核電行業(yè)深度系列報告：四代核電漸行漸近可控核聚變穩(wěn)步前行

證券研究報告|行業(yè)深度 機(jī)械設(shè)備核電行業(yè)深度系列報告：四代核電漸行漸近，可控核聚變穩(wěn)步前行證券分析師姓名：俞能飛資格編號：S0120522120003郵箱：yunf＠姓名：唐保威資格編號：S01205230500030郵箱：tangbw＠0的關(guān)鍵因素，我國最新核準(zhǔn)的山東石島灣、福建寧德、遼寧徐大堡核電項目要求“按照全球最高安全要求建設(shè)”、“確保萬無一失”。核安全事故往往會造成世界范圍內(nèi)的核電發(fā)展停滯，如2011年福島核事故致使世界多個國家暫緩核電項目建設(shè)，我國也宣布暫停所有核電項目的審批。目前政策保持對核電支持的導(dǎo)向，近年來國內(nèi)核電復(fù)蘇態(tài)勢明顯，2022年初國家發(fā)展改革委和國家能源局印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源正在研發(fā)的、在反應(yīng)堆概念和燃料循環(huán)方面有重大創(chuàng)新的下一代反應(yīng)堆，其主要特征是安全可靠性高、廢物產(chǎn)生量小、具有更好的經(jīng)濟(jì)性、具備共同努力，2002年，GIF從130多種概念設(shè)計中遴選出氣冷快堆(GFR)、鉛冷快堆(LFR)、熔鹽反應(yīng)堆(MSR)、鈉冷快堆(SFR)、超臨界水冷堆(SCWR)、超高溫氣冷堆(VHTR)六種核能系統(tǒng)作為最有開發(fā)前景的第四代核能技術(shù)。中四代堆項目，在多項四代核電路線上保持領(lǐng)先。因為發(fā)展史上一些大事故，讓人們對核電站心有余悸，甚至很多國家做出決策不再發(fā)展裂變核電站，因此原子核的裂變能并不是人類最理想的能源。核聚變具有原料資源豐富、釋放能量大、放射危害小、安全性高等優(yōu)勢，有望成為人類終極能源。聚變堆是我國核能發(fā)展“熱堆-快堆-聚變堆”戰(zhàn)略三步走中的一環(huán)，國內(nèi)研究集中在磁約束EAST裝置是我國自行設(shè)計研制的國際首個全超導(dǎo)托卡馬克裝置，其成功建設(shè)和物理實驗使中國在磁約束聚變研究領(lǐng)域進(jìn)今年7月中核五公司發(fā)布文章稱其與中國第一家聚焦聚變能開發(fā)的商業(yè)公司正式簽訂了全高溫超導(dǎo)核聚變裝置總裝合同，將承建全球首個全高溫超導(dǎo)“重點領(lǐng)域首臺套創(chuàng)新產(chǎn)品”認(rèn)證；2）國光電氣：公司生產(chǎn)的偏濾器和包層系統(tǒng)是ITER項目的關(guān)鍵部件，目前國內(nèi)在該領(lǐng)域具有相關(guān)典型項目承建與運維經(jīng)驗的，只有公司一家，公司具有較明顯優(yōu)勢；3）蘭石重裝：公司是國內(nèi)首家實現(xiàn)國產(chǎn)替代的民用核級板式換熱器設(shè)計生產(chǎn)企業(yè)，子公司中核嘉華在核燃料貯運容器細(xì)分領(lǐng)域具有較高的市場占有率，制造了中國首座50噸核乏燃料后處理中間試驗廠的絕大多數(shù)非標(biāo)設(shè)備；4）科新機(jī)電：公司成功承制了具有四代安全特征的華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程的熱氣導(dǎo)管、主氦風(fēng)機(jī)冷卻器等核電產(chǎn)品，核電產(chǎn)品ANT-12A型新燃料運輸容器以優(yōu)質(zhì)性能實現(xiàn)替代進(jìn)口，獲得客戶贊許；5）江蘇神通：在核電閥門領(lǐng)域，公司產(chǎn)品優(yōu)勢地位突出，自2008年以來，在我國新建核電工程用閥門的一系列國際招標(biāo)中，公司為核級蝶閥和核級球閥的主要中標(biāo)企業(yè)，獲得了這些核電工程已招標(biāo)核級蝶閥、核級球閥90%以上的訂單；6）海陸重工：多年來，公司在民用核能領(lǐng)域累積了豐富的制造和管理經(jīng)驗，并完成多個項目的國際、國內(nèi)首件（臺）制造任務(wù)，服務(wù)堆型包括但不限于三代堆型（華龍一號、國和一號）、四代堆型（高溫氣冷堆、鈉冷快堆、釷基熔鹽堆）以及熱核聚變堆（ITER）等；7）中國一重：中國一重是國內(nèi)最早開發(fā)生產(chǎn)核能設(shè)備的企業(yè)，也是國內(nèi)最大的核電鍛件供應(yīng)商，已具備核島一回路核電設(shè)備的全覆蓋，成為全球少數(shù)兼?zhèn)浜藣u鑄鍛件和核島成套設(shè)備制造能力的重要供應(yīng)商，國際先進(jìn)核島設(shè)備供應(yīng)商和服務(wù)商，是國內(nèi)唯一承擔(dān)并已完成二代、二代加、三代、四代核電技術(shù)裝備制造的企業(yè)；8）國機(jī)重裝：具備核島主設(shè)備制造資質(zhì)和能力，成功簽約全球首個聚變主機(jī)關(guān)鍵部件制造合同；9）航天晨光：放射性廢物處理系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備核心技術(shù)打破國外壟斷，熱核聚變系統(tǒng)完成江蘇省首臺（套）重大裝備認(rèn)定申報。>風(fēng)險提示一）全球范圍內(nèi)無法預(yù)期的核電事故二）核電政策轉(zhuǎn)向保守三）聚變項目進(jìn)展不及預(yù)期四）電力市場需求增長緩慢01安全為基，核電產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展02四代核電漸行漸近，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)走在世界前列03人類終極能源，可控核聚變穩(wěn)步前行04建議關(guān)注05風(fēng)險提示01安全為基，核電產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展1.1對實現(xiàn)“雙碳”具有重要意義，全球核電平穩(wěn)發(fā)展核電具有占地面積較小，年發(fā)電小時數(shù)高、發(fā)電量大，對電網(wǎng)影響小等特點。在全球范圍內(nèi)，核能不僅是實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)的重要支柱能源，更被視為能源現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的工業(yè)技術(shù)集大成者，對能源清潔低碳轉(zhuǎn)型和科技轉(zhuǎn)型變革318.3GW，到2022年末約為393.7GW，發(fā)展32年來核電總裝機(jī)量的年均復(fù)合增速僅為0.67%。從2003年開始全球核電曾迎來快速發(fā)展期，2003年全球核電開工建設(shè)容量僅0.2GW，此后連年上升，2008年開工建設(shè)的核電容量達(dá)到10.7GW，此后連續(xù)2年均保持在10GW以上。但是2011年發(fā)生的福島核泄漏事故中斷了這一發(fā)展勢頭，當(dāng)年新開工的核電容量僅1.9GW，關(guān)停的核電容量卻達(dá)到了11.4G特點傳統(tǒng)能源，在現(xiàn)今能源消耗中占比大；污染86420450400350300250200150100500新并網(wǎng)裝機(jī)容量（GW）開工建設(shè)容量（GW）裝機(jī)容量（GW，右軸）無慢化劑快中子增殖堆石墨水冷堆石墨氣冷堆高溫氣冷堆液態(tài)鈉重水堆二氧化碳慢化劑無慢化劑快中子增殖堆石墨水冷堆石墨氣冷堆高溫氣冷堆液態(tài)鈉重水堆二氧化碳慢化劑1.2核裂變是目前核能發(fā)電運用的主要原理，壓水堆為核電站主力堆型>核裂變是目前核電站發(fā)電運用的主要原理，由中子撞擊原子核產(chǎn)生。核電站目前主要是利用鈾原子核裂變所發(fā)出的巨大能量應(yīng)過程分裂為兩個或兩個以上的中等質(zhì)量的原子核的過程。用中子轟擊鈾-235原子核，原子核分裂為2個較輕的原子核，同時產(chǎn)生2~3個中子，若這些中子除去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂變，使裂變自持地進(jìn)行，則這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)卻劑和中子慢化劑，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)性、安全性好，安全是許多國家選用壓水堆的重要因素，目前是全世界核電站的主力堆型。與火電廠相比，核電的“鍋爐”是核反應(yīng)堆(核島)，核裂變反應(yīng)發(fā)出的熱量被堆芯中的水所吸收，通過一回路流經(jīng)蒸汽發(fā)生器，將熱量交換給二回路中的水，二回路以及后面的流程與火電廠是一樣的——高溫將圖表：核裂變反應(yīng)示意圖圖表：多種多樣的反應(yīng)堆堆型圖表：壓水堆核電站發(fā)電的工作原理冷卻劑（載熱劑）重水石墨重水石墨水氦水水輕水堆沸水堆沸水堆壓水堆快中子堆熱（慢）中子堆快中子堆資料來源：中廣核，核輻射它說官微，國家核安全局，中國核能行業(yè)協(xié)會，周全之《核電站的主要堆型》，《中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司2發(fā)行科技創(chuàng)新可續(xù)期公司債券(第一期)募集說明書》等5 1.3對政策依賴程度大，我國目前政策支持核電發(fā)展安全性是影響政府政策導(dǎo)向的關(guān)鍵因素，我國最新核準(zhǔn)的山東石島灣、福建寧德、遼寧徐大堡核電項目要求“按照全球最高安全要求建設(shè)”、“確保萬無一失”。核安全事故往往會造成世界范圍內(nèi)的核電發(fā)展停滯，如2011年福島核事故致使世界多個國家暫緩核電項目建設(shè)，我國也宣布暫停的二十大報告中延續(xù)了這一表述。根據(jù)我們統(tǒng)計，“十一五”規(guī)劃做出“積極發(fā)展核電”的表述后，核電每年開工數(shù)量從2006年的2臺增長到2010年的9臺，核準(zhǔn)數(shù)量也在2008年達(dá)到14臺；2011年受到福島核泄漏事故影響，當(dāng)年的核準(zhǔn)及開工項目均為0，此后核電發(fā)展較為平緩，尤其是2016-2018年連續(xù)3年核電項目0核準(zhǔn)。直到2019年，核電產(chǎn)業(yè)再度圖表：不同時期我國核電政策表述圖表：國內(nèi)近年來核電機(jī)組核準(zhǔn)數(shù)量（臺）“十一五”規(guī)劃2006-2010積極發(fā)展核電“十二五”規(guī)劃2011-2015在確保安全的前提下高效發(fā)展核電“十三五”規(guī)劃2016-2020以沿海核電帶為重點，安全建設(shè)自主核電示范工程和項目，積極開展內(nèi)陸核電項目前期工作“十四五”規(guī)劃2021-2025安全穩(wěn)妥推動沿海核電建設(shè)，建設(shè)一批多能互補(bǔ)的清潔能源基地，非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：中國政府網(wǎng)，國家能源局，核網(wǎng)官網(wǎng)，德邦證券《核電行業(yè)深度系列報告：積極安全有序發(fā)展核電，千億市場有望釋放》等，德1.4中國在建機(jī)組裝機(jī)容量全球第一，主要核電堆型設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)90%以上>核電發(fā)展30年，在建機(jī)組裝機(jī)容量全球第一。浙江海鹽是中國大陸核電的發(fā)源地，自從我國大陸第一座核電廠——秦山核電廠1991走過30多年歷史。截至2022年底，我國商運核電機(jī)組53臺，總裝機(jī)容量約55.6GW，僅次于美國、法國，位列全球第三，核電總裝機(jī)容量占全國電力裝機(jī)總量的2.2%；全年核電發(fā)電量為4177.8億千瓦時，同比增加2.5%，約占全國總發(fā)電量的4.7%，核能發(fā)電量居全球第二；我國在建核電機(jī)組23臺，總裝機(jī)容量2549萬千瓦，在建機(jī)組裝機(jī)容量繼續(xù)保持全球第一。>核電站主要在沿海地區(qū)分布，主要核電堆型設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)90%以上。我國大陸投運的核電機(jī)組分布在沿海8個省區(qū)，從北省、廣東省、廣西壯族自治區(qū)和海南省。2022年國內(nèi)核電主設(shè)備累計交付54臺套，交付數(shù)量創(chuàng)近五年新高，其中“國和一號”濕繞組電機(jī)主泵和屏蔽電機(jī)主泵，示范快堆1號機(jī)組堆芯支承、熱交換器、新組件裝載機(jī)、提升機(jī)等一批首臺套核電關(guān)鍵裝備實現(xiàn)交付，我國核電裝備自主化和國產(chǎn)化能力進(jìn)一步提升，主要核電堆型09876543210圖表：我國核電站分布情況（截至2022年12月22日）7四代核電漸行漸近，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)走在世界前列2.1核裂變打開核能利用大門，第四代核電站漸行漸近月2日費米在芝加哥實現(xiàn)了世界上第一次受控的自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，被人稱為“登上了原子能新大陸”。從1941年開始，美國著手建立用于第一顆原子彈爆炸式鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，曼哈頓計劃的輝煌以1945年在阿拉莫斯的首爆為標(biāo)志，隨后在廣島和長崎上空進(jìn)行了爆炸。1954年前蘇聯(lián)建成世界首座核電站，1961年美國建成世界第一座商用核電站，此后核電又經(jīng)幾十年的發(fā)展，壓水堆已做到電功率最大可達(dá)1450MW；熱能/電能轉(zhuǎn)換效率從28％提高到33％；每年運行時間可穩(wěn)定在70％以上。其使用效率及經(jīng)濟(jì)性已達(dá)到或超過燃煤電廠，主要目的是為了通過試驗示范形式來驗證其核電在工程實施上的可行性；第二代主要是實現(xiàn)商業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、批量化，以提高經(jīng)濟(jì)性；第三代各國有各種法，代表有美國AP1000，法國EPR，我國華龍一號等；第四代核能系統(tǒng)概念（有別于核電技術(shù)或先進(jìn)反應(yīng)堆）由美國在上世紀(jì)90年代末提出，隨后美、法、日、英等國家組建了“第四代核能系統(tǒng)國際論壇(GIF)”，GIF計劃總目標(biāo)在2030年左右向市場推出能夠解決核能經(jīng)濟(jì)性、安全性、廢物處理和防止核擴(kuò)散問題的第四代核能系統(tǒng)(Gen-IV)。圖表：世界核能發(fā)展的主要進(jìn)程圖表：四代核電站的發(fā)展歷程及主要特點時間事件1938哈恩等發(fā)現(xiàn)重原子核裂變1942費米實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，建成第一座石墨慢化反應(yīng)堆1945實現(xiàn)不可控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)——原子彈，用于軍事目的1951美國建成第一座快中子堆，產(chǎn)生200kW電功率，首次演示核能發(fā)電1952美國實現(xiàn)第一次不可控聚變反應(yīng)，試爆熱核反應(yīng)原理裝置1953美國建成第一座核潛艇用的動力堆陸上模型1954蘇聯(lián)建成第一座電功率5MW石墨慢化、水冷卻示范核電站1957美國建成第一座壓水堆型示范核電站，電功率90MW1961美國建成第一座商用核電站，電功率185MW1970s美國開發(fā)出加強(qiáng)輻射小型熱核武器——中子彈1970s以石油危機(jī)為契機(jī)，全世界大規(guī)模推進(jìn)核電站建設(shè)92.2三代堆由二代堆改進(jìn)而來，四代則是根本性革命性的變化美國電力研究院出臺了“先進(jìn)輕水堆用戶要求”文件（即URD），用一系列定量指標(biāo)來規(guī)范核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。隨后，歐洲出臺的歐洲用戶對輕水堆核電廠的要求（即EUR），也表達(dá)了與URD相同或近似的看法。國際上通常把滿足URD文件或EUR文件的核電機(jī)組稱為第三代核電機(jī)組。第三代核電站反應(yīng)堆類型的代表，有美國西屋AP1000，法國阿海琺公司的EPR，俄羅斯原子能公司的AES2006，中國的“華龍一號”、“國概念；2000年，IAEA發(fā)起創(chuàng)新型反應(yīng)堆與燃料循環(huán)國際計劃(INPRO)，聯(lián)合各核電技術(shù)國家，在保證核安全、最小風(fēng)險以及盡可能不影響環(huán)境的前提下，共同開發(fā)更具競爭力的創(chuàng)新型核能系統(tǒng)（INS2001年7月，美國能源部牽頭，由美國、英國、韓國、南非、日本、法國、加拿大、巴西、阿根廷9國，成立了第四代核能系統(tǒng)國際論壇(GIF)，中國、瑞士和歐洲原子能共同體后來也加入其中。不管是二代還是三代，均屬于熱堆技術(shù)，其堆型絕大多數(shù)為壓水堆，三代技術(shù)與二代相比，沒有實質(zhì)性的差別，只是安全性提高了一些，而第四代核電技術(shù)并不是在第三代技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸，它與當(dāng)代核電技術(shù)相比，是根本性革命性的變化，包請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：國家核可行性論證關(guān)鍵性能論證示范系統(tǒng)論證可行性論證關(guān)鍵性能論證示范系統(tǒng)論證2.3四代核電包括6種堆型，GIF提出具體發(fā)展目標(biāo)量小、具有更好的經(jīng)濟(jì)性、具備多用途功能、可防止核擴(kuò)散。經(jīng)過共同努力，2002年，GIF從130多種概念設(shè)計中遴選出氣冷快堆(GFR)、鉛冷快堆(LFR)、熔鹽反應(yīng)堆(MSR)、鈉冷快堆(SFR)、超臨界水冷堆(SCWR)、超高溫氣冷堆(VHTR)六種核能系統(tǒng)作為最有開發(fā)前景的第四代核能技術(shù)，并在其后發(fā)布了技術(shù)路線圖（2014年進(jìn)行了更新），確定并規(guī)劃產(chǎn)的可持續(xù)性，促進(jìn)核燃料的長期可使用性，并最大限度地減少核廢物的產(chǎn)生和降低核廢物的長期管理負(fù)擔(dān)；2）在安全性和可靠性方面，應(yīng)具備優(yōu)異的安全性與可靠性和極低的堆芯損壞概率與損壞程度，并消除開展廠外應(yīng)急響應(yīng)的必要性；3）在經(jīng)濟(jì)性方面，其壽期循環(huán)成本應(yīng)優(yōu)于其他能源技術(shù)，且財務(wù)風(fēng)險水平與其他能源項目相當(dāng)；4）在防擴(kuò)散和實物保護(hù)方面，使第四代核能系統(tǒng)成為一條非常不具吸引力的武器材料轉(zhuǎn)用和盜竊路線，并為防范圖表：第四代核能系統(tǒng)目標(biāo)圖表：GIF路線圖中6種四代核能系統(tǒng)研發(fā)時間表（1）符合清潔空氣目標(biāo)的可持續(xù)能源生產(chǎn)，促（1）比其它能源具有清晰的全壽命周期成本優(yōu)勢2）財務(wù)（1）具有卓越的運行安全性和可靠性2）反應(yīng)堆堆芯損壞的可能性和損壞程度非常低3）消除對廠外應(yīng)急響應(yīng)的需防擴(kuò)散與實物保第四代核能系統(tǒng)將提高對最護(hù)目標(biāo)竊路線的保障，并增強(qiáng)對恐怖行為請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：李雪峰等《第四代核能系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展》，現(xiàn)代物理2.4超高溫/高溫氣冷堆（V/HTR）2.4.1新一代核能系統(tǒng)，模塊式高溫氣冷堆是該技術(shù)發(fā)展的新階段>國際公認(rèn)的新一代核能系統(tǒng)，應(yīng)用前景廣闊。高溫氣冷堆屬于熱中子裂變反應(yīng)堆，用氦氣作冷卻劑，石墨作慢化材料，采用包覆顆粒燃料以及全陶瓷的堆芯結(jié)構(gòu)材料。模塊式高溫氣冷堆安全性好、氦氣堆芯出口溫度高，是目前國際核能領(lǐng)域公認(rèn)的新一代核能系統(tǒng)，在工藝供熱、核能制氫、高效發(fā)電、空間電源甚至軍用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。國際上把高溫氣冷堆列為符合第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)要求的堆型之一。2003年發(fā)表的第四代核能系統(tǒng)路線圖報告把超高溫氣冷堆（VHTR）列為第四代核能系統(tǒng)6種候選技術(shù)之一。此后更新的路線圖報告則將VHTR更改為V/HTR（超高溫氣冷堆/高溫氣冷堆），并說明它包括的溫度范圍是700~1000℃。>由軍品到商用，模塊式高溫氣冷堆是該技術(shù)發(fā)展的新階段。高溫氣冷堆的前身是氣冷反應(yīng)堆，用氣體作為冷卻劑，最早應(yīng)用于軍用核材料生產(chǎn)，后逐步發(fā)展為商用發(fā)電的動力反應(yīng)堆。它大致分為四個階段：早期氣冷堆（Magnox堆）、改進(jìn)型氣冷堆（AGR堆）、高溫氣冷堆（HTGR）和模塊式高溫氣冷堆（MHGTRMHGTR是HTGR技術(shù)發(fā)展的新階段。圖表：HTR-PM堆本體示意圖請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：張作義等《我國高2.4超高溫/高溫氣冷堆（V/HTR）2.4.2高溫氣冷堆具有優(yōu)異的固有安全性，潛在制氫能力使其更具吸引力>具有優(yōu)異的固有安全性是模塊式高溫氣冷堆的突出特征。高溫氣冷堆的高溫特性和安全性能首先源于其獨特的包覆顆粒燃料，目前壓水堆使用的燃料由氧化鈾陶瓷芯塊和鋯合金包殼組成，HTR-PM球形燃料元件結(jié)構(gòu)以直徑0.5mm左右的二氧化鈾為核芯，通過疏松熱解碳、碳化硅、致密熱解碳等三種同心球殼狀包覆材料形成燃料顆粒，形成0.92mm直徑的包覆顆粒燃料。燃料顆粒隨機(jī)彌散在石墨基體內(nèi)，大約12000個包覆顆粒燃料與石墨一起被填充在1個直徑60mm的燃料球中。只要環(huán)境溫度不超過1650℃,碳化硅球殼就能保持完整，固鎖放射性裂變產(chǎn)物，形成了第一道安全屏障。>氦氣冷卻，石墨慢化，出口溫度高使其具備制氫能力。高溫氣冷堆采用氦氣作冷卻劑。氦氣是一種惰性永久氣體，不與任何物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，中子吸收截面小，難于活化，具有很低的放射性水平。高溫氣冷堆采用石墨作慢化劑，堆芯不含金屬，結(jié)構(gòu)材料由石墨和碳塊組成，熔點都在3000℃以上。另外，氦氣與反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料相容性好，避免了以水作冷卻劑與慢化劑的反應(yīng)堆中的各種腐蝕問題，使冷卻劑的出口溫度可達(dá)950℃甚至更高。由于出口溫度高，該堆型可以用于更高溫度的核能熱利用，電解效率高達(dá)75%以上的高溫固體氧化物電解水制氫SOEC（SolidOxideElectrolysisCell），其運行溫度為600℃~900℃,高溫氣冷堆是其所需理想堆型。美國能源部于2004年出臺的《氫能技術(shù)研究、開發(fā)與示范行動計劃》中，核能制氫系采用高溫?zé)峄瘜W(xué)技術(shù)制氫，即碘—硫熱化學(xué)循環(huán)制氫。利用反應(yīng)堆堆芯出口溫度高達(dá)950℃~1000℃超高溫氣冷堆進(jìn)行碘—硫熱化學(xué)循環(huán)規(guī)模化制氫，將成為高溫氣冷堆未來的重點應(yīng)用領(lǐng)域。圖表：HTR-PM球形燃料元件結(jié)構(gòu)圖表：燃料球及內(nèi)部燃料顆粒尺寸示意圖圖表：包覆顆粒燃料示意圖請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：張作義等2.4超高溫/高溫氣冷堆（V/HTR）2.4.3固有安全性源自核子物理性質(zhì)及材料特點>核反應(yīng)堆停堆后繼續(xù)產(chǎn)生熱量，將熱量順利帶出堆芯是保證核安全的最主要挑戰(zhàn)。一般的燃煤或燃?xì)忮仩t熄火后，就不會再產(chǎn)生熱量。而核反應(yīng)堆不同，壓水堆和沸水堆最大的危險在于冷卻水主環(huán)路失靈，那么即使中子吸收棒被放到“全關(guān)”的位置，之前裂變產(chǎn)生的放射性元素仍然會繼續(xù)裂變而產(chǎn)生過多的熱量，最終會把整個爐心熔化掉（ReactorCoreMeltdown），極高溫的放射性金屬熔漿有可能會燒穿反應(yīng)爐的水泥地基而滲入地下水層，將大量危險的放射性同位素釋放到外界。>溫度升高反應(yīng)減緩，燃料結(jié)構(gòu)材料保證不發(fā)生放射性泄露。高溫氣冷堆的功率控制和絕不熔堆的保證來自核子物理性質(zhì)：裂變產(chǎn)生的快中子（FastNeutron）和石墨原子核碰撞之后，損失動能，成為慢中子（ThermalNeutron）；而其他鈾235原子核吸收慢中子（這就是所謂的連鎖反應(yīng)，ChainReaction）而引發(fā)新的裂變截面積（即機(jī)率）隨溫度增高而減小，在攝氏1000度以上減小得很快，當(dāng)反應(yīng)堆溫度逐步升高到1600℃,連鎖反應(yīng)就基本停止了。這個溫度遠(yuǎn)低于燃料可承受的最大溫度，因此燃料顆粒無論如何不會被燒壞，這決定了高溫氣冷堆在任何情況下都不會有放射性泄露的可能。圖表：福島核泄漏事故現(xiàn)場圖表：世界核電廠安全性改進(jìn)的發(fā)展2.4超高溫/高溫氣冷堆（V/HTR）2.4.4因“不會熔毀”受到國際關(guān)注，中國項目建設(shè)領(lǐng)先>起源于美國，發(fā)展于德國，目前受到世界多方關(guān)注。高溫氣冷堆最早是1943年美國的FarringtonDaniels在OakRidge實驗室所做的一個實驗，不過一直到1960年才在德國由Schulten牽頭開始實際的工程設(shè)計與建設(shè)。Schulten的反應(yīng)堆簡稱AVR，1967年建成并網(wǎng)發(fā)電，電功率為15MW。根據(jù)堆芯燃料幾何形狀的不同，目前的高溫氣冷堆分為球床堆和棱柱堆兩大類型。我國和德國的球床堆使用球形燃料元件，而美國和日本主要開發(fā)的是棱柱堆。這兩種堆型核心技術(shù)完全相同。日本對其HTTR有豐富的設(shè)計、技術(shù)、管理經(jīng)驗，并掌握了燃?xì)廨啓C(jī)和制氫技術(shù)，目前已與波蘭等國進(jìn)行合作，希望依托先進(jìn)的高溫氣冷堆技術(shù)經(jīng)驗盡早實現(xiàn)商用化。俄羅斯Bochvar無機(jī)材料研究所也正在開展高溫氣冷堆燃料制造技術(shù)研究。>我國完成世界首座球床模塊式實驗堆，相關(guān)技術(shù)走在世界前列。我國在20世紀(jì)70年代開始高溫氣冷堆的研究，研究工作的實施主體為清華大學(xué)核研院。1986年，高溫氣冷堆被列為國家“863計劃”項目之一。在國家“863計劃”支持下，HTR-10第一罐混凝土于1995年6月澆灌，2000年達(dá)到臨界，2003年1月實現(xiàn)滿功率調(diào)試運行，成為世界上第一座球床模塊式高溫氣冷實驗堆。2006年，高溫氣冷堆進(jìn)入國家16個重大科技專項名單，高溫氣冷堆的商業(yè)化正式提上日程。中國華能集團(tuán)、中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司和清華大學(xué)分別以47.5%、32.5%、20%的投資比例，共同投資建設(shè)20萬千瓦級模塊式高溫氣冷堆核電站示范工程，該工程于2008年10月啟動，原定2009年9月開工，2013年11月投產(chǎn)發(fā)電，但由于受福島核事故影響，2012年12月才正式開工建設(shè)，2021年8月20日首次裝料，2022年底首次實現(xiàn)雙堆初始滿功率運行。目前該項目正在做最新的試驗驗證，截止2023年6月30日暫未商運。在此基礎(chǔ)上，我國60萬千瓦級模塊式高溫氣冷堆的技術(shù)攻關(guān)工作也正在部署。性能參數(shù)熱功率10MW電功率3MW一回路氦氣壓力3.0MPa堆芯氦氣出口平均溫度700℃堆芯氦氣入口平均溫度250℃氦冷卻劑流量4.3kg·s-1蒸汽溫度435℃蒸汽壓力3.5MPa給水溫度104℃堆芯體積5m3堆芯燃料球總數(shù)2.7萬個燃料加濃度17%平均燃耗80GW·d·t-1堆芯平均功率密度2MW·m-3單球最大的功率1.08kW請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：核電那些事公眾號，核電網(wǎng)官微，中國核能行業(yè)協(xié)會，張浩等《模塊式高溫氣冷堆的技術(shù)背景及展望》，2.4超高溫/高溫氣冷堆（V/HTR）2.4.5產(chǎn)業(yè)化不斷推進(jìn)，主要設(shè)備國產(chǎn)化率高>國內(nèi)高溫氣冷堆產(chǎn)業(yè)化項目持續(xù)推進(jìn)，相關(guān)技術(shù)引領(lǐng)全球。伴隨國內(nèi)HTR-10、石島灣高溫氣冷堆示范工程的成功建設(shè)，中國高溫氣冷堆技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)全球引領(lǐng)。高溫氣冷堆在石島灣核電廠的示范成功，具備了規(guī)模化推廣的基礎(chǔ)。高品質(zhì)工藝熱和高參數(shù)高溫蒸汽可廣泛應(yīng)用于石油、化工等領(lǐng)域。2015年4月，據(jù)中國核建介紹，商用60萬千瓦高溫堆江西瑞金核電項目初步可行性研究報告已通過專家評審。這是中國核建在60萬千瓦高溫堆商業(yè)化推廣道路上邁出的重要一步，為我國第一座商用高溫堆電站項目的順利開展奠定了堅實基礎(chǔ)。在獲得國家核準(zhǔn)，并獲得國家核安全局頒發(fā)的建造許可證后，江西瑞金高溫堆核電項目一期工程2臺機(jī)組，開工到并網(wǎng)發(fā)電預(yù)計需要4-5年時間。此外在國家科技重大專項“高溫氣冷堆核電站”支持下，高溫氣冷堆制氫關(guān)鍵技術(shù)研究也已取得良好進(jìn)展。>上下游500多家單位齊心協(xié)力攻關(guān)，高溫氣冷堆示范工程設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到93.4%。HTR-PM的核心設(shè)備及系統(tǒng)可歸納為九大設(shè)備和系統(tǒng)：反應(yīng)堆壓力容器、主氦風(fēng)機(jī)、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)金屬構(gòu)件、控制棒、吸收球、燃料裝卸、氦凈化和乏燃料儲存。在石島灣重大專項實施過程中，我國完成了一系列世界首臺套的重大裝備的制造，對于相關(guān)行業(yè)的技術(shù)提升起到了重要的推動作用。例如上海電氣完成了反應(yīng)堆壓力容器、金屬堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)等重要裝備的研制；上海電氣鼓風(fēng)機(jī)廠和哈電佳木斯電機(jī)廠完成了主氦風(fēng)機(jī)的研制。作為國家十六個重大科技專項之一，上下游共500余家單位參與了石島灣高溫氣冷堆示范工程的研發(fā)和建設(shè)，參與的技術(shù)研發(fā)和工程建設(shè)的人員超過萬人，其中僅首次使用的設(shè)備就有2200多臺（套），創(chuàng)新型設(shè)備600余臺，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到93.4%。HTRHTR-10開工建設(shè)1995.6 臨界日期2000滿功率運行2003 石島灣20萬千瓦示范工程開工建設(shè)2012.12 臨界日期2021.9滿功率運行2022.12 瑞金60萬千瓦產(chǎn)業(yè)化項目序號相關(guān)產(chǎn)品公司名稱序號相關(guān)產(chǎn)品11佳電股份直流蒸汽發(fā)生器、主氦風(fēng)機(jī)2尚緯股份核電QA類電纜33中鋼新型高溫氣冷堆用核石墨粉4海陸重工吊籃筒體、安注箱、堆內(nèi)構(gòu)件吊具55中核北方核燃料元件有限公司高溫氣冷堆核燃料元件可行性研究2015.4 開工建設(shè)(原計劃)2017并網(wǎng)日期(原計劃)2021 高溫氣冷堆制氫項目關(guān)鍵設(shè)備樣機(jī)研究十三五 中試驗證十四五核能制氫–氫冶金的工程示范十五五 氦氣透平循環(huán)發(fā)電、核能制氫的工程應(yīng)用2030以前6上海電氣核島和常規(guī)島多項核心設(shè)備7方大炭素攻克高溫氣冷堆炭堆內(nèi)構(gòu)件技術(shù)8中核科技高溫氣冷堆核級氦氣隔離閥研制9蘭石重裝高溫氣冷堆核電站乏燃料現(xiàn)場貯存和運輸系統(tǒng)設(shè)備中國核建旗下中核二四為石島灣施工建設(shè)方資料來源：張浩等《模塊式高溫氣冷堆的技術(shù)背景及展望》，中國核能行業(yè)協(xié)會，中國華能，國家核安全局，核能號，中科院物理所，知領(lǐng)2.5超臨界水冷堆(SCWR)2.5.1以超臨界水為冷卻劑采用直接循環(huán)，具有更高的熱傳導(dǎo)效率>以超臨界水為冷卻劑的唯一水冷堆型，具有更高的熱傳導(dǎo)效率。在第四代核能系統(tǒng)候選堆型中，超臨界水冷堆是唯一的水冷堆型。所謂超臨界水冷堆，說的是系統(tǒng)以超臨界水作為冷卻介質(zhì)。水的臨界點為374℃和22.1MPa，超過這個點以后水的液態(tài)和氣態(tài)的差別消失，因此超臨界水冷反應(yīng)堆是一個高溫高壓的水冷反應(yīng)堆。超臨界水冷反應(yīng)堆的優(yōu)勢顯而易見。由于水在超臨界狀態(tài)下兼具液體和氣體的性質(zhì)，因此具有更高的熱傳導(dǎo)效率。如果運行壓力為250個大氣壓，冷卻劑出口溫度可高于500℃,因此可以提高熱電轉(zhuǎn)換效率，有效節(jié)省鈾資源。同時，由于超臨界水冷堆只存在一種相態(tài)，因此可以簡化反應(yīng)堆系統(tǒng)，從而節(jié)省建造成本，在經(jīng)濟(jì)上具有一定的優(yōu)勢。此外超臨界水堆還可以繼承現(xiàn)有輕水堆以及超臨界火電技術(shù)的部分經(jīng)驗。>超臨界水冷堆采用直接循環(huán)，相比壓水堆取消了蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主循環(huán)泵等。超臨界水冷堆一般運行壓力為25MPa左右，反應(yīng)堆出口溫度大于等于500℃,系統(tǒng)熱效率在40%以上。超臨界水冷堆的基本流程為：主循環(huán)泵提供驅(qū)動壓頭，使流體通過主給水管道進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯，經(jīng)過核加熱后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏骸俺R界蒸汽”(加熱過程無相變)，“超臨界蒸汽”通過主蒸汽管道進(jìn)入下游汽輪機(jī)做功，輸出電能。經(jīng)過汽輪機(jī)后的乏汽在冷凝器內(nèi)進(jìn)一步冷卻，形成液相水，重新返回主泵入口，形成閉式直接循環(huán)。請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：蘇更林《2.5超臨界水冷堆(SCWR)2.5.2世界多國開展研發(fā)工作，我國CSR1000具有自主知識產(chǎn)權(quán)>相關(guān)技術(shù)起源較早，世界多國開展研發(fā)工作。超臨界水冷堆并不是一個新近提出的核能系統(tǒng)概念，早在20世紀(jì)50年代，美國和蘇聯(lián)的研究人員就提出了利用超臨界水作為反應(yīng)堆冷卻劑的想法并進(jìn)行了探索性研究，但限于當(dāng)時的工業(yè)水平，沒有持續(xù)開展工作。20個世紀(jì)90年代，日本研究人員較為系統(tǒng)地開展了超臨界水冷堆的設(shè)計與研究工作。一般地說，SCWR的概念設(shè)計可分為兩大類：一類最初由日本提出、最近由歐洲原子能共同體合作提出的壓力容器概念；另一類是由加拿大提出的壓力管概念，一般稱為加拿大超臨界水堆。加拿大、歐洲原子能共同體和日本已成功地完成了SCWR概念的開發(fā)，并經(jīng)過國際同行審查。我國和俄羅斯也正在繼續(xù)從事其開發(fā)工作，但我國正在開發(fā)的是熱中子譜堆芯概念，而俄羅斯開發(fā)的是快中子譜堆芯概念。>國內(nèi)2003年開始相關(guān)研究，CSR1000具有自主知識產(chǎn)權(quán)。我國從2003年就開始了超臨界水冷堆技術(shù)跟蹤研究。2003年10月中國核動力研究設(shè)計院批準(zhǔn)了“超臨界輕水堆研究”科研基金項目。國內(nèi)多家高校和研究機(jī)構(gòu)參與研究，提出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國超臨界水冷堆CSR1000總體設(shè)計方案，并在設(shè)計研究、實驗及相關(guān)技術(shù)研究和材料研究方面取得了豐富的研究成果。2014年5月，中國正式簽署了加入第四代核能系統(tǒng)國際論壇超臨界水冷堆系統(tǒng)安排協(xié)議。2015年3月，在芬蘭召開的超臨界水冷堆系統(tǒng)指導(dǎo)委員會(SCWR-SSC)會議上，中國代表被推選為新一屆系統(tǒng)指導(dǎo)委員會主席。2017年7月，我國完成了GIF-SCWR兩個項目管理委員會(PMB)的加入工作。自加入GIF-SCWR以后，我們先后舉辦了第11屆IAEA信息交流會(IEM)，第8屆超臨界水堆會議(ISSCWR-8)等。圖表：日本SCLWR-H燃料組件截面圖圖表：加拿大Brady等提出的燃料組件設(shè)計概念資料來源：李雪峰等《第四代核能系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展》，黃彥平等《超臨界水冷堆》，馮琳娜等《超臨界水冷堆燃料組件研發(fā)概況》，蘇更六大候選堆型》，李翔等《中國超臨界水冷堆CSR1000總體設(shè)計研究》等2.6熔鹽反應(yīng)堆(MSR)2.6.1出口溫度高有利于核能綜合利用，系統(tǒng)有較好的傳熱性和非常低的蒸汽壓力>以熔鹽作為冷卻劑，出口溫度高有利于核能綜合利用。熔鹽堆是以熔鹽作為冷卻劑的反應(yīng)堆，具有高溫、低壓、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱容等非常理想的反應(yīng)堆熱量傳輸特性，可建成常壓、緊湊、輕量化和低成本的反應(yīng)堆；熔鹽堆運行只需少量的水，即使在干旱地區(qū)也能夠高效發(fā)電；熔鹽堆輸出溫度可達(dá)700℃以上，既可用于發(fā)電，也用于工業(yè)生產(chǎn)和高溫制氫、吸收二氧化碳制甲醇等，緩解氣候問題和環(huán)境污染，實現(xiàn)核能綜合利用。>石墨兼作慢化劑，系統(tǒng)有較好的傳熱性和非常低的蒸汽壓力。熔鹽堆主要包括堆本體、回路系統(tǒng)、換熱器、燃料鹽干法處理系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備等。熔鹽堆燃料是以氟化鈹和氟化鋰及溶解在其中的釷或鈾的氟化物組成的液態(tài)融合物，具有很好的傳熱特性和非常低的蒸汽壓力，可以降低對壓力容器和管道壓力。堆本體主要由堆芯活性區(qū)、反射層、熔鹽腔室/熔鹽通道、熔鹽導(dǎo)流層、哈氏合金包殼等組成，上百根均勻排列、無包殼并帶有通道的石墨元件組成燃料鹽通道并兼作慢化劑，含有裂變材料和可轉(zhuǎn)換材料的燃料熔鹽通過堆芯石墨通道時發(fā)生裂變放出熱量，經(jīng)過加熱的700℃以上高溫燃料熔鹽流出堆芯出口，通過熱交換器將熱量轉(zhuǎn)換到二次回路中的冷卻鹽中，二次回路再通過另一個熱交換器將熱量傳給第三個氦氣回路推動氦氣輪機(jī)作功發(fā)電。圖表：熔鹽堆核能系統(tǒng)綜合利用示意圖圖表：熔鹽堆原理示意圖請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：蔡翔舟等《釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)》，徐洪杰等《釷基熔鹽堆和核能綜合利用》，李雪峰等《第四代核能系統(tǒng)的產(chǎn)生2.6熔鹽反應(yīng)堆(MSR)2.6.2熔鹽堆能與釷基核燃料很好結(jié)合，釷基核燃料具備儲量大等優(yōu)勢>熔鹽堆研發(fā)美國，能和釷基核燃料很好結(jié)合。熔鹽堆研發(fā)始于20世紀(jì)40年代末的美國，主要目的是美國空軍為轟炸機(jī)尋求航空核動力(輕水堆則是美國海軍為潛艇研發(fā)的核動力裝置)，此后由于戰(zhàn)略導(dǎo)彈的異軍突起，使核動力轟炸機(jī)變?yōu)殡u肋，熔鹽堆也失去了軍方的支持。研究表明熔鹽堆具有非常獨特而優(yōu)異的民用動力堆性能，可以用鈾基核燃料，更適合于釷基核燃料。熔鹽堆的獨特優(yōu)勢引起了世界多國關(guān)注，中國及前蘇聯(lián)均曾在上世紀(jì)70年代展開過相關(guān)研究，1971年，上?！?28工程”建成了零功率冷態(tài)熔鹽堆并達(dá)到臨界，但限于當(dāng)時的科技、工業(yè)和經(jīng)濟(jì)水平，后轉(zhuǎn)為建設(shè)輕水反應(yīng)堆，自此在世界范圍內(nèi)熔鹽堆研究的國家行為幾乎停止。直到20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，能源危機(jī)與環(huán)境挑戰(zhàn)為釷基熔鹽堆發(fā)展提供了新的機(jī)遇，2001年被第四代核反應(yīng)堆國際論壇(GIF)選為六個候選堆型之一，釷基熔鹽堆研發(fā)自此在世界范圍內(nèi)呈現(xiàn)急劇上升趨勢。>釷基核燃料具備儲量大、不易制備核武器等優(yōu)勢，是更理想的民用核燃料。人類迄今發(fā)現(xiàn)的有商業(yè)價值的易裂變核素有：鈾-235、钚-239和鈾-233。其中，鈾-235是自然界唯一天然存在的易裂變核素，钚-239需較難裂變的鈾-238吸收中子后轉(zhuǎn)換而來，而鈾-233則需較難裂變的釷-232吸收中子后轉(zhuǎn)換而來，所以鈾-238和釷-232也稱可轉(zhuǎn)換核素。天然釷中只含有釷-232，要在吸收中子轉(zhuǎn)換為易裂變的鈾-233后才好利用，即釷鈾燃料循環(huán)(釷基核燃料)。我國釷資源儲量豐富，初步估算如能實現(xiàn)釷基核燃料的完全循環(huán)利用，可供使用幾千年以上，將確保我國能源的自給自足。地球上釷資源總儲量是鈾資源的3~4倍，釷基核燃料的有效利用對于人類發(fā)展也有著巨大的價值。此外，釷基核燃料還具有不易用于制造核武器等特點，是更理想的民用核燃料。圖表：產(chǎn)學(xué)研深度融合打造釷基熔鹽堆研發(fā)全產(chǎn)請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。2.6熔鹽反應(yīng)堆(MSR)2.6.3多國展開熔鹽堆研究，我國液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆即將投運>熔鹽堆發(fā)展為液、固兩種堆型，多國進(jìn)行研究。經(jīng)過幾十年發(fā)展，熔鹽堆已擴(kuò)展為兩類堆型：液態(tài)燃料熔鹽堆(MSR-LF)和固態(tài)燃料熔鹽堆(MSR-SF，也稱為氟鹽冷卻高溫堆-FHR)。液態(tài)燃料熔鹽堆因其可在線添料并進(jìn)行后處理，是國際公認(rèn)的釷基核能的理想堆型，可實現(xiàn)釷鈾燃料的閉式循環(huán)；固態(tài)燃料熔鹽堆中通過不停堆連續(xù)更換燃料球，也可在開環(huán)模式下提高核燃料使用率，實現(xiàn)釷燃料的部分利用。歐美各國積極推進(jìn)國際合作并組建合作機(jī)構(gòu)，開展熔鹽堆概念設(shè)計和評估；歐盟自2001年起先后啟動多個研究項目，由歐洲原子能共同體和其中六個國家參與，開展液態(tài)燃料熔鹽堆的評估與可行性研究，提出熔鹽快堆系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計；亞洲各國受能源需求的拉動，對兩種熔鹽堆的發(fā)展均表現(xiàn)出很高的積極性，印度與日本正在積極推動液態(tài)燃料釷基熔鹽堆的研究工作，韓國已經(jīng)啟動了固態(tài)熔鹽堆研究計劃。>我國2011年啟動TMSR科技專項，2023年6月項目獲得運行許可。2011年，中科院部署啟動了首批戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）“未來先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）”，計劃用20年左右在國際上首先實現(xiàn)釷基熔鹽堆的應(yīng)用，同時建立釷基熔鹽堆產(chǎn)業(yè)鏈和相應(yīng)的科技隊伍。2017年4月，甘肅省武威市與中科院簽訂了在該市民勤縣建設(shè)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)項目的戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，該項目分兩期建設(shè)，總投資220億元。2018年9月，該項目開工建設(shè)，2021年，主體工程完工。今年6月國家核安全局發(fā)布關(guān)于頒發(fā)2MWt液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆運行許可證的通知，甘肅釷基熔鹽實驗堆獲運行許可，標(biāo)志著繼高溫氣冷堆后，我國又一四代核能堆即將投運。圖表：釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)技術(shù)路線和階段目標(biāo)圖表：釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)發(fā)展路線圖2.7鈉冷快堆(SFR)2.7.1快堆可實現(xiàn)鈾資源高效利用，鈉冷快堆發(fā)展最快>快堆可實現(xiàn)鈾資源高效利用，與壓水堆配合裂變核能幾乎無限?？熘凶佣?簡稱快堆)是主要以平均中子能量0.08~0.1MeV的快中子引起裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的反應(yīng)堆?？熘凶佣训闹饕攸c是，在堆運行時，新產(chǎn)生的易裂變核燃料(如钚)多于消耗掉的易裂變核燃料钚，即增殖比大于1，易裂變核燃料得到增殖，因此又稱為快中子增殖反應(yīng)堆。運行中真正消耗的是天然鈾中不易裂變且豐度占99.2%以上的鈾-238?？於训姆θ剂辖?jīng)后處理，钚返回堆內(nèi)再燒，多余的钚則用于裝載新的快堆。大規(guī)模用熱堆遲早會遇到鈾資源短缺的問題，所以我國核能的基本戰(zhàn)略是“熱堆—快推—聚變堆”三步發(fā)展，壓水堆生產(chǎn)的工業(yè)钚與快堆自己增殖的钚供給新建快堆初裝料，一座1GWe的快堆在60年壽期中只需消耗70~80噸貧鈾即可。出于發(fā)展快堆對鈾資源利用率的提高，使更貧的鈾礦也值得開采，則世界可用鈾資源將擴(kuò)大千倍，所以壓水堆——快堆和燃料循環(huán)匹配起來，裂變核能幾乎可以認(rèn)為是無限的，可以實現(xiàn)核能的大規(guī)模可持續(xù)發(fā)展。>鈉冷快堆發(fā)展最快，具備燃料增殖與廢料嬗變兩大優(yōu)勢。為了在堆芯內(nèi)維持快中子，除氣體外不宜用含輕核的冷卻劑，可選用鈉、氦和鉛等，鈉冷快堆是第四代快堆堆型中發(fā)展最快，也最接近商業(yè)化的快堆，其主要有兩大優(yōu)勢：一是增殖，它可以將天然鈾中占99%以上的鈾-238轉(zhuǎn)化為易裂變核素钚-239，將鈾資源利用率從壓水堆的不到1%提高到60%以上；二是嬗變，它可以將乏燃料中的長壽命高放射性核素轉(zhuǎn)化為短壽命低放射性核素，從而將核廢料的放射性危害降至最小。238U—239Pu轉(zhuǎn)換示意圖資料來源：李雪峰等《第四代核能系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展》，徐銤《快中子堆》，蘇更林《第四代核能系統(tǒng)的六大2.7鈉冷快堆(SFR)2.7.2鈉冷快堆以鈉作為冷卻劑，核燃料30多年可增殖一倍>鈉冷快堆以鈉作為冷卻劑，池式鈉冷快堆因安全性逐漸成為主流。鈉冷快堆就是以熔融鈉或低共熔鈉鉀合金作為冷卻劑，由快中子觸發(fā)核裂變而維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的反應(yīng)堆。根據(jù)堆型布置的不同，鈉冷快堆可以分為回路式鈉冷快堆和池式鈉冷快堆。回路式結(jié)構(gòu)就是用管路把各個獨立的設(shè)備連接成回路系統(tǒng)，這樣設(shè)備維修起來比較方便，但由于系統(tǒng)復(fù)雜，容易發(fā)生故障。池式結(jié)構(gòu)采用的是一體化方案，即把堆芯與一回路的鈉循環(huán)泵、中間熱交換器等浸泡在一個液態(tài)鈉池內(nèi)。池式結(jié)構(gòu)維修不便，但安全性好。近年來，出于安全方面的考慮，池式鈉冷快堆逐漸成為發(fā)展的主流。>鈉具備高導(dǎo)熱系數(shù)和低中子吸收率，核燃料30多年可增殖一倍。鈉的主要優(yōu)點為高導(dǎo)熱系數(shù)和低中子吸收率。高導(dǎo)熱系數(shù)有利于高速率傳熱，低中子吸收率有利于核反應(yīng)進(jìn)行。如鈉的導(dǎo)熱能力是水的130倍，用其作為冷卻劑在很大程度上能防止堆芯的熔化。同時，鈉是地球上比較豐富的元素之一，在價格方面具有一定的優(yōu)勢。鈉的熔點為98℃,沸點為883℃,能夠在接近大氣壓力下運行。鈉和鈉鉀共晶合金不會嚴(yán)重腐蝕鋼材，并且與許多核燃料兼容。鈉冷快堆增殖速度約30年翻一倍，30多年后核燃料钚-239就可以翻一番，此時當(dāng)初的钚-239可以滿足兩座同規(guī)模鈉冷快堆的需要，再經(jīng)過30多年，钚-239可以滿足四座鈉冷快堆的需要。圖表：鈉冷快堆原理示意圖圖表：中國快中請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：蘇更林《第四代2.7鈉冷快堆(SFR)2.7.3鈉冷快堆被稱為首選堆型，我國正在進(jìn)行600MW示范堆建設(shè)>鈉冷快堆被稱為首選堆型，工程技術(shù)最為成熟。在GIF的6種四代堆型中，只有鈉冷快堆在工程技術(shù)上最為成熟，因而被稱為首選堆型。俄羅斯有長期運營鈉冷快堆的經(jīng)驗，其1980年并網(wǎng)商運的BN-600型反應(yīng)堆已運行37年，2016年BN-600的負(fù)荷因子超過了87.45%。80萬千瓦的BN-800型反應(yīng)堆于2016年10月31日正式投入商業(yè)運行，是全球在運的最大的鈉冷反應(yīng)堆，計劃2030年還建設(shè)一座功率為120萬千瓦的更大型鈉冷反應(yīng)堆，其設(shè)計工作已經(jīng)完成；美國已在20世紀(jì)40年代建成全球首座實驗快堆，共建成了22座快堆，其中鈉冷快堆19座，包括實驗快堆，原型快堆，經(jīng)濟(jì)驗證性(或稱示范)快堆，功率從0.25MWt直到1200MWe，積累了約350堆年的運行經(jīng)驗，并且已具備示范快堆燃料制造能力；日本擁有大量運行快堆的經(jīng)驗，近期正攜手美國開發(fā)鈉冷快堆。>我國已完成鈉冷快堆實驗項目，正在進(jìn)行600MW示范堆建設(shè)。中國是世界上第8個擁有鈉冷快堆技術(shù)的國家，中國鈉冷快堆技術(shù)研發(fā)起步于20世紀(jì)60年代。1987年，中國實驗快堆（CEFR）項目被納入國家“863”計劃。該項目由中核集團(tuán)組織，中國原子能科學(xué)研究院具體實施。2000年5月，CEFR(鈉冷)開工建設(shè)，于2011年7月成功并網(wǎng)發(fā)電，通過項目實施，我國建立了一套快堆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，積累了鈉閥、鈉容器、高溫鈉換熱器、鈉儀表和探測蒸汽發(fā)生器鈉水反應(yīng)的氫計的制造經(jīng)驗，掌握了數(shù)字化安全監(jiān)測系統(tǒng)可靠性驗證的經(jīng)驗，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到70％。按照鈉冷快堆實驗堆—示范堆—商用堆“三步走”發(fā)展計劃，2017年在福建霞浦開建的中國CFR-600示范快堆A型(CDFR)，采用單機(jī)容量60萬千瓦的鈉冷快堆，計劃于2023年完工；2020年末福建霞浦示范快堆2號機(jī)組（CFR-600）開工建設(shè)。六大候選堆型》，徐銤等《鈉冷快堆及其安全特性》，中核智庫官微，中國核能行業(yè)協(xié)會官2.8氣冷快堆(GFR)：具有高溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，技術(shù)成熟度低>氣冷快堆以氣體為冷卻劑，具有高溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢。氣冷快堆，英文名稱劑。由于氣體工質(zhì)密度一般相對較低，對中子的慢化能力較弱，在不顯著添加其他慢化劑的情況下，中子能譜為快譜。氣體工質(zhì)的慢化能力一般也弱于金屬冷卻劑，因此氣冷快堆的中子能量要高于金屬快堆，也就是說氣冷快堆的中子能譜更“硬”。氣冷快堆作為一種高溫氣體反應(yīng)堆，具有高溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，可提高循環(huán)熱效率，并為工業(yè)應(yīng)用提供高溫工藝熱。因此氣冷快堆可借鑒快堆(如鈉冷快堆SFR)的燃料回收工藝和高溫氣冷堆(VHTR)的堆芯技術(shù)，的國家與研究機(jī)構(gòu)堅持GFR研究。進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著核能回暖，GFR又因其高增殖比及高熱效率等特點，重新成為業(yè)界的研究熱點，其中用氦冷卻的GFR被提議為鈉冷快堆更長期的替代方案。然而由于氣冷快堆的自身特點，其研發(fā)難度更大，技術(shù)成熟度更低。截至目前，國際上還沒有建造過真正的氣冷快堆，美國開展了300MW示范電廠和1000MW商業(yè)電廠的初步設(shè)計；氣冷快堆實驗堆國際上的研究主要由法國牽頭，其他四個歐洲國家參與。我國在請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：黃彥平等《氣冷快堆概述》，李雪峰等《第四代核能系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展》，房勇漢等《第四代核能2.9鉛冷快堆(LFR)2.9.1LFR結(jié)構(gòu)較為簡單，有望成為首個實現(xiàn)工業(yè)示范的第四代核能系統(tǒng)>鉛冷快堆采用鉛基材料作為冷卻劑，有望成為首個實現(xiàn)工業(yè)示范的第四代核能系統(tǒng)。鉛基反應(yīng)堆(LFR)是采用鉛基材料(鉛或鉛合金)作為一回路系統(tǒng)冷卻劑的反應(yīng)堆，在高溫和接近大氣壓的條件下運行。作為第四代核能系統(tǒng)中的六種堆型之一，鉛基堆是一種能夠?qū)崿F(xiàn)多種應(yīng)用且可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)核能系統(tǒng)。根據(jù)2014年1月第四代核能系統(tǒng)國際論壇(GIF)發(fā)布的“第四代核能系統(tǒng)技術(shù)路線更新圖”顯示，鉛基堆有望成為首個實現(xiàn)工業(yè)示范的第四代核能系統(tǒng)。鉛是人類最早發(fā)現(xiàn)的金屬之一。由于其具有抗腐蝕特性被應(yīng)用于許多場合。熔融鉛和鉛鉍共晶合金具有的基本熱力學(xué)和中子學(xué)特性，用作冷卻劑具有一定的優(yōu)勢。如鉛在常壓下的沸點(1749℃)很高，鉛鉍共晶合金(鉛44.5鉍55.5％)的沸點為1670℃,具有較強(qiáng)的熱傳導(dǎo)能力。由于鉛的密度較高，鉛和鉍也是出色的伽馬輻射屏蔽材料，同時對中子幾乎是透明的，中子吸收和慢化截面很小。>LFR包括兩個回路，結(jié)構(gòu)較為簡單。典型的鉛基堆系統(tǒng)構(gòu)成包括一回路和二回路兩個熱力循環(huán)系統(tǒng)：1）鉛基堆一回路系統(tǒng)一般采用池式布局，將一回路中的驅(qū)動泵、換熱器等熱工設(shè)備及堆芯置于堆容器內(nèi)，容器內(nèi)的液態(tài)鉛基冷卻劑通過熱工設(shè)備的驅(qū)動與流動傳熱，將堆芯產(chǎn)生的熱量傳遞至二回路，整個一回路系統(tǒng)的工作壓力為常壓；2）鉛基堆二回路系統(tǒng)一般采用水作為工質(zhì)，二回路冷卻工質(zhì)在換熱器內(nèi)吸收一回路釋放的熱量后，通過汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換為電能。圖表：中國實驗快堆堆本體請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：吳宜燦2.9鉛冷快堆(LFR)2.9.2鉛基堆走在第四代核能前列，我國已建成國際領(lǐng)先的實驗裝置群>鉛基堆走在第四代核能前列，主要核大國均制定了發(fā)展計劃。美國已于21世紀(jì)初重啟鉛冷快堆研發(fā)計劃，美國的愛達(dá)荷國家工程和環(huán)境實驗室和麻省理工學(xué)院聯(lián)合研究嬗變處理核廢料；美國阿貢國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室和洛斯阿拉莫國家實驗室聯(lián)合研究小型模塊化設(shè)計；美國阿貢國家實驗室主要研究小型自然循環(huán)鉛冷快堆，并處于國際領(lǐng)先地位；美國西屋公司主要驗證示范快堆技術(shù)的可行性。俄羅斯最早將鉛基堆應(yīng)用于核動力潛艇，已積累近百堆年的運行經(jīng)驗。前蘇聯(lián)設(shè)計研發(fā)了鉛鉍反應(yīng)堆作為驅(qū)動動力，并成功建造了7艘“阿爾法”級核潛艇，創(chuàng)造了潛艇航速世界記錄，進(jìn)入21世紀(jì)，俄羅斯主要實施“突破”計劃（ProryvProject），目前已基本掌握快堆、氮化物燃料和后處理關(guān)鍵技術(shù)，且正在設(shè)計和建造BREST300鉛冷快堆及燃料循環(huán)設(shè)施。歐盟是鉛基堆發(fā)展最為活躍的地區(qū)之一，在歐盟第五、六、七科技框架計劃的長期支持下，形成了完整的發(fā)展路線和計劃，參與鉛基堆研究計劃的歐盟研究機(jī)構(gòu)超過20家。>國內(nèi)鉛基堆研究歷史超30年，已建成國際領(lǐng)先的實驗裝置群。我國鉛基堆研究始于20世紀(jì)80年代中后期，主要由中科院核能安全技術(shù)研究所·FDS鳳麟團(tuán)隊在IAEA及ITER國際合作計劃、國家“863”/“973”計劃、國家磁約束聚變專項和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“未來先進(jìn)核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)”等重大項目的持續(xù)支持下，開展鉛基堆基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。我國已建成規(guī)模最大、功能與性能參數(shù)國際領(lǐng)先的實驗裝置群，包括鉛基堆零功率物理實驗裝置CLEAR-0、鉛基堆工程技術(shù)集成實驗裝置CLEAR-S、鉛基數(shù)字仿真反應(yīng)堆CLEAR-V三座“實驗反應(yīng)堆”工程驗證平臺。圖表：國際典型鉛基堆BREST-OD-300（左）與ALFR圖表：中國鉛基中子物理實驗堆、工程驗證實驗堆、數(shù)字仿真反請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：吳宜燦《鉛基反應(yīng)堆研究進(jìn)展與應(yīng)用前景》，蘇更林《第四代核能系統(tǒng)的六大候選堆型》，房勇漢人類終極能源，可控核聚變穩(wěn)步前行3.1核聚變能釋放巨大能量，作為能源需以可控為前提巨大的能量，在一定條件下，一個氘核(由一個質(zhì)子一個中子組成)和一個氚核(由一個質(zhì)子和二個中子組成)會發(fā)生聚變核反應(yīng)，生成一個氦核(二個質(zhì)子和二個中密的測量表明，氦核加上一個中子的質(zhì)量之和小于一個氘核與氚核反應(yīng)前的質(zhì)量之和（發(fā)生質(zhì)量虧損根據(jù)著名的質(zhì)能公式E=mc2,反應(yīng)過程中出現(xiàn)的質(zhì)量虧損轉(zhuǎn)化為巨大的能量釋放出來。>氫彈爆炸為不可控核聚變，作為能源的聚變需以可控為前提。早在五十年代初地球上就實現(xiàn)了聚變核反應(yīng)，這就是氫彈的爆炸。它是依靠原子彈爆炸時燃料氘氚發(fā)生聚變反應(yīng)，釋放巨大能量，形成強(qiáng)大無比的破壞力?？上н@種瞬間的猛烈爆炸無法控制。要把聚變時放出的巨大能量作為社會生產(chǎn)和人類生活的能源，必須對劇烈的聚變核反應(yīng)>冷核聚變難以復(fù)現(xiàn)，主流研究以熱核聚變?yōu)橹?。冷核聚變是指在相對低溫（甚至常溫）下進(jìn)行的核聚變反應(yīng)，上世紀(jì)80年代美國兩位化學(xué)家宣稱在電的核聚變，按照目前的核聚變原理，核聚變只能在極端的高壓和高溫條件下才能產(chǎn)生，這對反應(yīng)堆的設(shè)計和結(jié)構(gòu)材料的選擇都是巨大的挑戰(zhàn)。如果能實現(xiàn)室溫條件下的核聚變，無疑將是人類科學(xué)史上的重大突破。然而，在全球眾多科學(xué)家復(fù)現(xiàn)無果后，人們逐漸產(chǎn)生了質(zhì)疑。盡管30多年來，不斷有人繼續(xù)探索“冷核聚變”的可能性，但主流科學(xué)界對冷圖表：核聚變原理示意圖圖表：氫彈爆炸——不可控的核聚變3.2核聚變具備多項優(yōu)勢，有望成為人類“終極”能源>核裂變成熟度高，但并非人類最理想的能源。人只能作為一種輔助能源，要讓這幾種能源作為整個社會生產(chǎn)和人類生活所需的基本動力來源目前是不可能的。上世紀(jì)五十年代開始登上世界能源舞臺的核電站顯示了巨大的威力，但這種核電站是以原子核的裂變反應(yīng)為基礎(chǔ)的，產(chǎn)生的放射性廢物處理比較困難，而且主要核燃料鈾的儲量相對其它元素來說并不豐富，開采和提煉又十分困難，同時因為發(fā)展史上一些大事故，讓人們對核電站心有余悸，甚至很多國家做出決策不再發(fā)展裂變核電站，因此原子核的裂變能并不是>與其他能源相比，核聚變具有以下優(yōu)勢：1）原料資源豐富。其主要燃料氘跟氧結(jié)合成重水存在于海水之中，每公斤海水含氘0.03克。地球上有海水1能源消耗水乎每年2×1020焦耳，只需燃燒106千克氘就夠了。地球上的氘夠用3×1010年單位質(zhì)量的聚變?nèi)剂厢尫懦龅哪芰糠浅４?，是裂變的四倍，“燃燒”一千克氘相?dāng)于四3）放射危害小。氘、氚等聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的氦，是沒有放射性的。如果不聚變堆產(chǎn)生的放射性，比裂變堆少得多；4）安全性高。聚變是自限過程——如果人們無法控制反應(yīng)，它會自行停止。由于聚變反應(yīng)只能在極端條件下發(fā)生，基于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裂變型事故或核熔毀不可能發(fā)生。圖表：钚239、鈾235兩種裂變材料的裂變反應(yīng)與氘氚聚變反應(yīng)中釋放的反應(yīng)能圖表：不需要外加任何能源就能長期自己發(fā)光的氚燈材料單位質(zhì)量/（T/g）密度/（g/cm3)單位體積/（T/cm3)239239Pu9492235U92請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：中國科學(xué)院等離子體物理研究所，中國科普博覽，國家原子能機(jī)構(gòu)官網(wǎng)，王凱等《淺談工程物理》，3.3超高溫是核聚變必需的外部條件，幫助原子核克服靜電斥力>核聚變實現(xiàn)需要先提供能量，幫助原子核克服靜電斥力。受控聚變的研究之所以如此艱難，根本的原因是由于所有原子核都帶正電，2個帶正電的原子核越來越大。而核力是一種短程力，必須使它們靠得足夠近，達(dá)到10-15米以內(nèi)，核力才能將它們“粘合”成整體形成新的原子核。鈾-235、钚-2任何動能；而為了使2個原子核聚變，首先必須使兩個原子核的一方或雙方有足夠的能量，去克服彼此之間的靜電斥力。太陽時刻都在發(fā)生著核聚變反應(yīng)，其中心溫度有1500萬度，表面溫度最高到6000度，但是由于壓力巨大，聚變反應(yīng)可以自然地發(fā)生，但是在地球上實現(xiàn)持續(xù)核聚變所需的條>超高溫是核聚變必需的外部條件，用于幫助原子核獲得能量。獲得聚變能源最方便的途徑，是將大量的聚變材料在極短的時間內(nèi)，加熱到極高的溫度。溫度達(dá)到1～2億℃時，氘核運動的速度也就達(dá)到每秒1000～2000千米。中國科學(xué)院等離子體物理研官網(wǎng)文章顯示，根據(jù)實驗資料估計，使兩氘核相遇，它們的相對速度必須大于每秒1000千米，也即溫度必須高達(dá)1億度，因此超高溫是發(fā)生核聚變所必需的外部條件。采用常規(guī)的方法，要想加熱到如此高的溫度是非常困難的。1945年原子彈研制成功以后，人們也就找到了在極短圖表：促成聚變的核力是四種基本力之一圖表：太陽發(fā)光發(fā)熱源自內(nèi)部時刻進(jìn)行的核聚變請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：中國科普博覽，中國科學(xué)院等離子體物理研究所，國家核安全局，北京天文館官網(wǎng)，生命物理學(xué)會，南3.4超高溫產(chǎn)生的等離子體具有強(qiáng)導(dǎo)電性，可以利用磁場進(jìn)行約束就是如何找一個這樣的“容器”，能裝下幾億度的超高溫聚變?nèi)剂?，然后讓它們在其中緩慢地發(fā)生核聚變。既然用實物制從1946年開始，不同的磁約束概念曾相繼提出，20世紀(jì)50年代初，蘇聯(lián)科學(xué)家提出了“托卡馬克”的概念，它的名字Tokamak由俄語“環(huán)形、真空室、磁、線圈”的詞頭組成，蘇聯(lián)于年建成了第一個托卡馬克裝置。托卡馬克的發(fā)明是聚變研究領(lǐng)域的一大進(jìn)步，為當(dāng)時的離子組成的體系。這種體系是區(qū)別于固體、液體和氣（Plasma）。在核聚變發(fā)生所需要的高溫下，物質(zhì)已全部電離，形成高溫等離子體。而由于存在很多自由電子和各種荷電離子，等離子體具有強(qiáng)導(dǎo)電性，于是科學(xué)家就想到了磁場，因為帶電粒子在磁場中會繞磁力線做回旋運動，通過在容器內(nèi)建立磁場來約束等離子體，使其不與容器壁接觸，可以使核燃料圖表：托卡馬克裝置結(jié)構(gòu)圖圖表：高溫下物質(zhì)將轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子形態(tài)3.5“聚變點火”是第一步，工程應(yīng)用還需獲得凈聚變能圈)。將等離子體柱彎曲成一個圓圈可以防止泄漏，并且在一個環(huán)形容器內(nèi)這樣做會形成一個真空。另一個圍繞圓圈長度的磁場被稱為環(huán)形磁場(綠色水平圓圈)。這兩個場結(jié)合形成一個類似螺旋結(jié)構(gòu)(黑色所示)的三維曲線，等離子體在>高溫及約束是可控核聚變的前置條件，實現(xiàn)工程應(yīng)“爐子”已經(jīng)點著了。表征這個概念的科學(xué)術(shù)語叫“聚變點火”。對于一定的溫度，在一定的時間內(nèi)，原子核之間互相碰撞的次數(shù)，與等離子體中原子核的密度下，原子核之間互相碰撞的次數(shù)，與等離子體中保持這種密度的時間(約束時間)成正比。因此聚變反應(yīng)中能量的釋放，與等離子體的溫度、原子核密度、約束時間三者的乘積(聚變?nèi)朔e)有英國科學(xué)家勞遜在二十世紀(jì)五十年代詳細(xì)研究了聚變點火必須的條件，因此點火條件也稱勞遜判據(jù)，根據(jù)勞遜判據(jù)，只有聚變?nèi)朔e大于一定值，才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。實現(xiàn)“點火”僅是受控核聚變研究的第一步，第二個目標(biāo)是使輸出的能量超過輸入的能量，獲得凈聚變能?？茖W(xué)家們將第一個目標(biāo)稱為驗證科學(xué)可行性，第二個目標(biāo)稱為驗圖表：托卡馬克工作原理圖表：獲得核聚變反應(yīng)的三要素3.6超導(dǎo)是磁約束核聚變建立和發(fā)展的基礎(chǔ)，高溫超導(dǎo)有望取代低溫>超導(dǎo)是磁約束核聚變裝置建立和發(fā)展的基礎(chǔ)，其性的聚變能量輸出。托卡馬克中磁體系統(tǒng)是產(chǎn)生并控制磁場的重要部分，運行所需的磁場場強(qiáng)極大，磁體線圈中需通入大電流，常規(guī)金屬導(dǎo)體自身電阻耗損嚴(yán)重，即使采用導(dǎo)電性良好的銅作為導(dǎo)體繞制線圈，由于電流巨大線圈不可避免地存在發(fā)熱問題，從而限制了磁約束核聚變的長時間穩(wěn)態(tài)運行。由于超導(dǎo)體具有零電阻效應(yīng)，且承載電流密度更高有利于建造更加緊湊、更高場強(qiáng)的聚變裝置，能夠有效改善長脈沖穩(wěn)態(tài)運行，二十世紀(jì)后期，科學(xué)家們開始把超導(dǎo)技術(shù)用于托卡馬克裝置。>低溫超導(dǎo)為聚變應(yīng)用主流，高溫超導(dǎo)有望憑借自身優(yōu)勢反超。目前，托卡馬卡超導(dǎo)磁體多用低溫超導(dǎo)體(LTS)術(shù)已日趨成熟，已建立了比較完善的基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)庫。ITER計劃是人類為解決能源問題而開展的重大國際合磁場、加速器等大科學(xué)裝置所采用的超導(dǎo)電纜都使用NbTi和Nb3Sn低溫超導(dǎo)材料。然而，隨著超導(dǎo)材料和技術(shù)的發(fā)展，高溫超導(dǎo)(HTS)材料特別是第二代HTS帶材性能的提高，HTS較高的運行溫度和較強(qiáng)的磁場等特性為低溫制冷系統(tǒng)的技術(shù)難度、能耗效率等提供了更為廣闊的發(fā)展空間，其在大型托卡馬克磁體設(shè)計和制造方面的優(yōu)勢將越來越顯著。今年7月中核五公司發(fā)布文章稱其與中國第一家聚焦聚變能開發(fā)的商業(yè)公司正式簽訂了全高溫超導(dǎo)核聚變裝置總裝合同，將承建全球首個全高溫超導(dǎo)圖表：典型的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變處電阻突變圖表：EAST超導(dǎo)縱場線圈資料來源：中核五公司，中科院物理所官微，張振闖等《核聚變用超導(dǎo)材料輻照效應(yīng)的研究進(jìn)展》，王騰《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》列超導(dǎo)電纜的應(yīng)用》，劉豪等《高溫超導(dǎo)在托卡馬克磁體中的關(guān)鍵技術(shù)問題研究》，萬寶年等《EAST超導(dǎo)托卡馬克》3.7多國合作推進(jìn)ITER計劃，我國發(fā)揮重要作用>主要發(fā)達(dá)國家聚焦托卡馬克研究，推動聚變事業(yè)不斷導(dǎo)托卡馬克HT-7前身；1982年美國建成并投運TFTR大型托卡馬克裝置，物理目標(biāo)是探索并理解聚變堆氘氚(D-T)等離子體芯部等離子體行為特性，在D-T運行的三年期研究獲得了重大的發(fā)展；上世紀(jì)80年代歐盟建造了用于研究D-T燃料聚變物理的大型實驗裝置歐洲聯(lián)合環(huán)(JET)，后成為整個歐洲聚變規(guī)劃的一艘旗艦，D形環(huán)向場線圈和真空容器以及大體積強(qiáng)電流等離子體是JET裝置獨特之處，在對托卡馬克邊緣等離子體和偏濾器物理的理解方面取得了很大進(jìn)展；日本JT-60是以實現(xiàn)臨界等離子體條件(能量增益因子超過1)為目的的大型托卡馬克>ITER計劃意義重大，我國承擔(dān)重要任務(wù)。隨著國際上眾多大中型托卡馬克的巨大進(jìn)展，1985年前蘇聯(lián)和美國在日內(nèi)瓦峰會上倡議由美、蘇、歐、日共同啟動“劃。2003年2月，我國正式加入ITER計劃談判，2006織的協(xié)定》。ITER目標(biāo)是建造一個核聚變實驗堆，驗證和平利用核聚變能的科學(xué)和技術(shù)可行性。ITE份參加的規(guī)模最大的國際科技合作計劃。作為參與方之一，我國將承擔(dān)超導(dǎo)材料、電源、包層、遙感技術(shù)和加料系統(tǒng)等5大領(lǐng)域的“采購包”任務(wù)。圖表：我國ITER計劃采購包承擔(dān)情況請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露及法律聲明。資料來源：中國科3.8聚變是我國核能戰(zhàn)略“三步走”重要一環(huán)，國內(nèi)研究領(lǐng)先>聚變堆是核能發(fā)展“三步走”中的一環(huán)，國內(nèi)集中研究托卡馬克。我國核聚變能研究開始于上世紀(jì)60年代初，盡管經(jīng)歷了長時間非常困難的環(huán)境，但始終能堅持穩(wěn)定、漸進(jìn)的發(fā)展。中國核聚變研究從一開始，就以在我國實現(xiàn)受控?zé)岷司圩兡転橹饕繕?biāo)。從70年代開始，集中選擇了托卡馬克為主要研究途徑，先后建成并運行了小型裝置CT-6(中國科學(xué)院物理研究所)、KT-5(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué))、HT-6B(中國科學(xué)院等離子體物理研究所)、HL-1(核工業(yè)西南物理研究院)、HT-6M(中國科學(xué)院等離子體物理研究所)。1983年我國提出了“熱堆-快堆-聚變堆”核能發(fā)展“三步走”戰(zhàn)略，具有重要戰(zhàn)略意義。>引進(jìn)消化T-7升級為HT-7，使我國在超導(dǎo)托卡馬克實驗運行上積累了豐富經(jīng)驗。自上世紀(jì)90年代以來，我國開展了中型托卡馬克發(fā)展計劃，探索先進(jìn)托卡馬克經(jīng)濟(jì)運行模式和托卡馬克穩(wěn)態(tài)運行等問題。1990年10月，中國科學(xué)院等離子體物理研究所在認(rèn)真分析了國際核聚變發(fā)展的趨向后，與俄方正式達(dá)成協(xié)議，采用以易貨貿(mào)易的方式將T-7引進(jìn)。此后，等離子體物理研究所用了3年時間將T-7裝置升級為HT-7裝置（合肥超環(huán)），特別是減少了縱場磁體個數(shù)以獲得更多的等離子體診斷窗口空間，利于物理實驗開展。從1994年建成運行到2012年最后一輪實驗，HT-7的成功讓我國在超導(dǎo)托卡馬克實驗運行上積累了豐富經(jīng)驗，然而HT-7裝置只有縱場磁體采用超導(dǎo)體繞制，用以激