可控核聚變

一、行業(yè)概述：核聚變被視為人類終極能源解決方案

核聚變是兩個輕原子核（如氫的同位素氘和氚）結(jié)合成一個較重原子核并釋放巨大能量的過程。與核裂變相比，核聚變具有以下顯著優(yōu)勢：

• 燃料豐富：氘可從海水中提取，氚可通過鋰反應(yīng)生成；

• 能量密度極高：單位質(zhì)量釋放能量是化石能源的百萬倍；

• 清潔環(huán)保：反應(yīng)產(chǎn)物為惰性氦氣，無高放射性廢物；

• 安全性高：反應(yīng)條件苛刻，一旦失控即自動停止，無鏈?zhǔn)奖L(fēng)險(xiǎn)；

• 可持續(xù)性強(qiáng)：燃料來源廣泛，幾乎取之不盡。

目前主流的核聚變反應(yīng)方式為氘-氚（D-T）聚變，因其反應(yīng)截面大、點(diǎn)火溫度相對較低（約1.5億攝氏度），成為實(shí)驗(yàn)室和工程化研究的重點(diǎn)。

二、實(shí)現(xiàn)方式：三大約束路徑中，磁約束托卡馬克最成熟

實(shí)現(xiàn)可控核聚變需滿足“高溫 高密度 足夠約束時間”三大條件，即“勞遜判據(jù)”。目前主要有三種約束方式：

1. 引力約束：如太陽內(nèi)部，地球上無法實(shí)現(xiàn)；

2. 慣性約束：如美國國家點(diǎn)火裝置（NIF），用激光壓縮靶丸，已實(shí)現(xiàn)Q>1（能量增益），但持續(xù)時間短；

3. 磁約束：通過強(qiáng)磁場約束高溫等離子體，技術(shù)最成熟，工程可行性最高，托卡馬克裝置為主流路徑。

托卡馬克裝置通過環(huán)形磁場、極向磁場和等離子體電流共同作用，形成螺旋磁場，穩(wěn)定約束等離子體。其核心部件包括真空室、超導(dǎo)磁體、第一壁、偏濾器、包層模塊等。

三、商業(yè)化進(jìn)程：從科學(xué)可行走向工程可行，2035年前后或?qū)崿F(xiàn)發(fā)電

全球核聚變發(fā)展路徑為：實(shí)驗(yàn)堆 → 示范堆 → 商用堆。

• 實(shí)驗(yàn)堆階段：驗(yàn)證科學(xué)可行性，如中國的EAST、歐洲的JET、國際合作的ITER；

• 示范堆階段：驗(yàn)證工程可行性與經(jīng)濟(jì)性，如中國的CFETR、美國的SPARC、英國的STEP；

• 商用堆階段：實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電、Q值>10、燃料自持、成本可控。

ITER項(xiàng)目是全球最大國際合作項(xiàng)目，目標(biāo)Q≥10，聚變功率≥500MW，預(yù)計(jì)2039年開始氘-氚反應(yīng)。中國承擔(dān)了約9%的采購包任務(wù)，涵蓋磁體、第一壁、包層、饋線等關(guān)鍵部件。

四、國內(nèi)項(xiàng)目進(jìn)展：國家隊(duì) 民企雙輪驅(qū)動，進(jìn)入加速期

1. 國家隊(duì)項(xiàng)目：

• EAST：2025年實(shí)現(xiàn)1億攝氏度1066秒高約束模運(yùn)行，刷新世界紀(jì)錄；

• HL-3（環(huán)流三號）：2025年實(shí)現(xiàn)1.17億度等離子體運(yùn)行，邁入燃燒實(shí)驗(yàn)階段；

• BEST：世界首個緊湊型燃燒等離子體實(shí)驗(yàn)裝置，2027年建成，目標(biāo)Q≥1；

• CFETR：中國聚變工程試驗(yàn)堆，2035年建成，目標(biāo)Q>10，填補(bǔ)ITER與商業(yè)堆之間空白；

• CRAFT（夸父）：聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)測試平臺，2025年建成，支撐CFETR建設(shè)；

• 星火一號：聚變-裂變混合堆項(xiàng)目，2025年啟動，2029年發(fā)電，2035年商業(yè)化。

2. 民營企業(yè)：

• 能量奇點(diǎn)：建成全球首臺全高溫超導(dǎo)托卡馬克“洪荒70”，計(jì)劃2030年建“洪荒380”示范堆；

• 星環(huán)聚能：構(gòu)建CTRFR系列裝置，采用球形托卡馬克技術(shù)，目標(biāo)2035年商用；

• 新奧集團(tuán)：建成“玄龍-50”裝置，推進(jìn)“和龍-2”新一代聚變堆；

• 瀚海聚能：建設(shè)聚變裝置基地，推進(jìn)等離子體源與診斷平臺；

• 聚變新能：主導(dǎo)BEST項(xiàng)目，聯(lián)合中科院、央企共建緊湊型聚變裝置。

五、產(chǎn)業(yè)鏈分析：高溫超導(dǎo)、磁體、第一壁、偏濾器為核心環(huán)節(jié)

1. 上游材料：

• 鎢、銅、鋰、氘、氚、不銹鋼、超導(dǎo)帶材；

• 高溫超導(dǎo)帶材（REBCO）為降本關(guān)鍵，國內(nèi)以上海超導(dǎo)、永鼎股份（東部超導(dǎo)）為主；

• 鎢基材料用于第一壁、偏濾器，代表企業(yè)：安泰科技、廈門鎢業(yè)。

2. 中游設(shè)備：

• 超導(dǎo)磁體：占總成本20-30%，高溫超導(dǎo)可大幅降本，代表企業(yè)：聯(lián)創(chuàng)光電、西部超導(dǎo)；

• 偏濾器：排熱、排灰、屏蔽雜質(zhì)，代表企業(yè)：國光電氣、安泰科技；

• 第一壁：面向等離子體，承受高熱負(fù)荷，代表企業(yè)：安泰科技、國光電氣；

• 真空室與杜瓦：結(jié)構(gòu)支撐與熱屏蔽，代表企業(yè)：合鍛智能、上海電氣；

• 加熱與電流驅(qū)動系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)等。

3. 下游運(yùn)營：

• 實(shí)驗(yàn)堆、示范堆、商用堆的運(yùn)行與維護(hù)；

• 核電站運(yùn)營商、電力公司、國家能源集團(tuán)等。

六、市場空間：AI加速聚變研發(fā)，設(shè)備市場空間超百億美元

1. AI賦能聚變：

• 谷歌DeepMind實(shí)現(xiàn)AI控制等離子體形態(tài)，精度提升65%；

• 普林斯頓PPPL實(shí)現(xiàn)AI提前300毫秒預(yù)測等離子體破裂；

• AI用于數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)預(yù)測、反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、實(shí)時控制、故障預(yù)警等。

2. 市場空間測算：

• 全球規(guī)劃中聚變堆45座，托卡馬克占比約50%，單座投資約12億美元；

• 設(shè)備價值占比約55%，測算得設(shè)備市場空間約148億美元；

• 若考慮其他技術(shù)路線與未來新增規(guī)劃，空間更大；

• 商業(yè)化后，若全球建設(shè)1000座1GW聚變電站，按每座投資30億美元計(jì)，市場規(guī)模達(dá)3萬億美元。

七、相關(guān)公司：產(chǎn)業(yè)鏈代表企業(yè)梳理

1. 合鍛智能：參與BEST項(xiàng)目真空室、偏濾器、支撐結(jié)構(gòu)制造；

2. 聯(lián)創(chuàng)光電：子公司聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)制造高溫超導(dǎo)磁體，參與混合堆建設(shè)；

3. 國光電氣：ITER偏濾器、第一壁、檢漏設(shè)備供應(yīng)商；

4. 上海超導(dǎo)：全球第二代高溫超導(dǎo)帶材核心供應(yīng)商，已供貨CFS、TE等；

5. 西部超導(dǎo)：國內(nèi)唯一低溫超導(dǎo)線材商業(yè)化企業(yè)，ITER供應(yīng)商；

6. 安泰科技：鎢銅偏濾器、第一壁材料核心供應(yīng)商，服務(wù)EAST、ITER、BEST；

7. 永鼎股份：子公司東部超導(dǎo)生產(chǎn)高溫超導(dǎo)帶材，已獲聚變訂單。

八、發(fā)展趨勢總結(jié)：核聚變進(jìn)入“技術(shù)驗(yàn)證 產(chǎn)業(yè)孵化”關(guān)鍵期

• 技術(shù)路線趨于收斂：磁約束托卡馬克為主流，高溫超導(dǎo)成為降本關(guān)鍵；

• 國家隊(duì)與民企協(xié)同：科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)基礎(chǔ)研究，民企推動工程化與商業(yè)化；

• 政策持續(xù)加碼：國家“十四五”規(guī)劃、碳達(dá)峰方案、地方產(chǎn)業(yè)規(guī)劃密集出臺；

• AI加速研發(fā)：從實(shí)驗(yàn)優(yōu)化到等離子體控制，AI正成為聚變研發(fā)的“加速器”；

• 產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟：高溫超導(dǎo)、鎢基材料、磁體、偏濾器等關(guān)鍵環(huán)節(jié)國產(chǎn)化率提升；

• 商業(yè)化時點(diǎn)臨近：多數(shù)企業(yè)預(yù)期2031-2035年實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電，2035-2050年進(jìn)入大規(guī)模商用。

結(jié)語：可控核聚變作為“人類終極能源”，正處于從“科學(xué)可行”走向“工程可行”的關(guān)鍵拐點(diǎn)。隨著技術(shù)突破、政策加持、資本涌入、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，核聚變有望在未來10-20年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，重塑全球能源格局。對于投資者而言，核聚變不僅是科技前沿的象征，更是未來能源變革的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。高溫超導(dǎo)、磁體系統(tǒng)、第一壁材料、偏濾器等核心環(huán)節(jié)將成為產(chǎn)業(yè)鏈中最具投資價值的賽道。

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