了其工程可行性。
4.商业资本的探路
以美国Helion Energy为代表的部分私营聚变公司，将D-He³或其变体（如D-D/D-He³混合）作为核心燃料路线并投入工程实践。这些大胆的尝试，尽管前景未明，但客观上为D-He³路线注入了新的讨论热度与资源。
图片来源：Helion公开资料
💡Note:关于Helion提出的“D-D/D-He³混合”燃料，这是为了利用D-D副反应产物进行“装置内产生氦-3”，从而摆脱对月球资源的依赖。 具体我们将在后续文章中展开。
三、D-He³机构/公司研究版图
与主流D-T路线相比，D-He³路线的研究版图就显得比较精简。
全球范围内，将其作为核心燃料进行工程化开发的商业公司屈指可数，而学术机构的相关研究也多集中于基础物理探索，而非商业应用。
下表梳理了该领域的主要参与者及其定位。
机构/公司 | 类型 | 研究方向 | 是否商业 主路线 | 备注 |
Helion Energy | 公司 | 场反位形 (FRC) + D-He³ | 是 | 最明确、最激进的商业路线倡导者，致力于建造基于D-He³燃料和直接电能回收的聚变电站。 |
东昇聚变 | 公司 | 托卡马克+ D-He³ | 是 | 探索以“氘-氦3”为燃料的强磁场小型化聚变技术路线，其首代实验装置“晨光”项目已启动建设。 |
TAE Technologies | 公司 | 先进燃料(Advanced Fuel) | 否 | 技术平台（FRC）兼容多种燃料，但其终极商业目标是氢-硼(p-B11)聚变，D-He³并非其主攻方向。 |
Princeton Plasma Physics Lab (PPPL) | 学术 | 先进等离子体物理 | 否 | 历史上开展过普林斯顿场反位形(PFRC)等D-He³聚变研究，主要用于空间推进等特定方向，属前沿物理探索。 |
欧洲/JET | 大科学装置 | He-3 作为诊断/添加物 | 否 | 在JET的D-T实验中，He-3常被用作等离子体诊断工具或少量添加物，以研究燃烧控制，并非作为主要燃料。 |
日本部分大学及研究机构（如NIFS） | 学术 | D-He³ 物理与装置 | 否 | 长期存在小规模的D-He³聚变物理与紧凑型装置研究，属于学术前沿探索，规模有限。 |
图片来源：根据公开资料, 《核聚变商业化》团队整理
从上表可以清晰地看出，D-He³路线在当前的聚变研究生态中处于边缘与先锋并存的位置。
商业旗手（Helion）：Helion是目前唯一将其技术逻辑（FRC、直接发电、低中子）与燃料特性（D-He³）深度绑定的商业实体，构成了当前该领域较完整的商业叙事。
技术平台的兼容性体现（TAE）：FRC构型因其极高的β值，天生适合压制高阶燃料的辐射损失。TAE能够运行D-He³更多是证明其FRC平台的优越性，而非将其作为商业终点。
学术探索的“太空格局”（PPPL与日本）：无论是日本早年著名的“ARTEMIS”概念设计（奠定了FRC+D-He³+质子直接发电的理论鼻祖），还是普林斯顿的深空推进构想，学术界更多是将D-He³用于挑战极端参数极限或不受地球环境限制的太空场景。
大科学装置的“辅助”角色（JET）：这是外界最容易误解的一点。“JET明明在90年代初就打破了D-He³的聚变功率纪录（约140 kW），怎么能说不是主燃料？”
事实上，查阅当时的权威文献（Jacquinot et al., 1992）可知，JET进行D-He³实验的核心目的，是因为当年未获批引入放射性氚，因此利用D-He³作为“无氚的安全替代物”，其产生的14.7 MeV质子非常适合用来模拟未来D-T反应堆（如ITER）中的高能阿尔法粒子加热行为。在当代的JET D-T实验中，加入1%左右的He-3更是纯粹的“少数离子加热”手段。
综上所述，除了Helion和东昇聚变外，全球其他机构对D-He³的关注，更多是出于科学探索、验证技术路径的兼容性，或是服务于主流D-T研究的辅助目的。这恰恰印证了其在当前阶段仍属前沿选择。
在下一篇中，我们将回溯D-He³研究的三个历史阶段，探讨底层物理如何支撑起今天的商业复兴。对核聚变感兴趣的小伙伴，欢迎关注 《核聚变商业化》。