核聚變：技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)投資共振人類終極能源漸行漸近-中郵證券

證券研究報(bào)告核聚變技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)投資共振，人類終極能源漸行漸近行業(yè)投資評(píng)級(jí)：強(qiáng)于大市鮑學(xué)博

/馬強(qiáng)中郵證券研究所

軍工團(tuán)隊(duì)中郵證券2023年11月29日1投資要點(diǎn)?

核聚變發(fā)電具有更低的燃料成本、燃料資源充足、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害以及更高的安全性等優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為“人類終極能源”。國(guó)際核能大國(guó)分別給出了聚變能發(fā)展規(guī)劃，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)DEMO的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行上，美國(guó)、歐盟、俄羅斯、日本和印度等分別給出了2035年左右的時(shí)間規(guī)劃。?

聚變-裂變混合實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)，加速核聚變商業(yè)應(yīng)用。混合堆相當(dāng)于熱核聚變中子源與次臨界裂變堆結(jié)合，相比于純聚變堆，混合堆大幅降低堆芯等離子體性能及第一壁材料要求;相比裂變堆，混合堆鈾資源利用率高，且燃料增殖能力強(qiáng)于快堆、乏燃料嬗變優(yōu)勢(shì)顯著、建造成本低于快堆，是實(shí)現(xiàn)閉式燃料循環(huán)、解決千年能源需求最具前景的方案。國(guó)內(nèi)聚變-裂變混合實(shí)驗(yàn)堆Q值大于30，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電功率100MW，總投資超200億元，即將進(jìn)入建設(shè)階段。?

高溫超導(dǎo)技術(shù)突破，新型核聚變裝置已開始普遍使用。國(guó)外，美國(guó)CFS核聚變裝置采用高溫超導(dǎo)磁體實(shí)現(xiàn)裝置緊湊型和小型化；英國(guó)Tokamak

Energy宣布已建造出世界首套新一代高溫超導(dǎo)磁體；國(guó)內(nèi)，即將建設(shè)的聚變-裂變混合堆、正在建設(shè)階段的能量奇點(diǎn)“洪荒70”以及星環(huán)聚能正在完成設(shè)計(jì)的“CTRFR-1”都將采用高溫超導(dǎo)磁體。?

民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。根據(jù)FIA數(shù)據(jù)，2022年全球私營(yíng)核聚變公司獲得超過(guò)48億美元的投資，比2021年增長(zhǎng)139%，私人投資對(duì)核聚變的投資額首次超過(guò)政府資助。2023年，全球私營(yíng)聚變公司獲得的投資額從48億美元增加至62億美元。新增資金包括美國(guó)TAE技術(shù)公司2.5億美元、中國(guó)新奧科技發(fā)展公司2億美元、日本京都聚變技術(shù)公司7900萬(wàn)美元、中國(guó)能源奇點(diǎn)公司5500萬(wàn)美元等。2023年4月，日本推出《核聚變能創(chuàng)新戰(zhàn)略》，旨在通過(guò)建立龐大的國(guó)內(nèi)核聚變產(chǎn)業(yè)，在未來(lái)商業(yè)化利用核聚變能中占據(jù)主導(dǎo)地位，并提出在2050年實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電目標(biāo)。?

建議關(guān)注同時(shí)受益于國(guó)內(nèi)外核聚變發(fā)展加速以及新建聚變裝置中高溫超導(dǎo)磁體推廣應(yīng)用的聯(lián)創(chuàng)光電、永鼎股份等，建議關(guān)注核聚變相關(guān)設(shè)備、材料制造商國(guó)光電氣、西部超導(dǎo)、安泰科技等。?

風(fēng)險(xiǎn)提示：核聚變技術(shù)進(jìn)展不及預(yù)期；國(guó)內(nèi)外核聚變產(chǎn)業(yè)政策支持不及預(yù)期；世界電力需求不及預(yù)期或其他替代技術(shù)快速進(jìn)步等。請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一二三核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案發(fā)展現(xiàn)狀：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)目錄超導(dǎo)磁體是托卡馬克裝置的關(guān)鍵，應(yīng)用從低溫超導(dǎo)發(fā)展至高溫超導(dǎo)四民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策五六相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示3一核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案1.1核聚變：人類終極能源，以托卡馬克裝置最成熟1.2

產(chǎn)生有效聚變功率輸出有較高反應(yīng)條件要求，目前面臨三大技術(shù)挑戰(zhàn)1.3國(guó)際聚變能發(fā)展規(guī)劃4一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.1

核聚變：人類終極能源，以托卡馬克裝置最成熟?

核聚變，又稱核融合、融合反應(yīng)、聚變反應(yīng)或熱核反應(yīng)。核聚變由質(zhì)量小的原子（主要是指氘或氚），在一定條件下（如超高溫和高壓）發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核（如氦核），并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。因此，核聚變被視為幾乎無(wú)限的能量來(lái)源，潔凈、安全而自持，為解決人類未來(lái)的能源展示了最好的前景。?

核聚變能是人類未來(lái)更理想的新能源。核聚變產(chǎn)生的能量是核裂變的3-4倍，其副產(chǎn)品是惰性、無(wú)毒的氦氣，不會(huì)影響環(huán)境安全。在燃料上，核聚變?nèi)剂现坏碾畯V泛地分布在海水中，1升海水中含的氘全部聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量與300升汽油完全燃燒所釋放的能量相當(dāng)，海水中氘的儲(chǔ)量可供人類使用幾十億年。此外，核聚變反應(yīng)需要在高溫等離子體和外部磁場(chǎng)限制的環(huán)境下才可以進(jìn)行，同時(shí)它可以在幾秒鐘內(nèi)得到控制或停止，本質(zhì)上是安全的。圖表1：氘氚聚變反應(yīng)資料來(lái)源：中核五公司微信公眾號(hào)，中郵證券研究所5請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.1

核聚變：人類終極能源，以托卡馬克裝置最成熟?

MCF：托卡馬克裝置，用強(qiáng)磁場(chǎng)約束并加熱等離子體，自20世紀(jì)60年代，目前已經(jīng)建造了200多臺(tái)功能性的托卡馬克裝置；ICF：高能脈沖激光或離子束將小燃料顆粒壓縮到極高密度，產(chǎn)生的沖擊波加熱還未消散的等離子體；MTF：磁場(chǎng)約束低密度等離子體，用激光對(duì)其加熱并壓縮；圖表2：磁約束聚變(MCF)圖表3：慣性約束聚變(ICF)圖表4：磁化靶聚變(MTF)資料來(lái)源：悅智網(wǎng)，中郵證券研究所6請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.1

核聚變：人類終極能源，以托卡馬克裝置最成熟?

FRC：在圓柱形等離子體內(nèi)產(chǎn)生環(huán)形電流，用等離子體自身的磁場(chǎng)約束等離子體；Stellarator：螺旋帶狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高密度等離子體，較托卡馬克裝置等離子體更為穩(wěn)定、對(duì)稱，但幾何形狀使裝置制造非常復(fù)雜，對(duì)環(huán)境條件非常敏感。圖表5：場(chǎng)反向配置(FRC)圖表6：仿星器(

Stellarator

)資料來(lái)源：悅智網(wǎng)，中郵證券研究所7請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.1

核聚變：人類終極能源，以托卡馬克裝置最成熟?

磁約束核聚變（托卡馬克，俄語(yǔ)中“軸向磁場(chǎng)環(huán)形室”的縮寫）成為可控核聚變的主要途徑。根據(jù)IAEA數(shù)據(jù)，截至2022年年底，全世界約有130個(gè)國(guó)有或私營(yíng)實(shí)驗(yàn)性聚變裝置，其中90個(gè)正在運(yùn)行，12個(gè)在建，28個(gè)計(jì)劃中。其中約76個(gè)托卡馬克、13個(gè)仿星器、9個(gè)激光點(diǎn)火設(shè)施以及32個(gè)所謂新概念裝置。?

采用氘氚燃料是核聚變發(fā)電的主流。根據(jù)FIA，43個(gè)核聚變裝置中，有28個(gè)采用DT燃料。圖表7：托卡馬克結(jié)構(gòu)圖表8：聚變?nèi)剂项愋唾Y料來(lái)源：《可控核聚變——未來(lái)世界的熾熱之心-王懷君等》，《The

global

fusion

industry

in

2023-FIA》，中郵證券研究所8請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.2

產(chǎn)生有效聚變功率輸出有較高反應(yīng)條件要求，目前面臨三大技術(shù)挑戰(zhàn)?

實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，需要同時(shí)滿足三個(gè)條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時(shí)間，三者的?3乘積稱為聚變?nèi)朔e。根據(jù)勞遜判據(jù)，只有聚變?nèi)朔e大于一定值（5×1021m

·s·keV），才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。圖表9：核聚變反應(yīng)三要素?

三大技術(shù)挑戰(zhàn)：?

燃燒等離子體物理問(wèn)題；?

抗中子輻照的材料問(wèn)題；?

燃料氚的自持問(wèn)題。資料來(lái)源：《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變-王騰》，中郵證券研究所9請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.2

產(chǎn)生有效聚變功率輸出有較高反應(yīng)條件要求，目前面臨三大技術(shù)挑戰(zhàn)?

氚的半衰期只有12.43年，因此在地球上并不存在天然氚。這使得保障氚的供應(yīng)成為實(shí)現(xiàn)受控氘氚聚變反應(yīng)所必須解決的重要挑戰(zhàn)之一。1GW聚變電站每年需要消耗56kg氚，目前，氚只能從重水堆中獲取，樂(lè)觀估計(jì)重水堆每年產(chǎn)氚量大約3kg，難以維系聚變堆的運(yùn)行需求。因此，聚變堆在投入首爐氚后，氚必須實(shí)現(xiàn)自持。圖表10：氚循環(huán)原理圖表11：聚變堆基本結(jié)構(gòu)剖面?

氚可以由中子與鋰原子的相互作用產(chǎn)生。天然鋰由兩種穩(wěn)定的同位素組成，Li-6和Li-7，后者更為豐富。資料來(lái)源：激光評(píng)論《氘氚燃料可控核聚變的氚增殖-鄒曉旭》，中郵證券研究所10請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.3

國(guó)際聚變能發(fā)展規(guī)劃圖表12：國(guó)際聚變能發(fā)展路線圖?

國(guó)際核能大國(guó)分別給出了聚變能發(fā)展規(guī)劃，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)DEMO的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行上，美國(guó)、歐盟、俄羅斯、日本和印度等分別給出了2035年左右的時(shí)間規(guī)劃。資料來(lái)源：《我國(guó)磁約束核聚變能研發(fā)戰(zhàn)略與國(guó)際合作情況-錢小勇》中郵證券研究所11請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明一、核聚變：解決人類能源問(wèn)題的終極方案?

1.3

國(guó)際聚變能發(fā)展規(guī)劃?

我國(guó)核能發(fā)展“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰(zhàn)略體系，聚變堆是核能發(fā)展的終極目標(biāo)。圖表13：中國(guó)磁約束聚變能發(fā)展路線圖?

根據(jù)中國(guó)磁約束聚變能發(fā)展路線圖的規(guī)劃，中國(guó)磁約束聚變能的開發(fā)將分為3個(gè)階段：?

在2021年推動(dòng)中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）立項(xiàng)并開始裝置建設(shè)；?

到2035年建成中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆，調(diào)試運(yùn)行并開展物理實(shí)驗(yàn)；?

到2050年開始建設(shè)商業(yè)聚變示范電站。資料來(lái)源：《CFETR物理與工程研究進(jìn)展-高翔等》，中郵證券研究所12請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二發(fā)展現(xiàn)狀：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步2.1ITER：35個(gè)國(guó)家合作，將建成世界最大托卡馬克裝置2.2美國(guó)：NSTX-U在升級(jí)中，NIF實(shí)現(xiàn)能量?jī)粼鲆?.3歐洲：JET氘氚聚變實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生能量輸出59MJ等離子體2.4日本：JT-60SA成功點(diǎn)火2.5

中國(guó)：西南物理研究院和等離子體物理研究所牽頭，民企積極參與13二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步圖14：各聚變裝置的參數(shù)圖圖1155：：各各托托卡卡馬馬克克裝裝置置等等離離子子體體截截面面?

托卡馬克裝置是核聚變主要裝置類型，目前，世界上主要的托卡馬克裝置包括35個(gè)國(guó)家合作建造的ITER，日本和歐盟合作建造的JT-60SA，我國(guó)的EAST，美國(guó)的TFTR，歐洲的JET，韓國(guó)的KSTAR，

法國(guó)WEST等。資料來(lái)源：JT-60SA《JT-60SAResearch

Plan》，中郵證券研究所14請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2.1ITER：35個(gè)國(guó)家合作，將建成世界最大托卡馬克裝置?

國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）誕生于2006年，將建成全世界最大的托卡馬克裝置，整體重23000噸，環(huán)形空腔內(nèi)的等離子體溫度將達(dá)1.5億℃，外部的超導(dǎo)磁體則需要在接近-270℃（液氦溫度）的極低溫度運(yùn)行。ITER項(xiàng)目的核電站將產(chǎn)生大約500MW熱能，如果持續(xù)運(yùn)行并接入電網(wǎng)，將轉(zhuǎn)化為約200MW的電能。圖16：ITER

組件建造分工?

ITER項(xiàng)目35個(gè)合作國(guó)家中，歐盟（加上英國(guó)和瑞士）貢獻(xiàn)45%，中國(guó)、印度、日本、俄羅斯、韓國(guó)和美國(guó)各貢獻(xiàn)9%。ITER成員國(guó)的貢獻(xiàn)約90%以實(shí)物形式提供，完成后的托卡馬克將由100多萬(wàn)個(gè)部件組成。?

歐盟估計(jì)，到2035年，僅歐盟在該項(xiàng)目中付出的成本就將達(dá)到181億歐元（約合196億美元）。據(jù)此推算，如果整個(gè)項(xiàng)目都在歐盟內(nèi)進(jìn)行，那么在此期間ITER的總成本將為410億歐元。資料來(lái)源：悅智網(wǎng)，中郵證券研究所15請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2.1ITER：35個(gè)國(guó)家合作，將建成世界最大托卡馬克裝置?

2006年，中國(guó)正式加入ITER項(xiàng)目，主要參與建造磁體饋線（feeders）和極向場(chǎng)線圈（PFcoils）等18個(gè)部件研制制造任務(wù)。圖17：ITER的中國(guó)采購(gòu)包14-18.診斷系統(tǒng)01.極向場(chǎng)線圈導(dǎo)體02.磁體饋線系統(tǒng)03.環(huán)向場(chǎng)線圈導(dǎo)體07.包層第一壁08.包層屏蔽模塊09.氣體注入系統(tǒng)10.輝光放電清洗系統(tǒng)11.交直流電源系統(tǒng)12.脈沖高壓變電站04.校正場(chǎng)線圈與磁體饋線導(dǎo)體05.校正場(chǎng)線圈06.磁體支撐系統(tǒng)13.無(wú)功補(bǔ)償及濾波系統(tǒng)資料來(lái)源：《磁約束核聚變能研究進(jìn)展、挑戰(zhàn)與展望-劉永》，悅智網(wǎng)，中郵證券研究所16請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2.1ITER：35個(gè)國(guó)家合作，將建成世界最大托卡馬克裝置?

2020年7月28日，ITER在法國(guó)南部正式開始組裝。ITER計(jì)劃用4.5年完成安裝，到2025年進(jìn)行第一次等離子體放電，最終驗(yàn)證核聚變商業(yè)化應(yīng)用的可行性。?

ITER項(xiàng)目面臨工期推遲和成本超出。在2022年發(fā)現(xiàn)組件缺陷前，ITER項(xiàng)目已面臨推遲和成本增加。2020年，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人首次警告，2025年的啟動(dòng)日期無(wú)法實(shí)現(xiàn)。預(yù)計(jì)2024年底項(xiàng)目才能對(duì)推遲時(shí)長(zhǎng)和額外成本做出估計(jì)。圖表18：ITER項(xiàng)目時(shí)間表里根-戈?duì)柊蛦谭蚍鍟?huì)設(shè)計(jì)通過(guò)批準(zhǔn)，選址產(chǎn)生第一束等離子體簽署協(xié)議開始組裝1985

1988

2001

2005

2006

2010

2020

2022

2028?

2035?啟動(dòng)設(shè)計(jì)工作發(fā)現(xiàn)組件缺陷確定選址動(dòng)工氚實(shí)驗(yàn)資料來(lái)源：《ITER項(xiàng)目依然在穩(wěn)步推進(jìn)-苦山》，中郵證券研究所17請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2.2

美國(guó)：NSTX-U在升級(jí)中，NIF實(shí)現(xiàn)能量?jī)粼鲆?

TFTR：美國(guó)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）在1982年至1997年運(yùn)行TFTR反應(yīng)堆，1993年，TFTR成為世界上第一個(gè)使用50/50氘氚混合物，并在1994年產(chǎn)生了10.7MW聚變功率。?

NSTX-U：NSTX于1999年首次投入使用，2012年到2015年，該設(shè)備耗費(fèi)了9400萬(wàn)美元進(jìn)行升級(jí)，使主磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到原來(lái)的兩倍，并增加了注射中性原子的第二個(gè)端口，升級(jí)之后該裝置命名為NSTX-U。?

NIF：美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家點(diǎn)火裝置是目前世界上最大和最復(fù)雜的慣性約束聚變研究裝置。耗資35億美元的NIF旨在通過(guò)間接驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變來(lái)研究核武器中的基本物理過(guò)程，同時(shí)也肩負(fù)著推進(jìn)慣性約束聚變能源研究的任務(wù)。2022年12月，NIF實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次核聚變凈能量增益。（利用脈沖激光向?qū)嶒?yàn)氘氚靶丸輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量，能量增益達(dá)到1.5倍）圖表19：NIF的激光傳輸系統(tǒng)資料來(lái)源：《核聚變?cè)佻F(xiàn)凈能量增益_武魏楠》，中郵證券研究所18請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2.3

歐洲：JET氘氚聚變實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生能量輸出59MJ等離子體?

JET（歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆）從1983年開始運(yùn)行，是在日本JT-60SA前規(guī)模最大的托卡馬克裝置。JET位于卡勒姆聚變能源中心，其科學(xué)業(yè)務(wù)由歐洲聚變能源發(fā)展聯(lián)合會(huì)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。?

1997年，JET產(chǎn)生約22兆焦耳聚變能量的圖20：JET內(nèi)部等離子體，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的世界能源紀(jì)錄。?

2022年2月，JET產(chǎn)生了能量輸出為59兆焦耳的穩(wěn)定等離子體。這是自1997年以來(lái)，世界首次進(jìn)行的氘氚核聚變實(shí)驗(yàn)。（JET在5秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)了平均超過(guò)11兆瓦的功率輸出）資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)，中郵證券研究所19請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2.4

日本：JT-60SA成功點(diǎn)火?

JT-60SA，由日本和歐洲提供資金，利用日本Torus-60升級(jí)實(shí)驗(yàn)(JT-60U)的大部分現(xiàn)有站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)，大多數(shù)主要部件都經(jīng)過(guò)了重新設(shè)計(jì)和制造。

JT-60SA于2020年竣工，中央裝置高約16米，直徑約13米，是世界第二大等離子體研究設(shè)施，僅次于正在建設(shè)的ITER。JT-60SA開展的工作將為ITER提供支持。?

據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)2023年11月2日?qǐng)?bào)道，世界上最新、規(guī)模最大的核聚變反應(yīng)堆——JT-60SA成功點(diǎn)火。預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)達(dá)到滿功率，即將等離子體加熱到2億度，約束時(shí)間100秒。圖21：JT-60SA將為ITER和DEMO奠定基礎(chǔ)資料來(lái)源：Fusion

for

Energy官網(wǎng)，中郵證券研究所20請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明二、國(guó)際重要核聚變裝置：ITER項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，各國(guó)裝置取得快速進(jìn)步?

2.5

中國(guó)：西南物理研究院和等離子體物理研究所牽頭，民企積極參與圖22：國(guó)內(nèi)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置單位聚變?cè)囼?yàn)堆簡(jiǎn)介西南物理研究院

HL-2M：HL-2A的改造升級(jí)裝置，用于研究高比壓、高參數(shù)的聚變等離子體物理,為下一步建造聚變堆打好基礎(chǔ)。EAST：先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)研制的國(guó)際首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，針對(duì)近堆芯等離子體穩(wěn)態(tài)先進(jìn)運(yùn)行模式的科學(xué)和工程問(wèn)題，將能產(chǎn)生≥100萬(wàn)安培的等離子體電流；持續(xù)時(shí)間將達(dá)到1000秒，在高功率加熱下溫度將超過(guò)中科院等離子體

一億度。物理研究所

CRAFT：聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施，是國(guó)際聚變領(lǐng)域參數(shù)最高、功能最完備的綜合性研究平臺(tái)，2019年開建。CFETR：中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆，填補(bǔ)ITER和DEMO之間的空白，主要目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)200-1500MW聚變功率輸出；實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)或長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行，運(yùn)行因子達(dá)到0.3-0.5；實(shí)現(xiàn)氚燃料自持，氚增殖比（TBR）大于1.0。玄龍-50：2019年8月，新奧集團(tuán)自主設(shè)計(jì)建成的中國(guó)首座中等規(guī)模球形托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置——新奧“玄龍-50”，在新奧集團(tuán)河北廊坊建成，并實(shí)現(xiàn)第一次等離子體放電。能量奇點(diǎn)星環(huán)聚能洪荒70：全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置，計(jì)劃于2023年底建成運(yùn)行，將成為全球首臺(tái)建成運(yùn)行的全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置。SUNIST-2：球形托卡馬克，驗(yàn)證重復(fù)重聯(lián)原理和1T磁場(chǎng)球形托卡馬克的約束性能。2023年6月建成，并獲得第一等離子體。CTRFR-1：等離子體參數(shù)接近聚變堆要求的中型高溫超導(dǎo)球形托卡馬克，星環(huán)聚能正在完成CTRFR-1的設(shè)計(jì)。資料來(lái)源：西南物理研究院官網(wǎng)，中科院等離子體物理研究所官網(wǎng)，中科院官網(wǎng)，新奧集團(tuán)官方微信公眾號(hào)，能量奇點(diǎn)官網(wǎng)，星環(huán)聚能官網(wǎng)，《CFETR氚自持分析評(píng)估與驗(yàn)證策略_冉光明等》，中郵證券研究所21請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明三聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)3.1

鈾資源有限推動(dòng)混合堆發(fā)展，安全性和高放核廢料處理優(yōu)勢(shì)顯著3.2

我國(guó)混合堆研究以三大院所為主，實(shí)驗(yàn)堆即將進(jìn)入建設(shè)22三、聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)?

3.1

鈾資源有限推動(dòng)混合堆發(fā)展，安全性和高放核廢料處理優(yōu)勢(shì)顯著?

核資源：U-235資源有限，快堆燃料增殖能力有限，難以滿足迅速增長(zhǎng)的核能需求，需要依賴混合堆高效燃料轉(zhuǎn)換效率來(lái)解決；?

核安全：包層為k

小于1的次臨界系統(tǒng)；eff?

高放核廢料處理：核電站乏燃料具有放射性強(qiáng)、毒性大、壽命長(zhǎng)等問(wèn)題，混合堆中子通量密度高、能譜硬，是處理錒系核裂變產(chǎn)物的理想裝置。圖23：聚變-裂變混合堆設(shè)計(jì)U資源短缺、經(jīng)濟(jì)性和安全性、乏燃料后處理…裂變聚變裂變能源堆次臨界裂變聚變堆芯聚變-裂變混合堆核能聚變能源堆聚變?cè)鲆鍽、氚自持、包層材料…資料來(lái)源：《中物院Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆研發(fā)進(jìn)展-謝衛(wèi)平》，中郵證券研究所23請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明三、聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)?

3.1

鈾資源有限推動(dòng)混合堆發(fā)展，安全性和高放核廢料處理優(yōu)勢(shì)顯著?

聚變-裂變混合堆=熱核聚變中子源+次臨界裂變堆。?

聚變-裂變混合堆基本原理：利用氘氚聚變中子與Li反應(yīng)生產(chǎn)氚以滿足內(nèi)部聚變反應(yīng)所需，剩余中子將可轉(zhuǎn)換材料（U-238和Th-232）轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪炎儾牧螾u-239和U-233，直接裂變產(chǎn)生能量。圖24：混合堆原理示意圖圖25：混合堆的類型堆型工作方式特點(diǎn)在包層中放入大量的鈹?shù)嚷牧?，使聚變不能有效生產(chǎn)核燃料，后處理增加成本。但裂變包層中裂變幾率少，簡(jiǎn)化包抑制裂變型

產(chǎn)生的高能快中子很快慢化為熱中子。熱中混合堆

子難以使U-238、Th－232裂變，主要使它們變成Pu-239、U-233，并通過(guò)頻繁后處理提取

層內(nèi)裂變熱的導(dǎo)出問(wèn)題。利用聚變產(chǎn)生的高能快中子，在裂變包層產(chǎn)快裂變型混

生一系列串級(jí)的核過(guò)程，大量生產(chǎn)Pu-239或合堆

U-233核燃料。同時(shí)，U-238、Pu-239或U-233的大量裂變?cè)诹炎儼鼘赢a(chǎn)生大量裂變熱快裂變型混合堆可以有效地生產(chǎn)核燃料資料來(lái)源：《聚變——裂變混合堆在未來(lái)核能系統(tǒng)中作用和發(fā)展前景-張國(guó)書》，中國(guó)科普博覽，中郵證券研究所24請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明三、聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)?

3.1

鈾資源有限推動(dòng)混合堆發(fā)展，安全性和高放核廢料處理優(yōu)勢(shì)顯著?

混合堆優(yōu)勢(shì)1：大幅降低堆芯等離子體性能及第一壁材料要求;?

混合堆優(yōu)勢(shì)2：U資源利用率高，相比快堆，不需要U-235或Pu-239的初始裝量，燃料增殖能力強(qiáng)；支持比N：一個(gè)混合堆生產(chǎn)的核燃料能支持同等功率裂變堆的數(shù)量圖表26：混合堆的類型圖表27：混合堆和快堆支持比對(duì)比等離子體能量增益因子中子壁負(fù)載堆型支持比N0.25-0.7≤1堆型QWn（MW/m2）氧化物快堆純聚變堆15-253-5碳化物快堆抑制裂變混10-152-31-1.51金屬鈾快堆≤1.254-6合堆快裂變?nèi)剂蟄/Pu快裂變混合堆Th/U快裂變混合堆Th/U抑制裂變混合堆53生產(chǎn)堆8-12快裂變能量12-25生產(chǎn)堆資料來(lái)源：《聚變——裂變混合堆在未來(lái)核能系統(tǒng)中作用和發(fā)展前景-張國(guó)書》，中郵證券研究所25請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明三、聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)?

3.1

鈾資源有限推動(dòng)混合堆發(fā)展，安全性和高放核廢料處理優(yōu)勢(shì)顯著?

混合堆優(yōu)勢(shì)3：核廢料嬗變，核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子可以將長(zhǎng)期具有放射性的核反應(yīng)廢物超鈾元素分解成壽命較短的元素；圖表28：混合堆對(duì)LWR乏燃料的嬗變能力?

混合堆優(yōu)勢(shì)4：建造成本優(yōu)勢(shì)，100萬(wàn)千瓦的核電機(jī)組，純聚變堆建堆成本大于100億美元，快堆為50-60億美元，熱堆為20億美元左右，而Z篐縮驅(qū)動(dòng)的混合堆在30億美元左右。資料來(lái)源：《聚變——裂變混合堆在未來(lái)核能系統(tǒng)中作用和發(fā)展前景-張國(guó)書》，中郵證券研究所26請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明三、聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)?

3.2

我國(guó)混合堆研究以三大院所為主，實(shí)驗(yàn)堆即將進(jìn)入建設(shè)?

1983年，中國(guó)提出了中國(guó)核能發(fā)展“三步走”，即“壓水堆-快堆-聚變堆”以及“堅(jiān)持核燃料閉式循環(huán)”方針。聚變堆包含聚變-裂變混合堆、聚變驅(qū)動(dòng)嬗變堆及純聚變堆。?

西南物理研究院：在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，我院自“七五”期間開展了聚變-裂變混合堆研究，先后完成了試驗(yàn)混合堆、商用混合堆的概念設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)混合堆的聯(lián)合設(shè)計(jì)；“九五”期間完成了實(shí)驗(yàn)混合堆工程概要設(shè)計(jì)，開展了包層和偏濾器方面的設(shè)計(jì)研究，建立了工程材料數(shù)據(jù)庫(kù)；在用聚變中子處理長(zhǎng)壽命放射性核廢料的新堆型設(shè)計(jì)方面，也取得了重要成果。圖表29：聚變-裂變混合堆結(jié)構(gòu)模型?

聚變-裂變混合實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)：聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)和中核聚變（成都）設(shè)計(jì)研究院有限公司簽訂協(xié)議，采用全新技術(shù)路線，聯(lián)合建設(shè)聚變-裂變混合實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目，技術(shù)目標(biāo)Q值大于30，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電功率100MW，工程總投資預(yù)計(jì)超過(guò)200億元。資料來(lái)源：核工業(yè)西南物理研究院官網(wǎng)，中郵證券研究所27請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明三、聚變-裂變混合堆：千年能源方案，實(shí)驗(yàn)堆即將建設(shè)?

3.2

我國(guó)混合堆研究以三大院所為主，實(shí)驗(yàn)堆即將進(jìn)入建設(shè)?

九院：2010-2015年以后，在科技部ITER國(guó)內(nèi)配套重大專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持下，由九院彭先覺(jué)院士提出并牽頭開展基于ITER堆芯的U-Pu及水冷快裂變次臨界混合堆概念研究項(xiàng)目；2010年前后，在核能開發(fā)等科研項(xiàng)目支持下，九院開展了基于Z-箍縮堆芯的U-Pu水冷快裂變次臨界聚變-裂變混合堆

(Z-FFR)概念設(shè)計(jì)及預(yù)研;?

電磁驅(qū)動(dòng)聚變大科學(xué)裝置研制：50兆安Z-箍縮驅(qū)動(dòng)器實(shí)驗(yàn)裝置，驅(qū)動(dòng)器主體直徑約78米，高約11米。?

裝置園區(qū)位于成都天府新區(qū)，總投資約50億元。圖表30：Z箍縮聚變-裂變混合堆電站設(shè)計(jì)圖?

中科院等離子體物理研究所：2000年后，合肥等離子體所在國(guó)家自然基金及中科院知識(shí)創(chuàng)新共層項(xiàng)目支持下，開展了系列聚變-裂變混合堆概念的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，如球馬克堆芯、多功能包層及聚變驅(qū)動(dòng)嬗變堆等。資料來(lái)源：《中物院Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆研發(fā)進(jìn)展-謝衛(wèi)平》，中郵證券研究所28請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明四超導(dǎo)磁體是托卡馬克裝置的關(guān)鍵，應(yīng)用從低溫超導(dǎo)發(fā)展至高溫超導(dǎo)4.1超導(dǎo)材料4.2托卡馬克裝置需要強(qiáng)磁場(chǎng)，低溫超導(dǎo)應(yīng)用成熟4.3高溫超導(dǎo)材料進(jìn)步，將應(yīng)用于核聚變產(chǎn)業(yè)29四、超導(dǎo)磁體是托卡馬克裝置的關(guān)鍵，應(yīng)用從低溫超導(dǎo)發(fā)展至高溫超導(dǎo)?

4.1

超導(dǎo)材料圖表31：各超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)年代和臨界溫度?

超導(dǎo)材料：完全導(dǎo)電性、完全抗磁性、通量量子化。?

超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，根據(jù)歐洲超導(dǎo)行業(yè)協(xié)會(huì)，2022年，全球超導(dǎo)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模達(dá)68億歐元。?

低溫超導(dǎo)電材料應(yīng)用成熟：目前，低溫超導(dǎo)材料占國(guó)際超導(dǎo)材料市場(chǎng)90%的左右，全球僅有少數(shù)幾家企業(yè)掌握低溫超導(dǎo)線生產(chǎn)技術(shù)，主要分布在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本和中國(guó)。?

低溫超導(dǎo)（T

<25K）c?

NbTi（T

=10.2K）；Nb

Sn（T

=18.3K）c3c?

高溫超導(dǎo)（T

>25K）c?

YBCO（T

=90K）；BSCCO（T

=85K,110K）；MgB

（T

=40K）cc2c資料來(lái)源：《高壓室溫超導(dǎo)電性的新進(jìn)展_羅會(huì)仟》，中郵證券研究所30請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明四、超導(dǎo)磁體是托卡馬克裝置的關(guān)鍵，應(yīng)用從低溫超導(dǎo)發(fā)展至高溫超導(dǎo)?

4.2

托卡馬克裝置需要強(qiáng)磁場(chǎng)，低溫超導(dǎo)應(yīng)用成熟?

聚變反應(yīng)堆等離子體約束需要強(qiáng)磁場(chǎng)，等離子體約束時(shí)間隨著磁場(chǎng)的增加而增加。過(guò)去，包括ITER在內(nèi)的托卡馬克裝置都使用低溫超導(dǎo)材料。?

在ITER項(xiàng)目中，超導(dǎo)磁體占ITER成本的28%。圖32：ITER成本構(gòu)成圖33：部分聚變裝置磁體參數(shù)資料來(lái)源：《Superconductors

for

fusion:aroadmap-Neil

Mitchell

et

al.》，中郵證券研究所31請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明四、超導(dǎo)磁體是托卡馬克裝置的關(guān)鍵，應(yīng)用從低溫超導(dǎo)發(fā)展至高溫超導(dǎo)?

4.3

高溫超導(dǎo)材料進(jìn)步，將應(yīng)用于核聚變產(chǎn)業(yè)?

美國(guó)CFS和MIT提出采用高溫超導(dǎo)磁體，以實(shí)現(xiàn)聚變裝置的小型化和緊湊型?；诟邷爻瑢?dǎo)的磁體可以實(shí)現(xiàn)最高20T的磁場(chǎng)強(qiáng)度，該磁體將用于聚變反應(yīng)堆SPARC。圖表34：CFS測(cè)試磁體（2021年）及SPARC中高溫超導(dǎo)磁體示意圖圖表35：YBCO超導(dǎo)材料資料來(lái)源：CFS官網(wǎng)，《Development

and

large

volume

production

of

extremely

high

current

density

YBa

Cu

O

superconducting

wires

for

fusion-A.Molodyk

et

al.》，中郵證券研究所23732請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明四、超導(dǎo)磁體是托卡馬克裝置的關(guān)鍵，應(yīng)用從低溫超導(dǎo)發(fā)展至高溫超導(dǎo)?

4.3

高溫超導(dǎo)材料進(jìn)步，將應(yīng)用于核聚變產(chǎn)業(yè)?

國(guó)內(nèi)超導(dǎo)帶材制造處于國(guó)際領(lǐng)先水平。上海超導(dǎo)基于物理氣相沉積法制備的ReBCO帶材具有全球領(lǐng)先的低溫高場(chǎng)電性能，一流的自場(chǎng)電流密度、優(yōu)異的磁體繞制性能、極低的交流損耗（0.36-0.5W/m）。?

上海超導(dǎo)：上海超導(dǎo)已為CFS批量提供超過(guò)一百余公里采用30微米超薄基帶的高性能高溫超導(dǎo)帶材，用于聚變導(dǎo)體和磁體研制；上海超導(dǎo)與英國(guó)TE公司深度合作，于2017-2020年間分批陸續(xù)供應(yīng)寬幅高性能高溫超導(dǎo)帶材，用于強(qiáng)場(chǎng)磁體研制及超導(dǎo)可控核聚變。圖表36：上海超導(dǎo)第二代高溫超導(dǎo)帶材資料來(lái)源：上海超導(dǎo)官網(wǎng)，中郵證券研究所33請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明四、超導(dǎo)磁體是托卡馬克裝置的關(guān)鍵，應(yīng)用從低溫超導(dǎo)發(fā)展至高溫超導(dǎo)?

4.3

高溫超導(dǎo)材料進(jìn)步，將應(yīng)用于核聚變產(chǎn)業(yè)?

永鼎股份：專業(yè)研發(fā)新型千米級(jí)第二代高溫超導(dǎo)（2G-HTS）帶材，發(fā)展新型高溫超導(dǎo)材料應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2G-HTS帶材的產(chǎn)業(yè)化及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)。?

2023年11月20日，永鼎承擔(dān)建設(shè)的我國(guó)首條高溫超導(dǎo)低壓直流電纜，在江蘇蘇州并網(wǎng)投運(yùn)，填補(bǔ)了我國(guó)在超導(dǎo)電纜低壓直流系統(tǒng)的應(yīng)用空白。圖表37：永鼎股份制造的高溫超導(dǎo)電纜?

相比于第一代高溫超導(dǎo)帶材，第二代YBCO優(yōu)勢(shì)明顯，其成本更低，載流能力等性能保持更加優(yōu)異。永鼎股份第二代（YBCO）高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)品已在超導(dǎo)感應(yīng)加熱設(shè)備、可控核聚變、超導(dǎo)電纜等下游應(yīng)用中廣泛應(yīng)用。資料來(lái)源：永鼎股份官網(wǎng)，中郵證券研究所34請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明五民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策5.1民間資本涌入推進(jìn)核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展5.2日本將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策35五、日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

5.1

民間資本涌入推進(jìn)核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展圖表38：聚變企業(yè)成立時(shí)間線?

根據(jù)FIA數(shù)據(jù)，2022年全球私營(yíng)核聚變公司獲得超過(guò)48億美元的投資，比2021年增長(zhǎng)139%，私人投資對(duì)核聚變的投資額首次超過(guò)政府資助。2023年，全球私營(yíng)聚變公司獲得的投資額從48億美元增加至62億美元。新增資金包括美國(guó)TAE技術(shù)公司2.5億美元、中國(guó)新奧科技圖表39：私營(yíng)聚變企業(yè)數(shù)量發(fā)展公司2億美元、日本京都聚變技術(shù)公司7900萬(wàn)美元、中國(guó)能源奇點(diǎn)公司5500萬(wàn)美元等。資料來(lái)源：《The

global

fusion

industry

in2023-FIA》，中郵證券研究所36請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明五、日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

5.1

民間資本涌入推進(jìn)核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

FIA調(diào)研的30家從事核聚變的企業(yè)中，有4家給出預(yù)計(jì)2030年前向電網(wǎng)供電，有15家給出預(yù)計(jì)2030-2035年間實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)供電。?

FIA調(diào)研的40家從事核聚變的企業(yè)中，有6家認(rèn)為核聚變發(fā)電有望在2030年之前實(shí)現(xiàn)，20家認(rèn)為核聚變發(fā)電有望在2031-2035年間實(shí)現(xiàn)。圖表40：各企業(yè)預(yù)計(jì)向電網(wǎng)供電的時(shí)間圖表41：核聚變實(shí)現(xiàn)發(fā)電的時(shí)間資料來(lái)源：《The

global

fusion

industry

in2023-FIA》，中郵證券研究所37請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明五、日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

5.1

民間資本涌入推進(jìn)核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

美國(guó)HelionEnergy：2023年5月，美國(guó)HelionEnergy宣布將在2028年之前建成世界上第一座聚變發(fā)電廠。HelionEnergy成立于2013年，已籌集超過(guò)5.7億美元的私人資本。ChatGPT母公司OpenAI首席執(zhí)行官SamAltman在2021年對(duì)HelionEnergy投資3.75億美元。HelionEnergy預(yù)計(jì)核聚變電廠投產(chǎn)后將在1年內(nèi)實(shí)現(xiàn)至少50MW的發(fā)電能力。微軟已與HelionEnergy簽訂了電力購(gòu)買協(xié)議。?

Helion裝置將氘和氦-3加熱成等離子體，通圖表42：HelionEnergy核聚變裝置示意圖過(guò)磁場(chǎng)限制（FRC），從設(shè)備兩端兩個(gè)FRC將等離子體加速到100萬(wàn)英里每小時(shí)，在中心相撞并被進(jìn)一步壓縮，直到達(dá)到超過(guò)1億℃（9keV）的聚變溫度。氘和氦-3發(fā)生聚變反應(yīng)，隨著聚變能產(chǎn)生，等離子體膨脹并將磁場(chǎng)推回，磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電流并直接轉(zhuǎn)化為電能。D+3He

→

p(14.67MeV)+4He(3.67Mev)（反應(yīng)無(wú)需氚，也無(wú)中子產(chǎn)生）資料來(lái)源：Helion

Energy官網(wǎng)，中郵證券研究所38請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明五、日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

5.1

民間資本涌入推進(jìn)核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

美國(guó)CFS：CFS（CommonwealthFusionSystems）源于MIT的等離子科學(xué)和聚變中心，成立于2018年，2021年完成18億美元B輪融資，新參與者包括比爾蓋茨、谷歌等。CFS計(jì)劃在美國(guó)建立一座聚變反應(yīng)堆SPARC，預(yù)期在2030年代初期實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電。SPARC目標(biāo)實(shí)現(xiàn)Q>2，并為ARC聚變核電站建設(shè)奠定基礎(chǔ)。圖43：CFS的聚變能應(yīng)用商業(yè)路徑?

SPARC是一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)（軸上環(huán)形磁場(chǎng)強(qiáng)度B

=12.2T）緊0湊型（大半徑R

=1.85m，小0半徑a=0.57m）的托卡馬克裝置，可以進(jìn)行氘-氚反應(yīng)，聚變功率P

=140MW，Q=11。fus強(qiáng)磁場(chǎng)和緊湊結(jié)構(gòu)通過(guò)采用2025年獲得凈能量2025年開始，30年代初實(shí)現(xiàn)CFS和MIT研發(fā)的新型高溫超導(dǎo)磁體獲得。資料來(lái)源：CFS官網(wǎng)，中郵證券研究所39請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明五、日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

5.1

民間資本涌入推進(jìn)核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

英國(guó)TokamakEnergy：由來(lái)自世界領(lǐng)先的卡勒姆聚變研究機(jī)構(gòu)的前沿科學(xué)家創(chuàng)立，成立于2009年，總部位于英國(guó)牛津郡。TokamakEnergy計(jì)劃在2026年完成ST80-HTS以展示高溫超導(dǎo)磁體的全部潛力，并為其核聚變?cè)囼?yàn)工廠ST-E1的設(shè)計(jì)提供信息，該工廠計(jì)劃在2030年代產(chǎn)生200MW電力。2023年4月，TokamakEnergy宣布已建造出世界首套新一代高溫超導(dǎo)(HTS)磁體，將在美國(guó)實(shí)驗(yàn)室極端條件下進(jìn)行測(cè)試。?

日本KyotoFusioneering：由京都大學(xué)的研究人員于2019年成立，從事核聚變相關(guān)技術(shù)。三菱商事、關(guān)西電力、日本政府旗下基金等16家企業(yè)和政府組建的聯(lián)盟，正準(zhǔn)備向KyotoFusioneering投資100億日元。KyotoFusioneering已完成聚變電廠設(shè)備綜合測(cè)試設(shè)施的初步設(shè)計(jì)，計(jì)劃于2024年示范使用聚變相關(guān)技術(shù)發(fā)電。?

加拿大GeneralFusion：成立于2002年，2006年公司創(chuàng)始人物理學(xué)家米歇爾·拉貝博士完成了原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，吸引到了包括亞馬遜的杰夫-貝索斯（JeffBezos）、微軟和其他許多公司以及加拿大官方作為自己的投資方和合作伙伴。資料來(lái)源：TE官網(wǎng)，中國(guó)核電網(wǎng)，核技術(shù)網(wǎng)，財(cái)聯(lián)社，澎湃新聞，中郵證券研究所40請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明五、日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

5.2

日本將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策?

日本能源匱乏，能源自給率只有13%左右，在全球推進(jìn)碳中和的背景下，日本政府將核聚變能視為支撐未來(lái)超智能社會(huì)的重要基礎(chǔ)。?

2023年4月，日本推出《核聚變能創(chuàng)新戰(zhàn)略》，旨在通過(guò)建立龐大的國(guó)內(nèi)核聚變產(chǎn)業(yè)，在未來(lái)商業(yè)化利用核聚變能中占據(jù)主導(dǎo)地位?！稇?zhàn)略》確立了兩大重要抓手——核聚變技術(shù)開發(fā)和核聚變產(chǎn)業(yè)培育，力求通過(guò)產(chǎn)學(xué)官通力合作先于其他國(guó)家制造出商業(yè)核聚變裝置，在2050年實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電目標(biāo)，積極搶占國(guó)際市場(chǎng)。?

《戰(zhàn)略》以“推進(jìn)全球新一代能源——核聚變能實(shí)用化，利用本國(guó)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)核聚變產(chǎn)業(yè)化發(fā)展”為愿景，提出了未來(lái)十年日本支持核聚變能發(fā)展的主要舉措，涉及核聚變技術(shù)開發(fā)、核聚變產(chǎn)業(yè)培育和相關(guān)體制機(jī)制等。資料來(lái)源：科情智庫(kù)微信公眾號(hào)，中郵證券研究所41請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明五、日本已將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，民營(yíng)資本涌入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

5.2

日本將核聚變上升至國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策圖44：日本《核聚變能創(chuàng)新戰(zhàn)略》（部分）分類舉措內(nèi)容支持小型化、精密化、獨(dú)創(chuàng)

擴(kuò)大核聚變技術(shù)研究范圍，從2023年開始啟動(dòng)專項(xiàng)支持政策的制定，促進(jìn)研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的大力支持核聚變技術(shù)開發(fā)性的新興技術(shù)合作。日本在ITER計(jì)劃中承擔(dān)核反應(yīng)堆制造的任務(wù)，將其他國(guó)家開發(fā)的技術(shù)用于本國(guó)研發(fā)。通過(guò)ITER等獲得核心技術(shù)構(gòu)建相關(guān)框架，吸引更多企業(yè)參與，共同推進(jìn)核反應(yīng)堆研發(fā)。加速未來(lái)核反應(yīng)堆原型開發(fā)明確核聚變能的社會(huì)定位，

支持核聚變能在社會(huì)各領(lǐng)域的應(yīng)用，明確將核聚變能作為日本能源結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)后盾的定位。日提高產(chǎn)業(yè)預(yù)見(jiàn)性本文部科學(xué)省制定的核反應(yīng)堆研發(fā)路線圖（2018年7月），在2050年前后實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電。主動(dòng)培育核聚變產(chǎn)業(yè)日本將重點(diǎn)選擇以下領(lǐng)域進(jìn)行支持。一是，核聚變核心技術(shù)領(lǐng)域。二是，核聚變有望產(chǎn)生重大影響的領(lǐng)域，包括資源與能源、醫(yī)療、安全保障等領(lǐng)域。三是，有望與其他領(lǐng)域現(xiàn)有或新技術(shù)進(jìn)行整合的領(lǐng)域，包括人工智能解析與模擬、大數(shù)據(jù)通信、量子、發(fā)電等領(lǐng)域。制定核聚變技術(shù)路線圖和產(chǎn)業(yè)路線圖設(shè)立核聚變產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，促進(jìn)企業(yè)之間進(jìn)行核聚變相關(guān)信息交換和商業(yè)對(duì)接，培育核聚變產(chǎn)業(yè)；促進(jìn)產(chǎn)學(xué)官合作，吸引學(xué)術(shù)界和企業(yè)參與創(chuàng)業(yè)基地建設(shè)。建立核聚變創(chuàng)業(yè)基地推進(jìn)機(jī)制由內(nèi)閣府牽頭，相關(guān)部委合作推進(jìn)；由量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（QST）主導(dǎo)開發(fā)核反應(yīng)堆，并建立學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界合作開發(fā)機(jī)制與企業(yè)培育機(jī)制；由QST主導(dǎo)構(gòu)建核聚變技術(shù)創(chuàng)新基地，對(duì)通過(guò)ITER計(jì)劃和共同研發(fā)獲得的技術(shù)消化吸收并進(jìn)一步開發(fā)，推動(dòng)核聚變產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；明確核聚變職業(yè)路徑，產(chǎn)學(xué)官合作培養(yǎng)相關(guān)人才推進(jìn)機(jī)制資料來(lái)源：科情智庫(kù)微信公眾號(hào)，中郵證券研究所42請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明六相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示6.1

相關(guān)上市公司6.2

風(fēng)險(xiǎn)提示43六、相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示?

6.1

相關(guān)上市公司?

國(guó)內(nèi)部分上市公司例如西部超導(dǎo)、國(guó)光電氣、安泰科技等，從為ITER項(xiàng)目配套開始建立起核聚變相關(guān)核心設(shè)備、產(chǎn)品的研制生產(chǎn)能力，并供應(yīng)國(guó)內(nèi)外核聚變項(xiàng)目。磁體是核聚變裝置的核心，隨著新裝置對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的要求越來(lái)越高，超導(dǎo)磁體在核聚變裝置中廣泛應(yīng)用，基于第二代高溫超導(dǎo)材料，可以獲得更強(qiáng)的磁場(chǎng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聚變裝置的小型化、緊湊型，國(guó)內(nèi)高溫超導(dǎo)磁體、帶材供應(yīng)商包括聯(lián)創(chuàng)光電、永鼎股份等。圖45：國(guó)內(nèi)核聚變相關(guān)上市公司公司核聚變相關(guān)產(chǎn)品聯(lián)創(chuàng)光電永鼎股份國(guó)內(nèi)高溫超導(dǎo)磁體供應(yīng)商，聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)和中核聚變(成都)設(shè)計(jì)研究院有限公司簽訂協(xié)議，聯(lián)合建設(shè)可控核聚變項(xiàng)目高溫超導(dǎo)帶材主要供應(yīng)商國(guó)光電氣西部超導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了核工業(yè)聚變領(lǐng)域?qū)Ｓ帽煤烷y門國(guó)產(chǎn)化，為ITER提供了核心設(shè)備，包括偏濾器、屏蔽模塊熱氦檢漏設(shè)備等；公司突破了CRAFT項(xiàng)目用Nb

Sn超導(dǎo)線材批產(chǎn)穩(wěn)定性控制技術(shù)；開發(fā)新一代高性能電流密度Nb

Sn線材并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，為33核聚變新項(xiàng)目BEST提供高指標(biāo)的產(chǎn)品；已開始向CFETR項(xiàng)目供貨。EAST鎢銅偏濾器、ITER鎢銅復(fù)合部件、WEST鎢偏濾器；高性能鉬合金材料用作EAST核聚變裝置的第一壁；為BEST研制鎢銅復(fù)合片完成交付安泰科技高瀾股份曾參與EAST建設(shè)項(xiàng)目及相關(guān)核物理實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，并為其提供相應(yīng)的熱管理產(chǎn)品資料來(lái)源：上海證券報(bào)，國(guó)光電氣公告，西部超導(dǎo)公告，安泰科技公告，高瀾股份公告，中郵證券研究所44請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明六、相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示?

6.1.1

聯(lián)創(chuàng)光電：高溫超導(dǎo)磁體在多領(lǐng)域進(jìn)入1到N加速發(fā)展階段?

聯(lián)創(chuàng)光電由江西省電子集團(tuán)整合旗下部分優(yōu)質(zhì)軍工資產(chǎn)于1999年6月設(shè)立。近年來(lái)，公司圍繞“進(jìn)而有為，退而有序”的經(jīng)營(yíng)方針，重點(diǎn)打造了激光和超導(dǎo)兩個(gè)高科技新興產(chǎn)業(yè)。公司超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)依托參股子公司聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)（持股40%）。?

聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)有望并入上市公司：控股股東電子集團(tuán)的發(fā)展規(guī)劃，聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)不考慮獨(dú)立上市，在產(chǎn)品加速進(jìn)行商用推廣階段，將聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)整體并入聯(lián)創(chuàng)光電。圖46：超導(dǎo)單晶硅生長(zhǎng)爐?

高溫超導(dǎo)多項(xiàng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)0到1突破，進(jìn)入1到N的加速發(fā)展階段：?

高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱設(shè)備：兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱設(shè)備于2021年12月起運(yùn)客戶中鋁集團(tuán)東北輕合金，于2023年4月正式商業(yè)化投產(chǎn)使用。目前，在手訂單已超60臺(tái)，2023H1交付6臺(tái)設(shè)備。?

高溫超導(dǎo)磁控單晶生長(zhǎng)爐：2023年3月，聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)聯(lián)合寧夏盈谷實(shí)業(yè)股份有限公司啟動(dòng)高溫超導(dǎo)磁控硅單晶生長(zhǎng)爐研制工作。?

可控核聚變：2023年11月，聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)和中核聚變(成都)設(shè)計(jì)研究院有限公司簽訂協(xié)議，聯(lián)合建設(shè)可控核聚變項(xiàng)目，技術(shù)目標(biāo)Q值大于30，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電功率100MW，工程總投資預(yù)計(jì)超200億元人民幣。資料來(lái)源：聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)官網(wǎng)，聯(lián)創(chuàng)光電公告，上海證券報(bào)，中郵證券研究所45請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明六、相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示?

6.1.2

永鼎股份：第二代高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化加速落地?

公司于1994年成立，1997年成為國(guó)內(nèi)光纜行業(yè)首家民營(yíng)上市公司。經(jīng)過(guò)數(shù)十年持續(xù)發(fā)展，目前已形成“光電交融、協(xié)同發(fā)展”的戰(zhàn)略格局，業(yè)務(wù)覆蓋光通信和電力傳輸兩大領(lǐng)域。公司于2011年開始投資超導(dǎo)業(yè)務(wù)，主要生產(chǎn)第二代高溫超導(dǎo)材料。超導(dǎo)帶材代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅材的應(yīng)用產(chǎn)品有超導(dǎo)感應(yīng)加熱設(shè)備、超導(dǎo)電纜、高溫超導(dǎo)磁體、全高溫超導(dǎo)可控核聚變堆、超導(dǎo)故障電流限流器、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)風(fēng)機(jī)等。?

公司以業(yè)內(nèi)獨(dú)有的“磁通釘扎”技術(shù)，研制應(yīng)用于高強(qiáng)磁場(chǎng)工況下的高載流超導(dǎo)帶材，推進(jìn)了在超導(dǎo)感應(yīng)加熱和可控核聚變堆的應(yīng)用。公司與江蘇國(guó)網(wǎng)合作的“高溫超導(dǎo)直流電纜示范工程”項(xiàng)目，先后完成了超導(dǎo)電纜本體的敷設(shè)、支架安裝等，在2023年下半年掛網(wǎng)運(yùn)行，是江蘇省第一根超導(dǎo)電纜，也是目前國(guó)內(nèi)第一根基于國(guó)產(chǎn)第二代（YBCO）高溫超導(dǎo)材料的冷絕緣高溫超導(dǎo)直流電纜。圖47：二代高溫超導(dǎo)帶材?

公司超導(dǎo)業(yè)務(wù)由全資子公司東部超導(dǎo)承擔(dān)。2021年、2022年和2023H1，東部超導(dǎo)凈利潤(rùn)分別為-823萬(wàn)元、-2581萬(wàn)元和-815萬(wàn)元。資料來(lái)源：永鼎股份公告，中郵證券研究所46請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明六、相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示?

6.1.3

國(guó)光電氣：第一壁、偏濾器及泵閥產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)顯著，核工業(yè)領(lǐng)域收入快速增長(zhǎng)?

成都國(guó)光電氣股份有限公司源于1958年，是我國(guó)微波電子器件主要科研生產(chǎn)基地之一。公司產(chǎn)品門類主要包括各類微波器件（電真空、固態(tài)）及組件、真空接觸器、真空滅弧室等。?

在核聚變領(lǐng)域，在技術(shù)層面上，公司擅長(zhǎng)領(lǐng)域包括第一壁、偏濾器、風(fēng)機(jī)、閥組箱、專用閥門、管路及相關(guān)配套系統(tǒng)建設(shè)等。公司核工業(yè)設(shè)備及部件產(chǎn)品主要包括ITER配套設(shè)備、核工業(yè)專用泵以及閥門等其中，ITER配套設(shè)備包括偏濾器、ITER屏蔽模塊熱氦檢漏設(shè)備、ITER包層第一壁板、ITER工藝設(shè)備等。?

2022年，公司核工業(yè)領(lǐng)域收入3.68億元，同比增長(zhǎng)180%，占公司營(yíng)收的40%。2023Q1-Q3，公司營(yíng)收5.78億元，同比下滑19%，歸母凈利潤(rùn)0.54億元，同比下滑58%。圖48：核工業(yè)設(shè)備及部件收入圖49：核工業(yè)設(shè)備及部件毛利率43210200%150%100%50%40%30%20%10%0%3.6836.49%180%34.81%34.08%32.24%26.84%101%90%1.3178%0.690.390.190%20182019202020212022YoY核工業(yè)設(shè)備及部件收入（億元）20182019202020212022資料來(lái)源：iFinD，中郵證券研究所47請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明六、相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示?

6.1.4

西部超導(dǎo)：成立背景為ITER用低溫超導(dǎo)線材，超導(dǎo)業(yè)務(wù)保持較快增長(zhǎng)?

西部超導(dǎo)成立于2003年，成立之初以ITER用低溫超導(dǎo)線材產(chǎn)業(yè)化為主要業(yè)務(wù)。公司立足核心技術(shù)、緊跟市場(chǎng)需求，目前形成了高端鈦合金材料、超導(dǎo)產(chǎn)品和高性能高溫合金材料三大主業(yè)。其中，超導(dǎo)產(chǎn)品經(jīng)歷ITER項(xiàng)目交付完結(jié)（2019年）以及向MRI、MCZ、CFETR等領(lǐng)域的拓展。?

核聚變領(lǐng)域，公司突破了CRAFT項(xiàng)目用Nb

Sn超導(dǎo)線材批產(chǎn)穩(wěn)定性控制技術(shù)；開發(fā)新一代高性能電流密度3Nb

Sn線材并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，為核聚變新項(xiàng)目BEST提供高指標(biāo)的產(chǎn)品；已開始向CFETR項(xiàng)目供貨。3?

2022年，公司超導(dǎo)產(chǎn)品收入6.23億元，同比增長(zhǎng)161%，占公司營(yíng)收的15%。2023H1，公司超導(dǎo)產(chǎn)品收入4.02億元，同比增長(zhǎng)61%，占公司營(yíng)收的19%。圖50：超導(dǎo)產(chǎn)品收入圖51：超導(dǎo)產(chǎn)品毛利率76543210200%150%100%50%40%30%20%10%0%6.23161%30.44%4.022.3916.33%1.9535%61%1.4432%1.0910.57%23%4.64%20194.51%20200%20182019202020212022YoY2023H1超導(dǎo)產(chǎn)品收入（億元）201820212022資料來(lái)源：iFinD，西部超導(dǎo)公告，中郵證券研究所48請(qǐng)參閱附注免責(zé)聲明六、相關(guān)標(biāo)的及風(fēng)險(xiǎn)提示?

6.1.5

安泰科技：鎢銅復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)先，供貨國(guó)內(nèi)外主流核聚變裝置?

安泰科技核聚變相關(guān)業(yè)務(wù)主要由子公司安泰中科開展。安泰中科成立于2012年，安泰科技持股65%，合肥科聚高技