可控核聚變行業(yè)市場前景及投資研究報告：聚變創(chuàng)造夢想核力展望未來

證券研究報告行業(yè)報告：行業(yè)專題研究2024年02月20日機(jī)械設(shè)備可控核聚變：聚變創(chuàng)造夢想，核力展望未來摘要

人造太陽，未來可期：?

核聚變是一種小質(zhì)量原子的原子核互相聚合生成中子并伴著巨大能量釋放的熱核反應(yīng)，可產(chǎn)生大量能量，可控核聚變相當(dāng)于可控的人造太陽。作為核能的開發(fā)方式之一，其相比核裂變在安全、綠色、能量密度等方面更具優(yōu)勢，被認(rèn)為是未來能源的唯一方向。?

進(jìn)行核聚變需要滿足十分苛刻的外部條件，并對高溫聚變物質(zhì)進(jìn)行約束，目前解決可控核聚變主要有三種：磁約束、慣性約束和引力約束，其中以磁約束為原理的托卡馬克被普遍認(rèn)為是最有希望實現(xiàn)可控核聚變的裝置。

聚勢而強，核項目遍地開花：?

核聚變產(chǎn)業(yè)強勢發(fā)展，各國積極發(fā)展核項目；蓬勃而生的核聚變產(chǎn)業(yè)帶動高溫超導(dǎo)材料的需求，超導(dǎo)材料的發(fā)展也有望大幅降低聚變裝置成本與規(guī)模，加速核聚變商業(yè)化進(jìn)程。?

全球主要國家積極采取行動推動技術(shù)突破，ITER是各國合作在建的規(guī)模最大的可控磁約束核聚變裝置，為下一步可控核聚變的成功商業(yè)化奠定基礎(chǔ)。我國已確定以磁約束聚變作為核聚變技術(shù)發(fā)展的主要路線，明確未來發(fā)展目標(biāo)與方向，我國自行設(shè)計研制的國際首個全超導(dǎo)托卡馬克裝置EAST，獲得403秒穩(wěn)態(tài)高約束等離子體，創(chuàng)造該參數(shù)下運行時間新的紀(jì)錄。

風(fēng)口已至，展望未來：?

核聚變產(chǎn)業(yè)公司數(shù)量快速增加，融資總額持續(xù)增長，全球聚變公司2023年累計融資超過62億美元，國內(nèi)市場的星環(huán)聚能、能量奇點在近兩年來均已獲得兩輪融資，且融資金額頗高。?

政策對核電發(fā)展的支持力度加強，核電站核準(zhǔn)提速，2019年起我國核電核準(zhǔn)速度呈上升趨勢，核電機(jī)組核準(zhǔn)審批步入常態(tài)化。同時全球電力需求巨大，帶動可控核聚變潛在市場。據(jù)預(yù)測，全球核聚變市場規(guī)模將從2022年的2964億美元增長至2027年的3951.4億美元，CAGR為6.0%。?

但現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展仍處于培育期，真正實現(xiàn)“可控”和“商業(yè)化”還需時間沉淀，要攻克技術(shù)、材料、工程等多重難題。

風(fēng)險提示：核聚變研究成本較高，核聚變項目推進(jìn)不及預(yù)期，核聚變商業(yè)化進(jìn)程不及預(yù)期等。21人造太陽，未來可期31.1可控核聚變——未來能源唯一方向

可控核聚變，本質(zhì)是模擬太陽內(nèi)部發(fā)生的氫核聚變反應(yīng)。太陽之所以有源源不斷的能量，就在于其內(nèi)部一直在進(jìn)行大量的核聚變。核聚變又稱核融合，是一種小質(zhì)量原子的原子核互相聚合生成中子并伴著巨大能量釋放的熱核反應(yīng)，可以產(chǎn)生大量的能量?？煽睾司圩円馕吨藗兛梢钥刂坪司圩兊拈_啟和停止，核聚變的反應(yīng)速度和規(guī)?？梢噪S時被調(diào)控，相當(dāng)于可控的人造太陽。

核裂變反應(yīng)堆發(fā)電是全球化趨勢，但不是長久之計。傳統(tǒng)的核反應(yīng)堆采用核裂變釋放出的熱能代替煤炭燃燒生熱，進(jìn)而通過鍋爐加熱水，帶動渦輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。核裂變的原理是用低濃度鈾235作為原料，用中子撞擊一個鈾235原子進(jìn)而釋放兩個中子形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，持續(xù)放出能量。雖然核裂變發(fā)電相比傳統(tǒng)煤炭發(fā)電燃料效率更高、更清潔，但核廢料問題尚未解決，且鈾儲量有限，不滿足人類可持續(xù)發(fā)展要求。圖：核裂變過程示意圖圖：核聚變過程示意圖4資料：IAEA，天風(fēng)證券研究所1.1可控核聚變——未來能源唯一方向

能源是現(xiàn)代社會存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)存多種能源均存在局限性。人類廣泛開發(fā)利用的能源，包括煤、石油、天然氣等化石能源，不僅不可再生，在使用過程中還產(chǎn)生大量污染。太陽能、地?zé)?、風(fēng)能、潮汐能等形式的清潔能源，只能在局部地區(qū)開發(fā)利用。頁巖氣、可燃冰等新能源也有消耗殆盡的一天。

可控核聚變被視為未來能源的唯一方向?？煽睾司圩冏鳛楹四艿拈_發(fā)方式之一，相比核裂變在安全、綠色、能量密度等方面更有優(yōu)勢，被認(rèn)為有望提供近乎無限的清潔能源。一旦實現(xiàn)核聚變商業(yè)規(guī)模發(fā)電，將一舉解決困擾全人類的能源緊缺問題，為應(yīng)對氣候變化、保護(hù)環(huán)境和解決貧困與發(fā)展問題注入不竭動力，從而改變?nèi)祟惖奈磥?。圖：能源分類表：可控核聚變的優(yōu)勢核聚變反應(yīng)需要氘氚燃料達(dá)到上億攝氏度的高溫和足夠高的密度等苛刻條件，任何一點細(xì)微條件的缺失，都會導(dǎo)致溫度密度的下降，安全可靠環(huán)境友好致使聚變反應(yīng)停止。在氘氚核聚變過程中主要產(chǎn)生惰性氦，不產(chǎn)生高放射性、長壽命的核廢物，也不會產(chǎn)生任何有毒氣體或者溫室氣體。滿足全球每年一次能源消耗需要98萬t天然鈾、1451個三峽電站、200億tce,聚變僅需消耗一個標(biāo)準(zhǔn)泳池的重水，重水價格每克不足千經(jīng)濟(jì)性明顯元，聚變電站每年的重水消耗量僅為克級水平，遠(yuǎn)少于裂變電站。1t氘氚聚變反應(yīng)釋放的能量，相當(dāng)于5.7t裂變?nèi)剂匣?00萬t原油燃燒釋放的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為全部可進(jìn)行核裂變元素釋出能量的1000萬倍。能量密度高原料充足1公升海水里提取出的氘，在完全的聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量；而氚可通過中子與鋰反應(yīng)生成，在地殼和海水中，鋰都是大量存在的。資料：《世界能源演進(jìn)路徑與中國能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型》方行明等，《“人造太陽”離圓夢又近一步——揭秘中國可控5核聚變》韓維正等，天風(fēng)證券研究所1.2

核聚變反應(yīng)三要素——溫度、密度、能量約束時間

相比核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，核聚變需要滿足的外部條件十分苛刻。一是足夠高的溫度，需要施加大約1億℃高溫才能將兩個原子核變成等離子體，該溫度相當(dāng)于太陽核心溫度的10倍，這對反應(yīng)容器的耐受溫度提出極限挑戰(zhàn)；二是一定的密度，這樣兩原子核發(fā)生碰撞的概率就大；三是一定的能量約束時間，等離子體在有限的空間里被約束足夠長時間，以獲得凈功率增益，即產(chǎn)生的聚變功率與用于加熱等離子體的功率之比率。核聚變至少需要做到穩(wěn)定運行240h才具備商業(yè)價值，而2023年4月創(chuàng)造的最高紀(jì)錄是EAST達(dá)到的403秒穩(wěn)態(tài)高約束等離子體。

三者的乘積稱為聚變?nèi)朔e。根據(jù)勞遜判據(jù)，只有聚變?nèi)朔e大于一定值，才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。圖：實現(xiàn)聚變反應(yīng)的三要素6資料：《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》王騰，天風(fēng)證券研究所1.3

可控核聚變的三條技術(shù)路線

要獲得持續(xù)的核聚變能，除了滿足嚴(yán)苛的外部條件，還要對高溫聚變物質(zhì)進(jìn)行約束，延長可控聚變反應(yīng)時間。解決可控核聚變主要有三種：磁約束、慣性約束和引力約束。其中引力約束在地球上無法實現(xiàn)，慣性約束由于電-激光轉(zhuǎn)化損耗極高暫不具備開發(fā)前景，磁約束能量轉(zhuǎn)化效率更高，是更具發(fā)展?jié)摿?、更成熟的路線。?

引力約束主要是靠強大的萬有引力來提供對聚變?nèi)剂系募s束力。比如太陽的核心溫度達(dá)1500萬°C，巨大的質(zhì)量（質(zhì)量為地球33萬倍）形成巨大的萬有引力使外層的氫不斷往中心擠壓，形成極高的密度，在高溫和高壓的作用下，氫核裸露，再加上太陽有足夠長的能量約束時間，使得核聚變反應(yīng)得以持續(xù)發(fā)生。表：聚變約束的三種途徑原理介紹約束途徑圖：聚變約束的三種途徑原理介紹主要應(yīng)用太陽通過物質(zhì)自身質(zhì)量產(chǎn)生巨大的引力來實現(xiàn)對等離子體的約束，類似于太陽的核聚變過程。引力約束磁約束利用磁場約束帶電粒子沿磁力線運動，使等

箍縮、磁鏡、托卡馬離子體在高溫和高壓下發(fā)生核聚變反應(yīng)?？撕头滦瞧鞯韧ㄟ^超高功率激光或粒子束將微型燃料球加熱并壓縮至極高密度，引發(fā)核聚變反應(yīng)。慣性約束氫彈爆炸7資料：《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》王騰，天風(fēng)證券研究所1.3

可控核聚變的三條技術(shù)路線?

慣性約束是利用粒子的慣性作用來約束粒子本身，從而實現(xiàn)核聚變反應(yīng)的一種方法。通過多束激光或粒子束從四面八方向一個非常微小的聚變?nèi)剂贤瑁ㄍǔＪ请碗暗幕旌衔铮﹥A注巨大的能量使其達(dá)到極高的溫度和壓力，巨大的壓力使聚變?nèi)剂系拿芏仍诙虝r間達(dá)到極限值，使其被噴出的同時利用反沖的力量使燃料丸內(nèi)部氕氘燃料壓縮，由于這些粒子的慣性作用，它們會持續(xù)被擠壓一段時間，并為核聚變提供發(fā)生的條件。圖：NIF慣性約束聚變?該方法實際上是控制多次不可控的小核聚變來控制核聚變總體強度。其技術(shù)難點在于點火瞬間需要快速獲得高溫，且燃料丸需要具備一定的密度，并維持足夠長的反應(yīng)時間。?慣性約束核聚變以美國的國家點火計劃(NLF)、我國的神光計劃為代表。圖：慣性約束核聚變經(jīng)典過程（以直接驅(qū)動方式為例）8資料：中國力學(xué)學(xué)會公眾號，環(huán)球零碳公眾號，天風(fēng)證券研究所1.3

可控核聚變的三條技術(shù)路線?NIF的四次點火實現(xiàn)核聚變的重大突破。美國國家點火裝置（NIF）是美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）下屬的一個大型實驗設(shè)施，是世界上最大的激光聚變裝置，通過聚焦激光束到微型燃料球上，能夠產(chǎn)生高溫高壓的環(huán)境，實現(xiàn)核聚變反應(yīng)。點火，就是指聚變反應(yīng)堆釋放的能量超過了輸入的能量，這是可控核聚變技術(shù)的一個重要指標(biāo)。圖：NIF國家點火裝置??NIF的主要組成部分是192個激光束線，每條激光束線都可產(chǎn)生高達(dá)500兆焦耳（MJ）的脈沖能量。當(dāng)這些激光束線同時聚焦在一個小球上時，可以形成數(shù)十億度的高溫和高壓條件。NIF的激光器雖然強大，但是效率很低。每次點火都需要消耗大量的電力，而且只能持續(xù)幾十億分之一秒。要實現(xiàn)可持續(xù)的核聚變反應(yīng)，還需要更高的能量增益，更穩(wěn)定的反應(yīng)過程，更經(jīng)濟(jì)的運行成本。圖：美國NIF4次點火表：美國NIF4次點火情況次數(shù)時間實驗情況向目標(biāo)輸入了2.05MJ的能量，得到了3.15MJ的能量輸出，實現(xiàn)人類歷史上第一次核聚變點火，首次實現(xiàn)了可控核聚變凈能量增益，Q

值達(dá)到

1.53，第一次第二次2022年12月14日2023年7月30日向目標(biāo)輸入2.05MJ能量，產(chǎn)生比太陽核心高六倍的溫度，得到了3.88MJ的能量輸出，比輸入能量增加了89%，創(chuàng)下歷史最高第三次第四次2023年10月8日2023年10月30日增加了能量輸入到1.9MJ，得到了2.4MJ的能量輸出能量輸入首次達(dá)到到2.2MJ，得到了3.4MJ的能量輸出9資料：resetera，環(huán)球網(wǎng)，新智元公眾號，環(huán)球零碳公眾號，天風(fēng)證券研究所1.3

可控核聚變的三條技術(shù)路線?

磁約束是指用磁場約束等離子體的運動，從而實現(xiàn)核聚變的方式。以提高溫度為突破口，聚變?nèi)剂显跇O高溫下會完全電離為由原子核和自由電子組成的等離子體，讓這團(tuán)等離子體置身于強磁場的空間，帶電的原子核與電子在垂直于磁場方向不再自由只能沿著磁場方向做回旋運動，從而受到約束，將高溫的燃料與反應(yīng)容器隔絕開。?磁約束核聚變常用的實現(xiàn)方式是托卡馬克和仿星器。托卡馬克在保持等離子體溫度方面更出色，而仿星器在保持等離子體穩(wěn)定方面更出色。環(huán)形托卡馬克被普遍認(rèn)為是最有希望實現(xiàn)可控核聚變的裝置，也是目前主流的研究方向。中國的東方超環(huán)（EAST）和國際熱核聚變實驗堆（ITER）均利用其來嘗試實現(xiàn)核聚變反應(yīng)過程。?“托卡馬克”的名字由俄文中環(huán)形、真空室、磁、線圈四個詞的前幾個字母組成，通過在環(huán)形真空室中構(gòu)造出一個閉合的螺旋磁場，完成對高溫等離子體的約束，聚變?nèi)剂显谥芏鴱?fù)始的運動中完成核聚變反應(yīng)。圖：磁約束等離子體圖：托卡馬克約束磁場與基本結(jié)構(gòu)示意圖10資料：《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》王騰，中國數(shù)字科技館，天風(fēng)證券研究所1.3

可控核聚變的三條技術(shù)路線圖：托卡馬克工作原理

托克馬克裝置是一個環(huán)形的真空室和多組磁體組成。真空室周圍分布著若干個環(huán)向場（縱場）線圈、中心螺管（歐姆加熱）線圈、極向場線圈等幾類磁體，等離子體運行中磁體通入電流產(chǎn)生磁場，以激發(fā)和控制等離子體。

托卡馬克工作時：由變壓器引起的電場驅(qū)動電流（紅色大箭頭）通過等離子體柱，產(chǎn)生一個極向磁場，將等離子體電流彎曲成一個圓形（綠色垂直圓圈）。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，等離子體在其中受到高度約束。圖：托卡馬克典型等離子體放電過程零時刻之后零時刻再次充入聚變氣體，提高真空室內(nèi)反應(yīng)物密度及壓強，同時通過射頻波和中性束注入等輔助加熱手段進(jìn)一步提高等離子體溫度。零時刻之前中心螺管磁體電流迅速下降，在環(huán)形真空室中產(chǎn)生感應(yīng)電流，加速自由電子，發(fā)生碰撞電離，形成等離子體。向環(huán)形真空室中充入聚變氣體，中心螺管磁體電流加到峰值。11資料：IAEA，天風(fēng)證券研究所1.3

可控核聚變的三條技術(shù)路線圖：仿星器裝置圖

雖然根據(jù)磁場位形的不同，人類還曾經(jīng)建造了磁鏡、仿星器、球形環(huán)、緊湊環(huán)、直線箍縮、環(huán)箍縮等多種類型磁約束核聚變裝置，例如仿星器，它在不需要變壓器的情況下扭轉(zhuǎn)磁鐵，也可以形成螺旋狀，被認(rèn)為能夠更好地控制等離子體，防止其破裂，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，成本過高。磁約束核聚變研究70年的歷史表明，基于托卡馬克裝置的磁約束核聚變是目前最有希望實現(xiàn)聚變能和平利用的途徑。表：各種核聚變裝置對比名稱原理優(yōu)點缺點代表性裝置最新發(fā)展進(jìn)程2023年4月，EAST裝置獲得了403秒穩(wěn)態(tài)高約束等離子體運行，創(chuàng)下新紀(jì)錄2023年8月，HL-3首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流高約束模運行目前具發(fā)展前景、最接近聚

裝置規(guī)模大、系統(tǒng)復(fù)雜、成

ITER、EAST、托卡馬克磁約束聚變變堆參數(shù)的裝置本高環(huán)流三號、Jet能較好的維持等離子體的穩(wěn)

需要三維結(jié)構(gòu)的線圈，結(jié)構(gòu)2023年W7-X創(chuàng)造紀(jì)錄持續(xù)放仿星器磁約束聚變W7-X定運行復(fù)雜、制造難度大、成本高。電八分鐘維持時間短、電光能轉(zhuǎn)換效率極低、成本高激光聚變裝置

慣性約束聚變

能量增益倍數(shù)Q值比較高NIF、神光系列NIF四次點火12資料：《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》王騰，國際電力網(wǎng)，IAEA，科普中國公眾號等，天風(fēng)證券研究所2聚勢而強，核項目遍地開花132.1

核聚變產(chǎn)業(yè)鏈

核聚變產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要是原料供應(yīng)，覆蓋有色金屬(鎢、銅等)、特種鋼材、特種氣體(急)等原料供應(yīng)。

中游覆蓋聚變技術(shù)研發(fā)、裝備制造(第一壁、偏濾器、蒸汽發(fā)生器、超導(dǎo)磁線圈等組件)及仿真、控制軟件的開發(fā)。

下游核電建設(shè)和運營，主要目標(biāo)市場為發(fā)電。圖：核聚變電廠主要產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)公司上游環(huán)節(jié)原材料中游環(huán)節(jié)下游環(huán)節(jié)聚變電廠設(shè)備應(yīng)用第一壁材料：蒸汽發(fā)生器：科學(xué)實驗電力生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)航空航天低溫系統(tǒng)：汽輪機(jī)：高溫超導(dǎo)帶材：醫(yī)療…偏濾器：14資料：南方財富網(wǎng)公眾號，各公司官網(wǎng)，紅刊財經(jīng)公眾號，智研瞻行業(yè)報告公眾號，天風(fēng)證券研究所2.2

核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動超導(dǎo)磁體的需求

超導(dǎo)磁體是托卡馬克關(guān)鍵組成部分。所有托卡馬克的終極目標(biāo)是將氘氚聚變原料加熱到點火點或更高的溫度，并加以控制地持續(xù)盡可能長的反應(yīng)時間，以追求連續(xù)的聚變能量輸出。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、更高場強的聚變裝置，因此可以極大提升等離子體的約束時間，有效改善長脈沖穩(wěn)態(tài)運行。

超導(dǎo)磁體幾乎占托卡馬克總成本的一半?；诟邷爻瑢?dǎo)材料的強磁場小型化托卡馬克技術(shù)路線有望大幅降低聚變裝置成本，建設(shè)期或?qū)⒖s短到3至4年，大幅縮短技術(shù)迭代周期，使聚變發(fā)電初步具備商業(yè)化潛力，核聚變能研發(fā)進(jìn)入工程可行性階段，同時可控核聚變實驗也將帶動超導(dǎo)磁體需求的增加。表：超導(dǎo)材料的三大特性圖：從ITER到ARC到SPARC，反應(yīng)堆的尺寸一直在縮小超導(dǎo)材料最基本性質(zhì)，即當(dāng)溫度降至臨界溫度Tc以下時，其電阻變?yōu)榱?。超?dǎo)材料的零電阻特性可以用來超導(dǎo)輸電和制造大型超導(dǎo)磁體。其中，超導(dǎo)磁體是超導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)，超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略即是以超導(dǎo)磁體技術(shù)為核心向其他商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，應(yīng)用場景涵蓋非磁金屬熔煉、磁選礦、磁控單晶硅生長爐、可控核聚變等領(lǐng)域。零電阻“邁斯納效應(yīng)”，指將超導(dǎo)體置于外磁場中時，超導(dǎo)體會表現(xiàn)出完全抗磁性，即把完全抗磁性

原來處于體內(nèi)的磁場排擠出去，其內(nèi)部的磁感應(yīng)強度為零。利用超導(dǎo)材料的完全抗磁性可以制造超導(dǎo)磁懸浮列車等?！凹s瑟夫森效應(yīng)”，是指在薄絕緣層隔開的兩種超導(dǎo)體之間有電流通過，即有電子對能穿過薄絕緣層（量子隧穿），而超導(dǎo)結(jié)上并不出現(xiàn)電壓。量子隧穿效應(yīng)可用于量子隧穿效應(yīng)弱電磁信號的檢測，如制造超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）等。15資料：科學(xué)大院公眾號，西部超導(dǎo)公告，天風(fēng)證券研究所2.3

全球各國積極布局核聚變產(chǎn)業(yè)

目前全球主要國家均推出政策、采取行動推進(jìn)核聚變的商業(yè)化進(jìn)程，全球可控核聚變不斷取得技術(shù)突破，更接近聚變發(fā)電。圖：國外核聚變最新進(jìn)展主體時間介紹進(jìn)展2022年12月，NIF首次實現(xiàn)聚變點火，創(chuàng)造了聚變能試驗紀(jì)錄。2023年又接連進(jìn)行了三次點火實驗，最高一次達(dá)到了3.88MJ，比輸入能量增加了89%。LLNL下屬的一個大型實驗設(shè)施，是世界上最大的激光聚變裝置，美國國家點火設(shè)施NIF

2023年11月

通過聚焦激光束到微型燃料球上，能夠產(chǎn)生高溫高壓的環(huán)境，實現(xiàn)核聚變反應(yīng)。SPARC是一個中型托卡馬克裝置，其中等離子體被新型高溫超導(dǎo)

CFS公司與意大利Eni公司簽署戰(zhàn)略框架協(xié)議，將2023年3月

磁體產(chǎn)生的強磁場緊密限制，它的目標(biāo)是從等離子體中提取凈

致力于SPARC項目，計劃于2025年投入使用，最美國托卡馬克核聚變堆SPARC能量(Q大約為10)，并產(chǎn)生50MW到140MW的聚變能量。終為ARC鋪平道路。JET的核心是一個真空容器，目前該容器容納了90m3的聚變等離2021年12月

子體，在JT-60SA開始運行之前，是目前世界上最大的聚變反應(yīng)堆，是ITER的迷你版。2021年12月創(chuàng)紀(jì)錄的5秒脈沖內(nèi)59MJ的聚變能量歐洲JET裝置輸出。于2014年4月建成，位于德國格賴夫斯瓦爾德的馬克斯?普朗克研究所，是世界上最大的仿星器設(shè)備，配備了用于墻面元件的實現(xiàn)了等離子體放電長達(dá)8分鐘，產(chǎn)生1.3GJ的能歐洲W7-X裝置2023年量周轉(zhuǎn)。水冷系統(tǒng)和升級的供暖系統(tǒng)。是一個由日本和歐盟共同合作建造運行的超導(dǎo)托卡馬克裝置，2023年11月2日

位于茨城縣日本原子能研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAEA）內(nèi)，目前是世界成功點火，可將等離子體加熱到2億攝氏度并維持約100秒，為ITER的建造奠定了基礎(chǔ)。日本JT-60SA上最大的熱核聚變實驗裝置。位于俄羅斯聯(lián)邦庫爾恰托夫研究所，獨特之處在于高功率和緊俄羅斯T-15MD2023年4月

湊尺寸相結(jié)合，高性能輔助等離子體加熱與電流驅(qū)動系統(tǒng)將允

2023年4月，實現(xiàn)了首次穩(wěn)定的等離子體操作。許同時實現(xiàn)高等離子體溫度和密度，脈沖時長可達(dá)2030秒。16資料：環(huán)球零碳公眾號，中國核電網(wǎng)，國際電力網(wǎng)，國際科技創(chuàng)新中心等，天風(fēng)證券研究所2.3

全球各國積極布局核聚變產(chǎn)業(yè)

我國已確定以磁約束聚變作為核聚變技術(shù)發(fā)展的主要路線，其中關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到全球領(lǐng)先水平。中國可控核聚變研究始于20世紀(jì)50年代中期。1994年，建成了第一臺超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7。2002年，建成了具有偏濾器位形的中國環(huán)流器二號Ａ裝置（HL-2A），2006年，世界上第一臺全超導(dǎo)托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）首次成功放電。2008年至2023年11月20日，我國國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項共部署220個項目，總計安排經(jīng)費約60億元，取得多項國際和國內(nèi)第一的研究成果。圖：我國核聚變發(fā)展路線時間

主體圖：我國的“東方超環(huán)“EAST

超導(dǎo)磁體系統(tǒng)進(jìn)展建成并實現(xiàn)首次放電，標(biāo)志著我國自主掌握大型先進(jìn)磁約2020年12月

中國環(huán)流器二號M裝置

束核聚變實驗裝置的設(shè)計、建造、運行技術(shù)，并為深度參與ITER計劃及未來自主設(shè)計建造聚變堆提供重要技術(shù)支撐。實現(xiàn)1056秒的長脈沖等離子體運行，在長脈沖高參數(shù)運行2021年12月2022年10月2023年4月東方超環(huán)EAST中國環(huán)流三號東方超環(huán)EAST方面取得新突破。等離子體電流突破115萬安培，標(biāo)志著我國核聚變研發(fā)向聚變“點火”邁進(jìn)重要一步。EAST獲得403秒穩(wěn)態(tài)高約束等離子體，創(chuàng)造該參數(shù)下運行時間新的紀(jì)錄。首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流高約束模運行，再次刷新中國磁約束聚變裝置運行紀(jì)錄，標(biāo)志我國掌握可控核聚變高約束先進(jìn)控制技術(shù)。2023年8月中國環(huán)流三號2023年12月29由中核集團(tuán)牽頭，25家央企、科研院所和高校組成了可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體，正式揭牌中國聚變能原有限公司?？煽睾司圩儎?chuàng)新聯(lián)合體日17資料：中國能源報，中國工業(yè)報公眾號，《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》王騰，天風(fēng)證券研究所2.3

全球各國積極布局核聚變產(chǎn)業(yè)圖：中國磁約束聚變發(fā)展路線圖

為了盡早地實現(xiàn)可控聚變核能的商業(yè)化，我國充分利用現(xiàn)有的托卡馬克裝置和資源，制定了完整的符合我國國情的中國磁約束聚變發(fā)展路線示意圖，明確未來發(fā)展目標(biāo)與方向，2023年11月11日，“三步走”發(fā)展40年論壇在京舉行，明確了“熱堆走穩(wěn)，快堆走實，聚變堆走好”的原則。圖：核能技術(shù)發(fā)展路線圖表：我國磁約束聚變的近期、中期、長期目標(biāo)名稱時間目標(biāo)建立近堆芯級穩(wěn)態(tài)等離子體實驗平臺，吸收消化、發(fā)展與儲備聚變工程實驗堆關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計、預(yù)研聚變工程實驗堆關(guān)鍵部件等。近期目標(biāo)

2015-2021年建設(shè)、運行聚變工程實驗堆，開展穩(wěn)態(tài)、高效、安全聚變堆科學(xué)研究。中期目標(biāo)

2021-2035年長期目標(biāo)

2035-2050年發(fā)展聚變電站，探索聚變商用電站的工程、安全、經(jīng)濟(jì)性。資料究所：《核能技術(shù)方向研究及發(fā)展路線圖》中國工程科學(xué)

杜祥琬等，《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》王騰，天風(fēng)證券研182.4

可控核聚變項目頻出

國際熱核聚變實驗堆ITER是當(dāng)今世界規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際大科學(xué)工程之一。其目的是通過建造反應(yīng)堆級核聚變裝置，驗證和平利用核聚變發(fā)電的科學(xué)和工程技術(shù)可行性，是人類受控核聚變研究走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵一步。該計劃由中國、歐盟、俄羅斯、美國、日本、韓國和印度等七方30多個國家共同合作，中國于2006年正式加入ITER計劃，是我國以平等、全權(quán)伙伴身份參加的迄今為止規(guī)模最大的國際科技合作項目，中國在ITER項目中負(fù)責(zé)18個采購包的實物貢獻(xiàn)，約占9%。

ITER可分為主體部分、配套系統(tǒng)。主體部分研制難度大，主要包括磁體系統(tǒng)、真空室、真空杜瓦、包層模塊、偏濾器五個部分。配套系統(tǒng)需支撐龐大的裝置運轉(zhuǎn)，復(fù)雜性強，主要包括電源系統(tǒng)、加熱與電流驅(qū)動系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)等。圖：ITER各國貢獻(xiàn)成本劃分（截至23年9月）圖：中國在ITER項目中負(fù)責(zé)的部分19資料：等離子體物理研究所，世界科學(xué)，北極星核電網(wǎng)，天風(fēng)證券研究所2.4

可控核聚變項目頻出

EAST裝置即東方超環(huán)，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。由超高真空室、縱場線圈、極向場線圈、內(nèi)外冷屏、外真空杜瓦、支撐系統(tǒng)等六大部件組成，EAST裝置具有獨有的非圓截面、全超導(dǎo)及主動冷卻內(nèi)部結(jié)構(gòu)三大特性，是未來十年唯一能為ITER提供長脈沖穩(wěn)態(tài)先進(jìn)運行高參數(shù)非圓等離子體平臺的實驗裝置，將會在發(fā)展穩(wěn)態(tài)高性能等離子體物理的科學(xué)研究計劃中處于世界前沿地位，進(jìn)而為支持ITER和聚變能發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

EAST裝置具有三大科學(xué)目標(biāo)：1兆安等離子體電流、1億度高溫等離子體、1000秒運行時間。ESTA先后于2010年運行1兆安等離子體電流、2018年首次獲得1億攝氏度高溫等離子體、2021年5月28日實現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行、2021年12月30日實現(xiàn)1056秒長脈沖高參數(shù)等離子體運行，三大科學(xué)目標(biāo)已經(jīng)分別獨立完成。圖：EAST主要部件示意圖表：EAST已逐年完成目標(biāo)時間成就2006年2010年EAST成功獲得等離子體，首次放電成功運行1MA等離子體電流成功獲得超過400秒的兩千萬度高參數(shù)偏濾器等離子體；獲得穩(wěn)定重復(fù)超過30秒的高約束等離子體放電。2012年成功實現(xiàn)了電子溫度超過5千萬度，持續(xù)時間達(dá)102秒的超2016年高溫長脈沖等離子體放電。2018年2021年獲得1億℃高溫等離子體EAST實現(xiàn)長脈沖高參數(shù)等離子體運行1056秒實現(xiàn)了高功率溫度下穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運行403秒，創(chuàng)造了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運行新的世界紀(jì)錄2023年資料：等離子體物理研究所，《超導(dǎo)磁體技術(shù)與磁約束核聚變》王騰，中國科學(xué)報公眾號，中科院合肥研究院等離子體所20公眾號，天風(fēng)證券研究所3風(fēng)口已至，展望未來213.1

核聚變市場乘風(fēng)而上

核聚變產(chǎn)業(yè)公司數(shù)量快速增加，有越來越多的團(tuán)隊選擇加入聚變產(chǎn)業(yè)，技術(shù)路徑也越來越多元化。公司數(shù)量從2022年33家增長到2023年接近50家，一年內(nèi)有3家退出，13家新增。

聚變公司的地理分布也很廣泛，共分布在12個國家，美國公司數(shù)量繼續(xù)位居第一，達(dá)25家，是行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)市場，有2家公司位于中國，即新奧科技發(fā)展公司和能量奇點公司。

融資總額持續(xù)增長。截至2023年，全球聚變公司累計融資超過62億美元，比2022年的48億美元增加了約14億美元，增幅達(dá)27%。盡管面臨通脹和利率上升等宏觀環(huán)境壓力，投資者對聚變能商業(yè)應(yīng)用的興趣和支持仍在穩(wěn)步增長。圖：近30年內(nèi)成立的相關(guān)公司圖：聚變公司在全球的分布22資料：FIA，天風(fēng)證券研究所3.1

核聚變市場乘風(fēng)而上

可控核聚變領(lǐng)域的融資熱度持續(xù)升溫，資本加持推動商業(yè)化進(jìn)程。全球有超30家公司正致力于實現(xiàn)核聚變的商業(yè)化，累計融資超過62億美元，2022年核聚變領(lǐng)域的私人投資額已接近30億美元，一年的投資額超此前的投資總和。國內(nèi)市場中成立于2021年的星環(huán)聚能、能量奇點，在近兩年來均已獲得兩輪融資，且融資金額頗高。表：國內(nèi)可控核聚變領(lǐng)域一級市場融資情況（部分）企業(yè)名稱披露日期融資金額融資輪次投資方2023年4月28日近4億元Pre-A輪照明資本、米哈游、云和方圓、黑門投資能量奇點2022年2月25日2023年1月6日4億元天使輪米哈游、蔚來資本、紅衫中國種子基金、藍(lán)馳創(chuàng)投水木清華校友基金會未披露Pre-A輪順為資本、昆侖資本、中科創(chuàng)星、遠(yuǎn)鏡創(chuàng)投、和玉資本、紅杉中國種子基金、險峰長青、九合創(chuàng)投、聯(lián)想之星、英諾創(chuàng)投、元禾原點、華方資本星環(huán)聚能翌曦科技2022年6月16日數(shù)億元天使輪2022年9月19日5000萬元種子輪中科創(chuàng)星、合力投資、泓晟基金2020年12月22日2018年1月23日2017年11月30日2015年10月27日未披露未披露未披露未披露股權(quán)融資戰(zhàn)略融資戰(zhàn)略融資戰(zhàn)略融資正心投資合星資產(chǎn)、方德信基金華文投資中科海奧合肥高投23資料：財聯(lián)社，日報公眾號，星礦數(shù)據(jù)，天眼查，天風(fēng)證券研究所3.1

核聚變市場乘風(fēng)而上

高溫超導(dǎo)技術(shù)不斷突破，相關(guān)企業(yè)積極布局可控核聚變領(lǐng)域。2023年12月29日，由25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體正式宣布成立，標(biāo)志著國家及其他社會團(tuán)體對于可控核聚變的重視程度及投入力度的進(jìn)一步提升，我國可控核聚變進(jìn)展加速。表：國內(nèi)相關(guān)企業(yè)布局可控核聚變最新進(jìn)展公司名稱簡介布局主營業(yè)務(wù)為半導(dǎo)體激光系列及微電子元器件系列等產(chǎn)品。產(chǎn)品線涵蓋

公司2013年開始研發(fā)兆瓦級高溫超導(dǎo)加熱設(shè)備，2022年3月公司交付給中鋁的聯(lián)創(chuàng)光電

激光系列及傳統(tǒng)LED芯片產(chǎn)品、智能控制系列產(chǎn)品、智能裝備線纜、

首臺設(shè)備已經(jīng)專家組驗收通過，各項指標(biāo)均合格。截至2022年9月30日，超導(dǎo)金屬材料產(chǎn)品等產(chǎn)品。設(shè)備在手訂單超過10臺。主要業(yè)務(wù)為特種電磁線、特種導(dǎo)體以及模具制造和維修等研發(fā)、生產(chǎn)精達(dá)股份

和銷售業(yè)務(wù)。是國內(nèi)電磁線生產(chǎn)制造的龍頭企業(yè)，產(chǎn)品線涵蓋有銅基電磁線、鋁基電磁線、扁平電磁線、特種導(dǎo)體線材等系列產(chǎn)品。參股企業(yè)上海超導(dǎo)的高溫超導(dǎo)帶材已經(jīng)供貨全球領(lǐng)先的可控聚變公司，產(chǎn)品主要應(yīng)用于超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器、調(diào)相機(jī)、儲能等、高場磁體等領(lǐng)域。公司超導(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)用中應(yīng)用，以業(yè)內(nèi)獨有的磁通釘扎技術(shù)，研制應(yīng)用于高強磁場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。主營業(yè)務(wù)為光纜、電纜的生產(chǎn)和銷售、房地產(chǎn)開發(fā)和銷售、境外工程永鼎股份承攬與施工、實業(yè)投資等業(yè)務(wù)。主營業(yè)務(wù)為真空及微波應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司產(chǎn)品線涵蓋國光電氣

微波器件、核工業(yè)設(shè)備及部件、其他民用產(chǎn)品等產(chǎn)品；廣泛應(yīng)用于航空、航天、核工業(yè)、新能源等領(lǐng)域。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。主營業(yè)務(wù)為先進(jìn)金屬材料的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。公司產(chǎn)品線涵蓋高端

作為獨家供應(yīng)商為EAST批量提供了上偏濾器全鎢復(fù)合部件，也是ITER的鎢銅復(fù)安泰科技

粉末冶金材料及制品產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)功能材料及器件產(chǎn)業(yè)、環(huán)保工程及裝

合部件的重要供應(yīng)商。公司在核聚變?nèi)u偏濾器復(fù)合部件的研究和制造方面走備材料產(chǎn)業(yè)等產(chǎn)品。在世界的前列。主要從事高端鈦合金材料、超導(dǎo)產(chǎn)品和高性能高溫合金材料的研發(fā)、

開發(fā)出核聚變用

NbTi線材導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計、長線塑性加工和磁通釘扎控制技術(shù)，西部超導(dǎo)

生產(chǎn)和銷售。是目前國內(nèi)唯一的低溫超導(dǎo)線材商業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，是目前全球唯一的鈮鈦錠棒、超導(dǎo)線材、超導(dǎo)磁體的全流程生產(chǎn)企業(yè)。我國承擔(dān)ITER中

69%的

NbTi超導(dǎo)線和

7%的

Nb3Sn

超導(dǎo)線生產(chǎn)任務(wù)，全部由西部超導(dǎo)提供。