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1、 敬請閱讀末頁的重要說明 證券研究報告|行業深度報告 2024 年 1 月 04 日 推薦推薦（首次）（首次）聚變聚變-裂變裂變混合混合堆，堆，并非并非一個一個神話神話 中游制造/機械 核聚變能具備輻射小、核聚變能具備輻射小、無碳排、自限性無碳排、自限性等優勢，被認為是人類終極清潔能源。等優勢，被認為是人類終極清潔能源。在過去，在過去，純聚變堆的研究遇到了純聚變堆的研究遇到了燃料（氚）不能自持燃燒燃料（氚）不能自持燃燒、能量難以實現凈輸、能量難以實現凈輸出出（Q1）等重重等重重困難，被科學家們戲稱“永遠還有五十年”。裂變能的應用困難，被科學家們戲稱“永遠還有五十年”。裂變能的應用更加成熟，但發

2、展受限于其安全方面的隱患。聚變更加成熟，但發展受限于其安全方面的隱患。聚變-裂變混合堆結合了聚變能和裂變混合堆結合了聚變能和裂變能的優勢裂變能的優勢，是目前最具商業化潛力的堆型是目前最具商業化潛力的堆型之一之一。近年來，超導技術的快速。近年來，超導技術的快速發展，發展，能量增益因子能量增益因子 Q 值的加速突破，提振了人們對于混合堆商業化的信心。值的加速突破，提振了人們對于混合堆商業化的信心。此外，國有、私有此外，國有、私有資金的涌入更是將產業推入了快車道。我們認為，聚變資金的涌入更是將產業推入了快車道。我們認為，聚變-裂變裂變混合堆并非普遍想象的那般遙不可及，混合堆并非普遍想象的那般遙不可及

3、，在下一個十年，或將逐步走入現實在下一個十年，或將逐步走入現實。核聚變能是終極清潔能源核聚變能是終極清潔能源：核聚變是兩個或多個小的原子核在巨大的能量下合并形成一個稍大的原子核的過程。核聚變能的能量密度比石油、燃煤等傳統能源高了數百萬倍，比裂變能高了百倍。此外，核聚變能還具備下列優勢：（1）原材料豐富；（2）具備自限性，安全性更高；（3）不釋放二氧化碳等溫室氣體。因此，核聚變能備受科學家們追捧。傳統聚變堆傳統聚變堆有有兩大痛點：可控兩大痛點：可控和和自持。自持?！翱煽亍薄翱煽亍钡暮诵碾y點在于難以將相互排斥的、帶正荷的原子核長時間約束在某一個空間內，讓它們抵抗排斥力、相互碰撞，并實現凈能量輸出（

4、Q1）?！白猿帧薄白猿帧钡暮诵碾y點有兩個：一個是稀缺的氚（燃料）的自持（不依賴外界，自我持續），另一個是能量的自持?；旌隙呀鉀Q了聚變堆不可控、不自持的痛點，及裂變堆的安全性問題?；旌隙呀鉀Q了聚變堆不可控、不自持的痛點，及裂變堆的安全性問題?？煽兀嚎煽兀夯旌隙阎械木圩兌研局饕饔脼樯a高能中子來使裂變包層釋放裂變能，對等離子體性能要求更低、能量需求更低。自持：自持：混合堆中，堆芯產生的中子可以使裂變外包層中的鋰-6 變成氚，補充氚的消耗；裂變包層中，裂變反應產生的钚-239 和鈾-233 本身就是核燃料（而非核廢料），能夠進一步燃燒釋放能量，使整個系統的 Q1。安全：安全：混合堆的裂變部分處于次

5、臨界狀態，不會引起核爆等安全問題。技術不斷突破，技術不斷突破，資金持續涌入，資金持續涌入，產業產業關注度提升關注度提升。（1）高溫超導材料改變了一定電流強度下允許的最高磁場強度，大幅增強了等離子體的約束性能，也使得聚變堆小型化成為可能。（2）大量資金涌入核聚變賽道，行業發展按下加速鍵：國際上，國際上，2021、2022 年全年投資總額達 28 億、48 億美元。此前，2011-2020 年十年累計投資金額也才 20 億美元。國內，國內，聯創光電與中核聚變設計研究院聯合建設聚變-裂變混合實驗堆項目，總投資預計超過 200 億元。2023 年 12 月 29 日，由 25 家央企、科研院所、高校等

6、組成的可控核聚變創新聯合體正式宣布成立。投資建議：投資建議：建議關注聯創光電（發展重心轉向超導領域，與中核聚變設計研究院強強聯手開展 200 億元混合堆項目）、國光電氣（ITER 及 CFETR 項目核心零件供應商）、雪人股份（公司產品氦氣螺桿壓縮機組是實現超導的必要設備）、合鍛智能（承接了真空室構件的預研工作），及核電相關標的中國核電、中國廣核。風險提示：風險提示：技術突破不及預期、技術突破不及預期、資金投入超預期資金投入超預期 行業規模行業規模 占比%股票家數（只）465 9.2 總市值（十億元）3525.4 4.6 流通市值（十億元）2870.7 4.3 行業指數行業指數%1m 6m 1

7、2m 絕對表現-1.5-7.8 5.8 相對表現 1.2 4.1 18.3 資料來源：公司數據、招商證券 胡小禹胡小禹 S1090522050002 宋盈盈宋盈盈 S1090520080001 林喜鵬林喜鵬 S1090522050001 王超王超 S1090514080007 鄢凡鄢凡 S1090511060002 方嘉敏方嘉敏 研究助理 -20-1001020Jan/23Apr/23Aug/23Dec/23(%)機械滬深300未來未來產業產業系列系列研究：研究：可控可控核聚變核聚變專題專題報告報告 敬請閱讀末頁的重要說明 2 行業深度報告 正文正文目錄目錄 一、前言.4 二、聚變-裂變混合堆

8、是什么？.4 1、核聚變能：人類終極清潔能源.4 2、核聚變發電的最大難點：Q1、氚自持.7（1）“可控”的難點：長時間約束原子核、凈能量輸出.8（2）“自持”的難點：氚自持、能量自持.11 3、混合堆：“可控”、“自持”、“安全性”問題一并解決.12 三、混合堆“核”時可行？.15 1、混合堆研究行至何處？.15 2、可控核聚變產業鏈邊際變化.18 四、產業內主要公司.20 1、聯創光電.20 2、國光電氣.20 3、雪人股份.21 4、合鍛智能.22 5、中國核電.22 6、中國廣核.22 五、風險提示.23 圖表圖表目錄目錄 圖 1：幾種常見的一次能源.4 圖 2：愛因斯坦質量-能量轉換

9、方程.4 圖 3：全球及各國家各類一次能源消費量占比（%）.5 圖 4：核裂變的鏈式反應（鈾-235）.5 圖 5：氘氚聚變反應.5 圖 6：各國家核電站數量占比（%）.7 圖 7：核電站中的核島通過控制棒控制鏈式反應.8 圖 8：太陽內部的聚變反應.9 圖 9：WX-7 仿星器裝置（德國）.9 eWMBxVnZmVaUoXaQbP9PtRmMpNnRkPpPpOjMmMyR7NqRoOuOnQrPwMmNxP 敬請閱讀末頁的重要說明 3 行業深度報告 圖 10：NIF（國家點火設施）激光型慣性聚變裝置.9 圖 11：磁場下的等離子體繞著制定路徑高速轉動.10 圖 12：全球設計規模最大的托卡

10、馬克裝置.10 圖 13：托卡馬克和仿星器（“甜甜圈”和“麻花”）.10 圖 14：激光驅動原理.11 圖 15：Z-箍縮驅動原理.11 圖 16：ITER 項目進展復盤.12 圖 17：聚變-裂變混合堆結構.13 圖 18：聚變-裂變混合堆運行示意圖.13 圖 19：福島核電站泄漏事故現場.15 圖 20：2012 年全球核能發電明顯減少.15 圖 21：俄羅斯的聚變-裂變混合堆發展路線圖.16 圖 22：T-15MD 托卡馬克裝置發展史.16 圖 23：DEMO-FNS 設計圖.17 圖 24：Z-FFR 工程設計圖.18 圖 25：高溫超導材料改變了一定電流強度下允許的最高磁場強度.19

11、 圖 26：SPARC 發展計劃及進度.19 圖 27：聯創超導全球首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置.20 圖 28：偏濾器在一個核聚變實驗堆中的位置.21 圖 29：SRM 是螺桿壓縮機領域的鼻祖.22 圖 30：氦氣螺桿壓縮機.22 表 1：可控核聚變是人類仍需攻克的難關.6 表 2：熱堆、快堆和聚變堆.6 表 3：各類純核聚變裝置對比.11 表 4：全球主要幾大磁約束聚變裝置經濟性分析.12 表 5：幾大主要裝置的核心指標.14 表 6：全球其他地區的 DEMO 計劃.16 敬請閱讀末頁的重要說明 4 行業深度報告 一、一、前言前言 我們寫這篇報告，主要是想向投資者解釋：（1）什么是核聚變

12、、什么是聚變-裂變混合堆（下文統一簡稱混合堆）；（2）作為核電的一種方式，混合堆的優勢是什么；（3）為什么科研界不少人認為混合堆是一個可以被實現的優勢方案。在上市公司、非上市公司中，有一些標的，已經參與到了這個逐步工程化的過程，建議持續關注。二、二、聚聚變變-裂變裂變混合堆是什么？混合堆是什么？1、核聚變能：人類終極清潔能源核聚變能：人類終極清潔能源 核能是核能是常用的常用的一次能源中能量密度最大的。一次能源中能量密度最大的。一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未經加工轉換的能量資源，例如，原煤、原油、天然氣、水能、風能、太陽能、海洋能、潮汐能、地熱能。與此相對的，電能就是二次能源，一次能源

13、經過加工后，都可以變成電能。在常用的一次能源中，核能的能量密度（能量總量/產生能量所需要的物質的質量）是最高的，以下是常見的一次能源的能量密度范圍示意：煤炭：2435 mJ/m3 石油：3540 mJ/m3 天然氣：3334 mJ/m3 核能：50000010000000 mJ/m3 核能的能量密度較大，主要是由于它獲得能量的方式比較獨特。核能的能量密度較大，主要是由于它獲得能量的方式比較獨特。燒煤和石油使用的是化學能，風電使用的是風的動能，水電使用的是水的重力勢能，地熱發電使用的是熱能，而核能的獲得，來自質量的湮滅。動能/重力勢能/熱能的能量密度比較低，它們是將“物質本身物理層面上的能量”（

14、速度/高度/溫度）中的很小一部分（速度差/高度差/溫度差）轉換為了電能?；瘜W能的能量密度高不少，因為它利用了將化學鍵打斷再重新拼接過程產生的化學鍵鍵能能量差。核能則是將一部分質量湮滅轉換為能量。根據愛因斯坦質量-能量轉換方程=2，由于光速 c（3 108m/s）的平方是一個很大的常數，因此只需要很小的質量 m 就能獲得很大的能量 E。圖圖1：幾種幾種常見的一次能源常見的一次能源 圖圖2：愛因斯坦質量愛因斯坦質量-能量轉換方程能量轉換方程 資料來源：物理原理、招商證券 資料來源：物理原理、招商證券 我國核能消費量占比低于世界平均水平我國核能消費量占比低于世界平均水平。據世界能源統計年鑒（2023

15、），核能在全球一次能源消費量中的占比約為 4%，在我國的占比約為 2%，而在法 敬請閱讀末頁的重要說明 5 行業深度報告 國，其占比達到 32%?？紤]到 2035 年，我國核電發電量占比要增至 10%，我們我們認為，我國核能消費量占比提升是認為，我國核能消費量占比提升是必然的趨勢。必然的趨勢。圖圖 3：全球及各全球及各國家國家各類一次能源消費量占比（各類一次能源消費量占比（%）資料來源：世界能源統計年鑒、招商證券 核能有三種核能有三種獲得獲得形式形式：核衰變、核裂變和核聚變核衰變、核裂變和核聚變。（1）核衰變核衰變：一個有放射性的原子核釋放出某種粒子而變為另一種原子核的過程；例如，空氣中的氬-

16、40 大部分來自鉀-40 的衰變。（2）核裂變核裂變：一個大的原子核在受能量或物質沖擊后分裂成兩個或多個小的原子核并釋放能量。最常見的例子是鈾-235 裂變：當鈾-235 原子核被中子撞擊后，該原子核會裂變形成鋇（）、氪（），及 23 個中子（n）。反應的化學方程如下所示。其他鈾-235 原子核被反應所形成的中子撞擊后又會再次裂變，這種可持續的過程被稱為鏈式反應。92235+013692+56141+3 01（3）核聚變：）核聚變：兩個或多個小的原子核在巨大的能量作用下合并形成一個稍大的原子核并釋放能量，最常見的例子是氘氚聚變。氘（12，元素符號 D）、氚（13，元素符號 T）是氫的兩個同位素

17、，聚變反應后形成氦（He）和中子（n），反應公式如下。12+13 24+01+17.6 圖圖4：核裂變的：核裂變的鏈式反應鏈式反應（鈾（鈾-235）圖圖5：氘氚聚變反應氘氚聚變反應 資料來源：科學網、招商證券 資料來源：科學網、招商證券 核聚變的能量密度核聚變的能量密度是核裂變的百倍是核裂變的百倍。這也符合我們常聽說的，氫彈（核聚變）的威力要遠遠大于原子彈（核裂變）。從數據上看，常用的 D-T 聚變的能量密度是U-235 裂變的百倍：鈾235 裂變放出的中子能量大多為 100200 萬電子伏，而氘、氚聚變釋放出的中子，能量高達 1400 萬電子伏。除了能量密度更高，與核除了能量密度更高，與核裂

18、變相裂變相比，核聚變還具有比，核聚變還具有核輻射小、核輻射小、具備具備自限性自限性、原材、原材料豐富等優勢。料豐富等優勢。6%8%32%3%2%0%4%0%20%40%60%80%100%120%加拿大美國法國日本中國內地 澳大利亞全球石油天然氣煤炭核能水電可再生能源 敬請閱讀末頁的重要說明 6 行業深度報告 表表 1：可控核聚變是人類仍需攻克的難關：可控核聚變是人類仍需攻克的難關 原材料原材料 觸發條件觸發條件 可控例子可控例子 不可控例子不可控例子 核衰變核衰變 放射性原子核 自發 醫院拍 X 光的 X 光 日本核污水排放 核裂變核裂變 易裂變核素，主要包括鈾-235、钚-239 和鈾-2

19、33 需要外界物質/能量沖擊激發，但是激發條件低（一個中子沖擊即可），而且裂變過程會釋放更多中子，產生鏈式反應 核電站發電 核電站泄漏、原子彈 核聚變核聚變 氫的同位素（氘、氚）需要大量能量，比如太陽的 1500 萬度高溫+3000 億個地球海平面大氣壓 暫時還未實現暫時還未實現 氫彈 資料來源：華東理工大學核科學與工程學院、科普中國、招商證券 核輻射?。汉溯椛湫。汉溯椛渚褪呛怂プ冞^程產生的粒子流，對人類威脅最大的核輻射是衰變產生的射線。核聚變的原材料和產物中，只有氚有輻射，其他都是中子、質子和粒子（輻射），一張紙或一塊木板就屏蔽掉了，不需要擔心輻射。相反，核裂變會產生各種微觀粒子和電磁輻射或

20、能量。聚變反應的聚變反應的自限性自限性，使得其若用于發電，安全性遠高于核裂變，使得其若用于發電，安全性遠高于核裂變：核裂變的觸發條件非常低，一個中子的沖擊即可，且裂變過程會釋放更多中子，產生鏈式反應。因此，核電站中的核島（反應發生的地方）通常需要用控制棒、冷卻劑、中子慢化劑等裝置和物質來控制鏈式反應。相反，核聚變反應中，兩個帶正荷的質子相互靠近，產生的極端排斥力需要巨大的能量才能克服。所以，控制核聚變的裝置一旦損壞，核聚變的發生條件就不存在了，核聚變自己也就停止了，這就是聚變反應的自限性。但這一點也導致實現核聚變，比實現核裂變的條件更苛刻。原材料原材料較為充足較為充足：裂變的原材料是鈾-235

21、 等易裂變核素，但鈾-235 只占自然界鈾資源的 0.71%，大多數鈾以鈾-238 的形態存在。相比之下，核聚變的原材料是氫的同位素（氘、氚）：僅在海水中就有超過 45 萬億噸氘。氚雖然在自然界中含量極少，但可以由中子輻照鋰-6 來生產。正因聚變能的這些優勢，我國將核聚變反應堆（簡稱聚變堆）視為核能發展重要正因聚變能的這些優勢，我國將核聚變反應堆（簡稱聚變堆）視為核能發展重要方向之一方向之一。1983 年，原國家計委、國家科委聯合召開“核能發展技術政策論證會”，首次提出我國核能“熱堆-快堆-聚變堆三步走”的發展戰略。2023 年年 11月月 11 日，“三步走”發展日，“三步走”發展 40 年

22、論壇在京舉行，明確了“熱堆走穩，快堆走實，年論壇在京舉行，明確了“熱堆走穩，快堆走實，聚變堆走好”的原則。聚變堆走好”的原則。熱堆：熱堆：又稱熱中子反應堆。利用中子能量小于 0.1eV 的熱中子實現可控裂變鏈式反應，缺點是鈾資源利用率不足 1%，會產生大量的放射性廢物；快堆：快堆：又稱快中子反應堆。能夠有效利用鈾-238 等核廢料，實現增殖，將鈾利用率提升至 60-70%。釋放的放射性廢物雖較熱堆有所減少，但仍不可忽視。聚變堆聚變堆：與前兩者不同，聚變堆產生的放射性廢物近乎為零。表表 2：熱堆、快堆和聚變堆：熱堆、快堆和聚變堆 熱堆熱堆 快堆快堆 聚變堆聚變堆 所用能源類型所用能源類型 核裂變

23、能 核裂變能 核聚變能 所用中子類型所用中子類型 中子能量小于 0.1eV 的熱中子 中子能量大于 0.1MeV 的快中子 工作原理工作原理 將裂變時釋放出的中子減速后，再引起新的核裂變，形成鏈式裂變反應。由于中子的運動速度與分子的熱運動達到平衡狀態，這種中子被稱為熱中子 用钚-239 為燃料，并在其外包裹一層鈾-238。钚-239 裂變時釋放多個快中子，外圍的鈾-238 就會捕捉這些快中子，并轉變為可裂變的钚-239。這樣，核燃料越燒越多，快速增殖 用氫的同位素氘或氚作為燃料，通過高溫、高壓使其發生聚變反應，釋放能量 鈾資源利用率鈾資源利用率 不足 1%6070%敬請閱讀末頁的重要說明 7

24、行業深度報告 當前我國發展水平當前我國發展水平 技術成熟，經濟性和安全性好，裝機規模、建造能力、運行業績都已達到世界領先水平 已經形成了完備的科研技術體系，示范工程有序推進，后處理示范工程按計劃建設 計劃到 2050 年聚變工程實驗堆試驗成功，建設聚變商業示范堆 資料來源：中國科學院、國家原子能機構、招商證券 2、核聚變發電的核聚變發電的最大難點最大難點：Q1、氚自持、氚自持 盡管在原理上，利用核聚變發電顯著優于核裂變，但盡管在原理上，利用核聚變發電顯著優于核裂變，但目前較成熟目前較成熟的的用于發電的，用于發電的，是核裂變是核裂變，核聚變發電仍然是個尚未解決的問題，核聚變發電仍然是個尚未解決的

25、問題。截至 2022 年 12 月 31 日，全球共有統計在內的核發機組 411 臺，其中中國 57 座，占比 14%，僅次于美國。這些核電廠全部是以核裂變為基礎的。核裂變發電，已經是主流的發電方式之一。圖圖 6：各國家核電站：各國家核電站數量占比（數量占比（%）資料來源：世界核電反應堆（2023 年版）、招商證券 為什么目前核電技術以核裂變為主？為什么目前核電技術以核裂變為主？這這要從核能發電的兩個基本要求說起，那就要從核能發電的兩個基本要求說起，那就是：可控是：可控、持續、持續。（1）可控：可控：可控對于核能來說非常重要可控對于核能來說非常重要，它意味著核反應可以緩慢，它意味著核反應可以緩

26、慢地、地、按照按照需需要要地地發生發生，而不是像，而不是像原子彈（核裂變）、氫彈（核聚變）原子彈（核裂變）、氫彈（核聚變）一樣一樣，瞬間釋放瞬間釋放巨大的巨大的能量能量。原子彈、氫彈的能量很難用于發電，這就好像雷雨天的閃電，雖然能量很大，但想利用閃電供給電燈照明，就很困難。核能如果不能做到可控，就像閃電之于點燈。對于核裂變發電來說，對于核裂變發電來說，“可控”“可控”是已經解決的問題。是已經解決的問題。在核島中，控制棒通過吸收裂變反應產生的部分中子，來調節中子的數量和核裂變反應的速度，使裂變能能夠更好地被人類所利用。22141496233美國中國法國俄羅斯韓國加拿大其他 敬請閱讀末頁的重要說明

27、 8 行業深度報告 圖圖 7：核電站中的核島通過：核電站中的核島通過控制棒控制棒控制鏈式反應控制鏈式反應 資料來源：核電站工作原理、招商證券 對于核聚變來說，理論上“可控”也是一個可以解決的問題，只需要控制聚變燃料的濃度即可，但目前核聚變發電，還遠沒有到達但目前核聚變發電，還遠沒有到達解決“可控”的階段解決“可控”的階段。（2）自持：）自持：自持指的自持指的是反應是反應能夠自我持續地能夠自我持續地發生，這對于核能的發電價值同樣發生，這對于核能的發電價值同樣非常重要非常重要。（這里不難發現，“自持”本質是“自限”的反義詞，核聚變的自限性使其安全性高于核裂變，卻也在實際發電應用上成為了它的劣勢。）

28、對于核裂變來說，自持并不難做到對于核裂變來說，自持并不難做到。這是因為鏈式反應本身具備“自循環”的性質：中子能夠從反應堆中輸出，撞擊鈾-235 使其裂變。對于核聚變來說，對于核聚變來說，自持卻非常困難，目前純聚變堆的研究，仍無法實現反應的自自持卻非常困難，目前純聚變堆的研究，仍無法實現反應的自持。持。為了更好地理解為了更好地理解為什么核聚變難以實現可控和自持，為什么核聚變難以實現可控和自持，以下以下我們對里面涉及的技術我們對里面涉及的技術原理及目前的技術方案進行了詳細的原理及目前的技術方案進行了詳細的分析分析。（1）“可控”的難點：長時間約束原子核“可控”的難點：長時間約束原子核、凈能量輸出、

29、凈能量輸出“可控”的“可控”的核心難點在于難以將核心難點在于難以將等離子體等離子體長時間長時間約束在某一個空間內約束在某一個空間內，讓它們抵讓它們抵抗排斥力抗排斥力、相互碰撞相互碰撞，并實現凈能量輸出（，并實現凈能量輸出（Q1）。）。實際上，在太陽這樣的恒星當中，聚變反應無時不刻都在發生，那是因為太陽內部溫度高達 1500 萬 K，壓力高達 2500 億個標準大氣壓。（因此許多核聚變裝置被稱為“人造小太陽”）敬請閱讀末頁的重要說明 9 行業深度報告 圖圖 8：太陽內部的聚變反應：太陽內部的聚變反應 資料來源：火花學院、招商證券 在地球上要做到這一點需要極大的、穩定且有效的能量輸入在地球上要做到

30、這一點需要極大的、穩定且有效的能量輸入。拿最常見的氘氚聚變反應為例，當氘、氚等核聚變原料被人為地加熱到上億攝氏度時，它們會進入到一種叫“等離子體”的狀態：電子被剝離后，原子核完全裸露，為碰撞創造條件。聚變反應真的發生則需要三點：聚變反應真的發生則需要三點：上億攝氏度的高溫；等離子體有足夠的上億攝氏度的高溫；等離子體有足夠的密度；足夠長的時間將帶電的等離子體約束住。密度；足夠長的時間將帶電的等離子體約束住。早在 1957 年，英國物理學家勞森就提出了聚變三重積的概念：聚變三重積=等離子體的溫度等離子體的密度約束時間 這就是著名的勞森判據。當這一數值等于1022時，聚變輸出的功率才等于輸入的功率，

31、當聚變輸出的功率大于輸入功率時，聚變體才是有利可圖的能源。另一個重要的指標是能量增益因子Q值。Q=輸出功率/輸入功率，當這一指標大于1時，就說明輸出功率大于輸入功率。綜上，綜上，聚變三重積聚變三重積達到達到，又或是，又或是 Q 值值達到達到 1，才是科學上的“盈虧平衡點”（才是科學上的“盈虧平衡點”（scientific break-even）。這也是核聚變能商業）。這也是核聚變能商業化的第一步。我們通常認為，化的第一步。我們通常認為，Q 值大于值大于 30 后，核聚變反應才能真的用于發電，后，核聚變反應才能真的用于發電，真正具備商業價值。真正具備商業價值。為了實現等離子體長時間約束和凈能量輸

32、出，物理學家們花費了數十年的精力、為了實現等離子體長時間約束和凈能量輸出，物理學家們花費了數十年的精力、披荊斬棘，發展出了兩條披荊斬棘，發展出了兩條主流主流技術路徑：磁約束聚變和慣性約束聚變。技術路徑：磁約束聚變和慣性約束聚變。目前實現目前實現的最長的穩定等離子體約束時間是的最長的穩定等離子體約束時間是 8 分鐘分鐘（磁約束聚變裝置（磁約束聚變裝置 WX-7），最高的凈，最高的凈能量輸出值能量輸出值是是 Q=1.5（出自出自慣性約束聚變裝置慣性約束聚變裝置 NIF）。）。圖圖9：WX-7 仿星器裝置（德國）仿星器裝置（德國）圖圖10：NIF（國家點火設施）（國家點火設施）激光激光型慣性聚變裝置

33、型慣性聚變裝置 資料來源：德國馬克斯普朗克等離子體物理研究所、招商證券 資料來源：勞倫斯利福摩爾國家實驗室、招商證券 有關磁約束聚變和慣性約束聚變，我們只有關磁約束聚變和慣性約束聚變，我們只對其原理和裝置類型做對其原理和裝置類型做簡單介紹：簡單介紹：磁約束聚變磁約束聚變 原理：原理：在特定的強大磁場下，等離子體會繞著指定的路徑高速轉動。磁約束 敬請閱讀末頁的重要說明 10 行業深度報告 聚變利用這樣的磁場將等離子體約束在有限的體積內，通過低密度、長時間燃燒的方式實現氘、氚等離子體的碰撞。圖圖 11：磁場下的等離子體繞著制定路徑高速轉動磁場下的等離子體繞著制定路徑高速轉動 資料來源：酷玩實驗室、

34、招商證券 裝置類型裝置類型：磁約束聚變裝置主要有托卡馬克和仿星器兩種。磁約束聚變裝置主要有托卡馬克和仿星器兩種。托卡馬克的中央是一個環形真空室，外面纏繞著線圈。通電的時候，托卡馬克內部產生的螺旋型磁場會將里面的等離子體加熱到很高的溫度，將其約束住。仿星器也是環形的，但它的磁場更加“扭曲”，被認為能夠更好地控制等離子體，防止其破裂；缺點是結構復雜、體積大，成本過高。目前，托卡馬克是所有核聚變約束裝置中應用最成熟的類型。著名的 ITER 國際實驗堆項目就是一個大型的托卡馬克，預計于今年完成第一期裝置建設，于 2025 年獲得首次等離子體放電。圖圖12：全球設計規模最大的托卡馬克裝置全球設計規模最大

35、的托卡馬克裝置 圖圖13：托卡馬克和仿星器（“甜甜圈”和“麻花”）托卡馬克和仿星器（“甜甜圈”和“麻花”）資料來源：ITER、招商證券 資料來源：德國馬克斯普朗克等離子體物理研究所、招商證券 慣性約束聚變慣性約束聚變 原理：原理：慣性約束聚變是利用粒子的慣性作用來約束粒子本身，從而實現核聚變反應的一種方法。它的本質是利用驅動器提供的電能使存放在微型靶丸中的核聚變燃料氣體變成等離子體，在這些等離子體粒子由于自身慣性作用還來不及向四周飛散的極短時間內，通過向心爆聚被壓縮到高溫、高密度狀態。裝置類型：裝置類型：按照驅動方式可分為激光驅動和按照驅動方式可分為激光驅動和 Z-箍縮驅動兩種箍縮驅動兩種，分

36、別通過激光和磁場的能量來“點燃”氫氣體燃料。國際上備受關注的國家點火設施”（NIF）屬于激光驅動型慣性約束聚變裝置，于 2022 年年底首次“點火”，Q 值略超 1.5。敬請閱讀末頁的重要說明 11 行業深度報告 圖圖14：激光驅動原理激光驅動原理 圖圖15：Z-箍縮驅動原理箍縮驅動原理 資料來源：了不起的中國制造、招商證券 資料來源：新石器公園、招商證券 表表 3：各類純核聚變裝置對比：各類純核聚變裝置對比 磁約束聚變磁約束聚變 慣性約束聚變慣性約束聚變 托卡馬克托卡馬克 仿星器仿星器 激光型激光型 Z-箍縮箍縮 亮點亮點-目前最成熟的裝置-能夠較好地控制/約束等離子體-輸出能量/輸入能量比

37、最高-有望解決激光型裝置維持時間短的問題-能量轉換效率比激光型高：電能到 X 射線的轉換效率高達 15%劣勢劣勢-建造規模大-技術復雜-成本高-落后托卡馬克兩代，技術不成熟-成本高-維持時間短，難以作為能源使用-成本高-離商用標準還有一定距離-成本高 代表性裝置代表性裝置 ITER（國際）、EAST（中國）、環流三號（中國）、Jet（歐盟）、JT-60SA（日本）W7-X（德國）NIF（美國）、神光系列（中國）Z（美國）、聚龍一號（中國）最新進展最新進展 EAST 實現 403 秒穩態高約束等離子體運行（2023.4）JT-60SA“點火”(2023.11)環流三號實現 100 萬安培等離子體

38、電流下的高約束模式運行（2023.8）W7-X 持續放電 8 分鐘（2023.3）NIF“點火”，Q1.5（2022.12）資料來源：騰訊新聞、澎湃新聞、中國科學院、招商證券（2）“自持”的難點：氚自持“自持”的難點：氚自持、能量自持、能量自持 核聚變發電的第二個難點是“自持”。自持的核心難點有兩個自持的核心難點有兩個：一個：一個是氚（原料）是氚（原料）的自持，另一個是能量的自持。的自持，另一個是能量的自持。氚的自持：氚的自持：氚是核聚變反應所需的燃料當中最稀缺的。地球表面自然環境中任一時刻擁有的氚只有幾公斤，海水中并沒有取之不竭的氚，也取不出來。因此，如果只是用現有的氚來實現核聚變發電的話，

39、反應沒有足夠的原料，無法長時間持續。因此必須想辦法在核聚變的過程中，自己不斷的產生氚，也就是實現氚自持。能量的自持：能量的自持：我們之前提到過，要實現等離子體長時間約束和凈能量輸出需要巨大的能量。如果僅靠外界來輸入所需的能量，是非常不現實的。最好的方式就是將反應自身產生的能量循環利用。然而，聚變反應產生的是高能量的中子，這種中子并不能讓氫同位素燃料再次聚變。因此，能量的自我持續也很難實現。敬請閱讀末頁的重要說明 12 行業深度報告 正因為“可控”和“自持”這兩大痛點難以得到解決，各大純聚變堆的經濟性大正因為“可控”和“自持”這兩大痛點難以得到解決，各大純聚變堆的經濟性大大降低，人們對于核聚變實

40、現發電的預期年限大降低，人們對于核聚變實現發電的預期年限也也逐步提升。逐步提升。經濟性上經濟性上，據我國核物理專家彭先覺院士，一個 100 萬千瓦的磁約束聚變電站的成本預計超過 100 億美元。一個 100 萬千瓦的激光型慣性約束聚變電站估計需要 100 億美元左右；Z 箍縮驅動的則有可能超過 100 億美元。相較之下，同等級能量的熱中子電站成本僅不到 20 億美元，快中子電站則可能加倍。因此，無論是哪種技術路徑，純聚變能在經濟性上都缺乏優勢。表表 4：全球主要幾大磁約束聚變裝置經濟性分析：全球主要幾大磁約束聚變裝置經濟性分析 EAST Torus-60SA ITER JET WX-7 建設花

41、費時間建設花費時間 6 年 15 年 19 年（預估）4 年 9年（100萬個工時）建設投入資金建設投入資金 3 億元人民幣 200 億美元 10 億歐元 資料來源：中國核技術網、澎湃、騰訊新聞、招商證券 時間上，時間上，純聚變裝置的建設常常因為資金的緊缺和技術突破的難度而延緩。以國際項目 ITER 為例，2023 年，該項目各項開支嚴重超標，成本預計翻番。2015年，經項目審核確認，時間軸至少往后延 6 年。圖圖 16：ITER 項目進展復盤項目進展復盤 資料來源：澎湃新聞、央視網、招商證券 3、混合堆混合堆：“可控”“可控”、“自持”“自持”、“安全性”、“安全性”問題問題有望有望一并解決

42、一并解決 在純聚變能應用的重重困境下，聚變在純聚變能應用的重重困境下，聚變-裂變混合堆裂變混合堆應運而生應運而生?；旌隙驯徽J為是目混合堆被認為是目前最具商業化機會的堆型之一，也被視為純聚變堆真正應用前的“過渡”堆型。前最具商業化機會的堆型之一，也被視為純聚變堆真正應用前的“過渡”堆型?；旌隙淹ㄟ^一種非常特殊的設計，有效地結合了聚變能和裂變能的優勢，能夠同混合堆通過一種非常特殊的設計，有效地結合了聚變能和裂變能的優勢，能夠同時達到核能發電安全、可控、可持續的要求。時達到核能發電安全、可控、可持續的要求。和聚變堆相比，和聚變堆相比，混合堆的核心優勢在于能夠解決純聚變能應用“可控”和“自持”混合堆的

43、核心優勢在于能夠解決純聚變能應用“可控”和“自持”兩大痛點。兩大痛點。我們我們首先首先從混合堆的結構設計來從混合堆的結構設計來理解混合堆。理解混合堆。一個聚變-裂變混合堆有兩個構成部分：聚變堆和裂變堆，聚變堆在混合堆的中心位置，裂變堆以包層的形式出現在混合堆的外圍。聚變堆中有氘、氚等燃料。裂變包層中通常有鈾-238 或釷-232（這兩個元素被認為是核廢料）以及鋰-6。敬請閱讀末頁的重要說明 13 行業深度報告 圖圖 17：聚變：聚變-裂變混合堆結構裂變混合堆結構 資料來源：聚變-裂變混合堆在未來核能系統中的作用和發展前景、招商證券 其次，我們可以通過混合堆的運行過程來理解它如何其次，我們可以通

44、過混合堆的運行過程來理解它如何解決解決了“可控”和“自持”了“可控”和“自持”兩大問題。兩大問題。運行過程：一方面，運行過程：一方面，聚變堆中的氘和氚反應后，產生高能中子，這些中子撞擊外層鈾-238 或釷-232，裂變反應發生：鈾-238 增殖成钚-239，釷-232 增殖成鈾-233，釋放能量。此外，生成的钚-239 和鈾-233 都是核燃料，這些核燃料可循環利用，再次燃燒產生能源。另一方面，另一方面，高能中子撞擊外層的鋰-6 后形成氚，這些氚又能再次作為聚變堆的燃料。圖圖 18：聚變：聚變-裂變混合堆運行示意圖裂變混合堆運行示意圖 資料來源：聚變-裂變混合堆在未來核能系統中的作用和發展前景

45、、招商證券（1）如何解決了“可控”？如何解決了“可控”？等離子體性能要求更低，能量需求更低：等離子體性能要求更低，能量需求更低：純聚變堆依賴聚變能來實現發電，因而要求聚變產生的能量遠大于消耗的能量?；旌隙阎械木圩兌阎饕饔脼樯a高能 敬請閱讀末頁的重要說明 14 行業深度報告 中子來使裂變包層釋放裂變能，要求聚變產生的能量與消耗的能量差不多相等就可以了。因此，混合堆對堆芯等離子體性能及第一壁材料（用于制造聚變堆內包容等離子體區和真空區部件的材料）要遠低于純聚變堆。（2）如何解決了自持？如何解決了自持？氚自持：氚自持：聚變堆中，氚是不可多得的消耗品。但是混合堆中，堆芯產生的中子可以使裂變外包層中

46、的鋰-6 變成氚，補充氚的消耗。能量自持：能量自持：裂變包層中，裂變反應產生的钚-239 和鈾-233 本身就是核燃料（而非核廢料），能夠進一步燃燒釋放能量，這個能量大大超過了聚變部分點火消耗的能量。綜上，綜上，混合堆混合堆較聚變堆較聚變堆更具商業化的可能性更具商業化的可能性，具體，具體表現表現為為值較純聚變堆高出值較純聚變堆高出幾個數量級幾個數量級。據Fusion-Fission Hybrid:Yesterday,Today,and Tomorrow，Q 值并不是衡量能量應用技術成熟度的唯一指標。除 Q 值外，中子質量產率（縮寫：，單位：克/天）、穩態運行時間（縮寫：，單位：年），以及工作因

47、子 C 也是重要的考慮因素。因此，一個叫的指標經常被用來衡量現有以及未來裝置的可行性，=20。表 7 展示了幾個純聚變裝置（JET、NIF、ITER）、混合堆（FNS-ST、DEMO-FNS、DEMO）以及 PROTO（一個理想的商用聚變能電站）的主要指標?？梢钥吹?，PROTO 所需的的值為1 104，幾個純聚變裝置的值離 PROTO 的值還有很大的距離。對比之下，混合堆的值離 PROTO 的值就要接近得多：純聚變裝置和混合堆的值差了五個數量級。表表 5：幾大主要裝置的核心指標幾大主要裝置的核心指標 （）T（keV）（s）（g/day）（yr）C Q JET 1 10 0.3 0.35 3.5

48、 107 0.1 1 4 108 NIF 1012 0.2 2 1011 108 106 0.1 0.015 4 1015 ITER 1 10 3.5 25 104 0.25 10 2 102 FNS-ST 1 2 0.05 0.2 1 0.3 0.2 6 103 DEMO-FNS 1 4 0.3 2 1 0.3 1 7 101 DEMO 1 15 5 50 1 0.5 25 2 103 PROTO 1 15 6 150 1 0.8 30 1 104 資料來源：Fusion-Fission Hybrid:Yesterday,Today,and Tomorrow、招商證券 和裂變堆相比，混合堆的

49、核心優勢在于安全性更高、鈾資源利用率和裂變堆相比，混合堆的核心優勢在于安全性更高、鈾資源利用率、環保性、環保性更高。更高。安全性方面：安全性方面：裂變堆中的鏈式反應，如果控制不當極易引發安全事故，這也是制約傳統核電站發展的一大核心因素。例如，2011 年，日本福島發生重大核泄漏事故，2012 年，全球核能發電明顯減少。反觀混合堆，其裂變部分處于次臨界（subcriticality）狀態（臨界是指由某一種狀態或物理量轉變為另一種狀態或物理量的最低轉化條件，在核反應中，當裂變材料達到臨界狀態時，裂變反應就會持續進行下去），不會引起核爆等安全問題。敬請閱讀末頁的重要說明 15 行業深度報告 圖圖19

50、：福島核電站泄漏事故現場福島核電站泄漏事故現場 圖圖20：2012 年全球核能發電明顯減少年全球核能發電明顯減少 資料來源：青島新聞網、招商證券 資料來源：世界核能協會、招商證券 鈾資源利用率方面：鈾資源利用率方面：裂變堆需要用到有限的鈾-235 作為反應原料；混合堆則是將核廢料轉化為核燃料，能夠從同樣數量的鈾中獲得更多的能量，大大提升了鈾資源的使用效率。環保：環保：裂變運行的過程中會不斷生產長壽命的裂變產物和錒系核素，對環境安全造成威脅?；旌隙芽梢詫﹀H系核素等長壽命廢物進行嬗變（將一種元素通過核反應轉化為另一種元素），消除這一環境隱患。三、三、混合堆混合堆“核”時可行？“核”時可行？混合堆的

51、本質是聚變堆和裂變包層的結合，因此，純聚變技術的發展，以及裂變包層安全性的提升，對于混合堆最終的商用有著深遠的意義。實際上，很多混合堆堆芯的設計就是一個小型的托卡馬克/Z 箍縮裝置，只不過對于能量的要求沒有那么高。盡管人類在聚變能上實現的突破已經足以滿足一個商業混合堆的理論基礎功能，混合堆仍有一些實際應用上的技術難點亟待解決。近年來，近年來，超導材料、超導材料、高約束運行模式高約束運行模式（H 模）模）等等方面的突破已經大大縮短了科學家們對于實現混合堆方面的突破已經大大縮短了科學家們對于實現混合堆商用的的預期。隨著資金及人才的不斷涌入，商用的的預期。隨著資金及人才的不斷涌入，這些技術難點有望迎

52、刃而解。這些技術難點有望迎刃而解。1、混合堆研究行至何處？混合堆研究行至何處？混合堆的概念早在 1953 年就被提出，已經歷了幾十年的發展。在混合堆的研究在混合堆的研究上，上，俄羅斯俄羅斯和和我國我國走在世界前列走在世界前列。俄羅斯俄羅斯 俄羅斯是俄羅斯是世界上研究核聚變資歷最深的國家之一世界上研究核聚變資歷最深的國家之一，計劃于，計劃于 2030/2040 年建成原年建成原型型/商用商用聚變聚變-裂變裂變混合堆?；旌隙?。早在蘇聯時期，俄羅斯的受控核聚變研究就已經世界領先。1977 年，庫爾恰托夫研究所提出了俄羅斯第一代聚變-裂變混合堆設計方案：在等離子體層外安裝裂變材料包層，利用等離子體層中

53、產生的高能中子引發包層中的裂變材料發生裂變。如今，俄羅斯已經設立了以托卡馬克裝置和聚變材料測試裝置為基礎的混合堆發展戰略。該戰略可以分為三步：該戰略可以分為三步：敬請閱讀末頁的重要說明 16 行業深度報告 圖圖 21：俄羅斯的：俄羅斯的聚變聚變-裂變混合堆發展路線圖裂變混合堆發展路線圖 資料來源：俄羅斯裂變-聚變混合堆研發進展、招商證券 1、建成建成 T-15MD 托卡馬克裝置托卡馬克裝置（已完成）（已完成）T-15MD 是是俄羅斯俄羅斯混合堆混合堆的“聚變”部分的“聚變”部分，于，于 2023 年年 4 月首次實現穩定等離子月首次實現穩定等離子體體。T-15MD 由俄羅斯原有的 T-15 裝

54、置升級而成。T-15MD 作為聚變中子源的物理原型，用于開展以中子源為基礎的混合堆物理基礎研究。在原計劃中，T-15MD 應當于 2020 年啟動，但實際上，該裝置于 2021 年 5 月才真正啟動。2023 年 4 月，俄羅斯庫爾恰托夫研究所宣布，T-15MD 首次實現穩定的等離子體運行。圖圖 22：T-15MD 托卡馬克裝置托卡馬克裝置發展史發展史 資料來源：俄羅斯裂變-聚變混合堆研發進展、招商證券 2、建成建成 DEMO-FNS（未完成）（未完成）DEMO-FNS 是一個為了證明聚變能可以是一個為了證明聚變能可以產生產生凈電力的示范裝置，也是凈電力的示范裝置，也是全球全球DEMO 計劃的

55、計劃的一個代表性裝置一個代表性裝置。DEMO（Demonstration 的縮寫；示范）是一個全球的計劃，目標是在 ITER 證明了核聚變能獲得凈能量后進一步證明聚變能可以產生凈電力。DEMO-FNS（DEMO 聚變中子源）是俄羅斯的一個聚變-裂變混合堆示范項目，目標是實現嬗變、增殖氚、生產易裂變核素以及發電功能。除俄羅斯外，歐盟、印度、日本、韓國等國也有自己的 DEMO 計劃。表表 6：全球：全球其他地區其他地區的的 DEMO 計劃計劃 國家國家/地區地區/組織組織 項目項目/裝置裝置名稱名稱 所處階段所處階段 目標目標/計劃計劃 歐洲聚變聯盟 通過產生幾百兆瓦的凈電力證明聚變的技術和經濟可

56、行性 印度 SST-2 裝置 在 2027 年左右對 DEMO 的反應堆概念和組件作出鑒定，然后將在 2037年開始建造 DEMO 日本聚變 DEMO 特別聯合設計小組 進行穩態 DEMO 的概念研究 在 2035 年左右開始建設 韓國 K-DEMO 概念設計研究 在 2037 年之前開始建設，并有可能在 2050 年開始發電。資料來源：核聚變示范電廠：通往大規模商業發電的石階、招商證券 計劃中，計劃中，DEMO-FNS 應于應于 2023 年建成，年建成，聚變功率達聚變功率達到到 3040MW，裂變功率達裂變功率達 敬請閱讀末頁的重要說明 17 行業深度報告 到到 400500MW。2019

57、 年，庫爾恰托夫研究所啟動 DEMO-FNS 的設計工作；2010 年完成初步設計方案；2011-2012 年開展概念設計；2013-2014 年開展工程設計。DEMO-FNS 的設計壽命為 30 年，設計的聚變/裂變功率分別為3040MW、400500MW，聚變能增益系數約為 1。該裝置計劃于 2023 年建成，但截至目前，這個目標尚未實現。圖圖 23：DEMO-FNS 設計圖設計圖 資料來源：Design status of the DEMO-FNS Steady State Tokamak in RF、招商證券 3、建設建設原型原型/商用聚變商用聚變-裂變混合堆裂變混合堆（未完成）（未完

58、成）俄羅斯預計于 2030 年前建成原型聚變-裂變混合堆，于 2040 年前建成商用聚變-裂變混合堆。中國中國 我國我國的混合堆研究的混合堆研究已逐步已逐步聚焦于聚焦于 Z 箍縮聚變箍縮聚變-裂變混合堆這一技術路徑上裂變混合堆這一技術路徑上。1980年中國核學會成立大會上，中國原子能院李壽楠研究院首次提出我國發展聚變-裂變混合堆道路的建議。1985-2000 年，我國政府正式將聚變-裂變混合堆列入高科技“863”發展計劃。2000 年后，合肥等離子體研究所開展了系列聚變-裂變混合堆概念的創新設計。2009 年，北京應用物理與計算數學研究所計算物理實驗室彭先覺、師學明發表論文，指出傳統的混合堆研

59、究陷入了困境：增殖堆有不擴散的制約，嬗變堆則面臨超鈾元素裝量巨大的困難。2010 年，中國工程物理研究院提出 Z 箍縮聚變裂變混合能源堆（Z-FFR）的概念，較傳統的混合堆具備更高的技術可行性。Z 箍縮箍縮聚變聚變-裂變混合堆裂變混合堆具備具備下列優勢：下列優勢：技術要求低：技術要求低：具體表現在聚變功率、材料耐輻照和氚資源消耗等；鈾利用率高：鈾利用率高：之前提到過，熱堆的鈾利用率小于 1%，快堆的鈾利用率達60-70%，Z 箍縮混合堆能將鈾利用率提高到 90%以上。經濟性強：經濟性強：預計 1GWe 電站造價約為 30 億美元，不到純聚變電站的 1/3。敬請閱讀末頁的重要說明 18 行業深度

60、報告 我國已經完成我國已經完成 Z 箍縮混合堆的概念設計箍縮混合堆的概念設計。2015 年，我國已經初步完成了熱功率為 3000 兆瓦的 Z 箍縮聚變-裂變混合反應堆概念設計。預計 2030 年前后通過系統集成建成實驗堆。圖圖 24：Z-FFR 工程設計圖工程設計圖 資料來源：中國工程物理研究院、招商證券 此外，此外，中核中核集團集團與與聯創聯創光電光電合作合作的的兩百億混合堆項目正逐步落地。兩百億混合堆項目正逐步落地。11 月 12 日，中核集團與江西省政府簽署全面戰略合作框架協議，計劃在鈾資源、綜合礦業、核電廠址保護、聚變能源、新能源、核醫療、核技術創新、環保產業、數字經濟等 10 大方面

61、開展合作。江西聯創光電超導應用有限公司和中核聚變（成都）設計研究院有限公司將聯合建設聚變-裂變混合實驗堆項目，計劃實現 Q 值大于30，連續發電功率 100MW。工程總投資預計超過 200 億元人民幣。2、可控核聚變可控核聚變產業鏈邊際變化產業鏈邊際變化 近年來，近年來，可控可控核聚變產業鏈實現了許多突破，使得科學家們核聚變產業鏈實現了許多突破，使得科學家們對于實現混合堆商用對于實現混合堆商用所需時間的預期大幅縮短。所需時間的預期大幅縮短。同時，這些突破也吸引了大量的資金流入核聚變行業，同時，這些突破也吸引了大量的資金流入核聚變行業，有望進一步推動行業發展。有望進一步推動行業發展。超導材料超導

62、材料是實現可控核聚變的是實現可控核聚變的必經之路必經之路。盡管混合堆的應用難度已經較純聚變堆盡管混合堆的應用難度已經較純聚變堆減少了許多，很多問題依然存在，其中，最重要的就是等離子體的長脈沖（或穩減少了許多，很多問題依然存在，其中，最重要的就是等離子體的長脈沖（或穩態）運行與控制。態）運行與控制。作為目前最成熟的聚變裝置，托卡馬克存在能量耗散嚴重、線圈發熱的情況：要想托卡馬克內的約束磁場能夠長時間穩定運行，必須施加足夠強的電流，但這樣一來，線圈就容易發熱，能量耗散嚴重。高溫超導材料能夠解決這一問題。超導材料是擁有完全導電性、完全抗磁性和宏觀量子效應三大基本特性的新材料，使用這種材料能夠大大提升

63、一定電流強度下所允許的最高磁場強度，實現長時間、高約束等離子體運行。有了足夠強的磁場，托卡馬克裝置的體積也能大幅縮小。敬請閱讀末頁的重要說明 19 行業深度報告 圖圖 25：高溫超導材料改變了高溫超導材料改變了一定電流強度下允許的最高磁場強度一定電流強度下允許的最高磁場強度 資料來源：SPARC and the high-field path to commercial fusion energy、招商證券 部分超導材料制備工藝已經成熟，有望帶來百億級市場空間。部分超導材料制備工藝已經成熟，有望帶來百億級市場空間。目前，高溫超導材料中，Bi 系（BSCCO）、Y 系（YBCO）和 MgB2 的

64、應用最為廣泛，鐵基超導體也很受關注。Bi 系超導材料中，226+(2201)、2228+(2212)和222310+(2223)三種材料的制備方法已經成熟，美國超導公司、中國西部超導公司等均可批量化生產千米長的帶材。鐵基超導材料方面，中國科學院電工研究所馬衍偉團隊于 2016 年成功制備出了世界首根量級達百米的鐵基超導線材，又于 2018 年通過熱壓工藝優化得到了（臨界電流密度）高達 150kA/2的鐵基帶材。整體來看，超導材料整體來看，超導材料已經已經進入了產業化發展進入了產業化發展的初期階段。據的初期階段。據基于可控核聚變技術跟蹤及商業應用的啟示與建議，超導材基于可控核聚變技術跟蹤及商業應

65、用的啟示與建議，超導材料行業未來料行業未來 5 年年 CAGR 將達到將達到 115.7%，對應市場空間達百億級別。，對應市場空間達百億級別。SPARC 基于高溫超導技術，基于高溫超導技術，進一步點燃人們對于進一步點燃人們對于可控核聚變的希望?？煽睾司圩兊南Ｍ?。2021 年，麻省理工學院及 CFS（聯邦聚變系統）研制出了全球首個大口徑高溫超導聚變強場磁體，磁場強度達到空前的 20 特斯拉，大幅增強了等離子體的約束性能，也使得聚變堆小型化成為可能。此外，CFS 宣稱將在 2025 年完成 SPARC 緊湊型核聚變實驗裝置，并計劃在 2030 年代初完成 ARC 工程實驗堆，實現聚變發電。圖圖 2

66、6：SPARC 發展計劃發展計劃及進度及進度 資料來源：SPARC and the high-field path to commercial fusion energy、招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明 20 行業深度報告 大量資金涌入核聚變賽道大量資金涌入核聚變賽道，行業發展按下加速鍵。行業發展按下加速鍵。國際上：國際上：SPARC 計劃推出計劃推出以后，全球以后，全球核聚變核聚變行業行業投資投資出現出現爆發式增長爆發式增長。據FIA全球聚變行業報告數據，2021、2022 年全年投資總額達 28 億、48億美元。此前，2011-2020 年十年累計投資金額也才 20 億美元。國內：國內：

67、國內公司、院所等多方社會團體也在積極布局核聚變領域。國內公司、院所等多方社會團體也在積極布局核聚變領域。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新聯合體正式宣布成立，標志著國家及其他社會團體對于可控核聚變的重視程度及投入力度的進一步提升。四、四、投資建議及投資建議及產業內主要公司產業內主要公司 可控核聚變產業仍處于初期階段，產業未來會如何發展具備較強的不確定性，我們建議積極跟蹤關注行業技術突破進展。此外，我們對我們對部分部分已經布局了可控核聚已經布局了可控核聚變產業的公司做了如下的梳理變產業的公司做了如下的梳理。1、聯創光電聯創光電 發展重心轉向發展

68、重心轉向超導超導領域領域：聯創光電傳統業務為光電通信系統設備及光電元器件，產品包括繼電器、微電腦控制器、信息傳輸線纜、通信終端及系統設備等。2019年起，公司積極開拓超導業務，子公司聯創超導研制出全球首個兆瓦級高溫超導感應加熱裝置，能效轉化率提升一倍，節能 50%。此后，公司專注于大功率高溫超導強磁場感應加熱設備等的研發、設計和生產，超導磁體及應用端裝備集成的技術已達到全球領先水平。2023 年是公司超大功率高溫超導感應加熱器實現商用的元年，截止 2023 年第三季度，公司在手訂單突破 60 臺，累計交付 8 臺。與中核聚變設計研究院與中核聚變設計研究院強強聯手強強聯手：11 月 12 日，公

69、司子公司聯創超導與隸屬中核集團的中核聚變設計研究院簽訂戰略合作協議。著名的“環流二號”（HL-2M）及“環流三號”（HL-3M）裝置均為中核集團的項目，分別于 2022 年 10 月、2023年 8 月突破 100 萬安培（1 兆安）等離子體電流。聯創超導的超導磁體技術，疊加中核集團豐富的磁約束聚變實驗經驗，有望達成 1+12 的效果。圖圖 27：聯創：聯創超導全球超導全球首臺首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置兆瓦級高溫超導感應加熱裝置 資料來源：澎湃、招商證券 2、國光電氣國光電氣 ITER 及及 CFETR（國產（國產 ITER）項目項目核心核心零件供應商：零件供應商：國光電氣主營業務為（1）

70、敬請閱讀末頁的重要說明 21 行業深度報告 微波器件、（2）核工業設備及零部件、（3）其他民用產品三大塊。其中，核工業設備及零部件業務包括熱氦檢漏設備、偏濾器、包層系統和閥門。核工業核工業設備方設備方面，面，公司于 2014 年開始對 ITER 高靈敏度大型真空熱氦檢漏技術進行研究，是全球首家研制出滿足 ITER 技術標準“ITER 熱氦檢漏設備”企業，相關產品屬于產業獨創，技術水平領先行業。熱氦檢漏是檢驗聚變堆真空室內高溫承壓部件真空密封性的核心技術，也是有效保障聚變堆安全穩定運行的關鍵環節。零部件零部件方面，方面，公司研制的偏濾器是 ITER 項目、我國 CFETR 及 HL-2M 等聚變

71、項目的關鍵部件，主要功能是有效地屏蔽來自器壁的雜質，減少對中心等離子體的污染。圖圖 28：偏濾器在一個核聚變實驗堆中的位置偏濾器在一個核聚變實驗堆中的位置 資料來源：三束材料改性教育部重點實驗室、中科院等離子體物理研究所、招商證券 3、雪人股份雪人股份 國內冷庫龍頭，拓展氦氣壓縮機新興領域：國內冷庫龍頭，拓展氦氣壓縮機新興領域：雪人股份是國內冷庫行業的龍頭企業，傳統產品包括制冰設備等。2010 年，公司通過收購瑞典公司 SRM，聚焦制冷壓縮機領域，成功將海外技術經驗融入到國內科研項目研發中。2015 年雪人股份與中科院理化所合作成立了氦氣壓縮聯合實驗室，推動氦氣壓縮機研發、關鍵零部件生產裝配的

72、完全國產化。目前，公司的“兆瓦級”大型氦氣壓縮機設備能夠模擬接近絕對零度的低溫環境（約-271 攝氏度）。氦氣螺旋壓縮機組氦氣螺旋壓縮機組是實現超導的必要設備。是實現超導的必要設備?？煽睾司圩冄b置不僅需要超高溫，也需要超低溫。這是因為，超導體通常需要在非常低的環境溫度中運用。氦氣的臨界溫度最低，是最難液化的氣體。氦氣螺桿壓縮機能夠實現超低溫，滿足了超導托卡馬克裝置的需要，是許多“人造小太陽”科學工程的核心部件。2021 年 4月，公司向中科院合肥物質科學研究院提供的氦氣螺桿壓縮機組成功應用于全超導托克馬克核聚變實驗裝置當中，整體設備實現了-269 攝氏度的超低溫制冷。敬請閱讀末頁的重要說明 2

73、2 行業深度報告 圖圖 29：SRM 是螺桿壓縮機領域的鼻祖是螺桿壓縮機領域的鼻祖 資料來源：壓縮機網、招商證券 圖圖 30：氦氣螺桿壓縮機：氦氣螺桿壓縮機 資料來源：壓縮機網、招商證券 4、合鍛智能合鍛智能 承接了核聚變真空室構件的研制工作：承接了核聚變真空室構件的研制工作：合鍛智能跟能源研究院對聚變能開發、產業發展、技術攻關、應用研究，制造工藝等方面開展深度合作，共同打造服務于核聚變裝備的專業化制造平臺。真空室是核聚變裝置中等離子體直接運行的地方。真空室是核聚變裝置中等離子體直接運行的地方。在核聚變裝置中，等離子體需要在真空室中運行，以避免其受到外界環境的污染。5、中國核電中國核電 中國核

74、電控股股東中核集團擁有完整核燃料循環產業鏈，在四代核電技術及可控核聚變等領域均有領先布局。公司堅決貫徹國家核能發展“三步走”戰略，有望與中核集團在四代核電技術及聚變技術研究方面產生協同。公司 2023 年獲批核電機組 4 臺，當前在建及核準待建機組 15 臺（1756.5 萬千瓦）。6、中中國廣核國廣核 2023 年，中國廣核同樣獲批核電機組 4 臺，目前在建及核準待建機組合計達 11臺（1324.6 萬千瓦），其中防城港 4 號機組預計于明年上半年投產，2025 年計 敬請閱讀末頁的重要說明 23 行業深度報告 劃新增 1 臺核電機組，2026-2027 年分別計劃新增 2 臺核電機組。五、

75、五、風險提示風險提示 1、技術突破不及預期：技術突破不及預期：可控核聚變產業仍處于預研階段，技術突破的速度具備較高不確定性。如果研究遇到未預見的瓶頸，產業內公司或受到較大影響；2、資金投入超預期資金投入超預期：許多托卡馬克實驗堆在建設的過程中所花費的資金都超過了人們最開始的預期，導致了工程的延誤。如果這種情況再度發生，產業內零部件供應商或受到較大影響。敬請閱讀末頁的重要說明 24 行業深度報告 分析師分析師承諾承諾 負責本研究報告的每一位證券分析師，在此申明，本報告清晰、準確地反映了分析師本人的研究觀點。本人薪酬的任何部分過去不曾與、現在不與，未來也將不會與本報告中的具體推薦或觀點直接或間接相

76、關。評級評級說明說明 報告中所涉及的投資評級采用相對評級體系，基于報告發布日后 6-12 個月內公司股價（或行業指數）相對同期當地市場基準指數的市場表現預期。其中，A 股市場以滬深 300 指數為基準；香港市場以恒生指數為基準；美國市場以標普 500 指數為基準。具體標準如下：股票評級股票評級 強烈推薦：預期公司股價漲幅超越基準指數 20%以上 增持：預期公司股價漲幅超越基準指數 5-20%之間 中性：預期公司股價變動幅度相對基準指數介于5%之間 減持：預期公司股價表現弱于基準指數 5%以上 行業評級行業評級 推薦：行業基本面向好，預期行業指數超越基準指數 中性：行業基本面穩定，預期行業指數跟

77、隨基準指數 回避：行業基本面轉弱，預期行業指數弱于基準指數 重要重要聲明聲明 本報告由招商證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）編制。本公司具有中國證監會許可的證券投資咨詢業務資格。本報告基于合法取得的信息，但本公司對這些信息的準確性和完整性不作任何保證。本報告所包含的分析基于各種假設，不同假設可能導致分析結果出現重大不同。報告中的內容和意見僅供參考，并不構成對所述證券買賣的出價，在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。除法律或規則規定必須承擔的責任外，本公司及其雇員不對使用本報告及其內容所引發的任何直接或間接損失負任何責任。本公司或關聯機構可能會持有報告中所提到的公司所發行的證券頭寸并進行交易，還可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務服務?？蛻魬斂紤]到本公司可能存在可能影響本報告客觀性的利益沖突。本報告版權歸本公司所有。本公司保留所有權利。未經本公司事先書面許可，任何機構和個人均不得以任何形式翻版、復制、引用或轉載，否則，本公司將保留隨時追究其法律責任的權利。