《電力設備行業深度報告：可控核聚變從科幻到商業-240430（31頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《電力設備行業深度報告：可控核聚變從科幻到商業-240430（31頁）.pdf（31頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、凝 聚 智 慧創 造 財 富可控核聚變：從科幻到商業分析師：楊陽SAC執業證書編號：S0230523110001聯系人：許紫荊SAC執業證書編號：S0230124020004電力設備行業深度報告證券研究報告2024年04月30日 可控核聚變的優勢和原理：可控核聚變的優勢和原理：核聚變能即小質量元素的原子核（通常是氘和氚）聚合成為重核所釋放的能量。與核裂變相比，可控核聚變釋放能量大，原料來源豐富，安全可靠、不產生放射性廢物，2023年國務院國資委啟動實施未來產業啟航行動，明確可控核聚變領域為未來能源的唯一方向?！熬圩儭钡膶崿F需要同時滿足三個條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時間，聚變

2、的“可控”理論上通過可磁約束、激光約束和箍縮實現，目前世界上主流路線為磁約束裝置托卡馬克。當前進展與商業化可能：當前進展與商業化可能：1968年后蘇聯科學家發明的托卡馬克裝置成為主流路線，并經歷了托卡馬克超導托卡馬克全超導托卡馬克的技術迭代升級。2006年，中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等正式簽署ITER協定并于2007年成立ITER國際組織實施計劃，項目總計劃投資高達200億歐元。2023年，美國NIF裝置創造能量凈輸出記錄，日本JT-60SA也成功實現點火，我國EAST裝置也不斷刷新等離子體運行記錄。據美國聚變能協會FIA統計，截至2023年初全世界核聚變公司吸引了超過60億美

3、元的投資，全球43家聚變能公司中有26家認為聚變供電將在2035年之前實現，19家認為屆時聚變發電將具備商業可行性。我國目前有2個前期建設階段項目，總投資計劃接近300億元，將為相關產業鏈提供重大機遇?？煽睾司圩儺a業鏈：可控核聚變產業鏈：可控核聚變產業鏈上游為原材料，包括第一壁材料鎢、高溫超導帶材原料REBCO和氘氚燃料；中游為相關設備，核心設備包括超導磁體、第一壁和偏濾器，其中超導磁體占總投資成本約40-50%。高溫超導磁體可大幅提升磁場強度，是裝置運行的核心部件，第一壁的作用是控制進入等離子體的雜質、傳遞輻射到材料表面的熱量等，偏濾器的作用是控制等離子體與真空室壁面的相互作用，減少壁面的熱

4、負荷和粒子轟擊；產業鏈下游為應用環節，核聚變技術主要用于發電、醫療、科研等領域。投資建議：投資建議：近年來，全球領域可控核聚變技術突破和商業投資加速，將為相關產業鏈帶來重大機遇。首次覆蓋，給予行業“推薦”評級。個股方面，個股方面，建議關注超導磁體環節聯創光電聯創光電，高溫超導帶材制造商精達股份、永鼎股份精達股份、永鼎股份，低溫超導帶材西部超導西部超導，偏濾器制造商國光電氣、安泰科技國光電氣、安泰科技等。風險提示：風險提示：行業政策不及預期，重要技術進展不及預期，相關投資不及預期，建設進展不及預期，運行實驗結果不及預期，設備交付不及預期，商業化進展不及預期，重點關注公司業績不及預期等。摘要 YZ

5、qVtVrViXaVkYrQmN8OaO6MoMmMtRrNiNpPmReRoOpR6MqRrNuOsOnOMYmRzR目 錄3可控核聚變產業鏈2當前進展與商業化可能可控核聚變：“聚變”與“可控”的原理14相關公司及投資建議5風險提示 核能分為裂變能和聚變能01核能是一種清潔高效的能源，核變化釋放的能量可以分為兩種類型：核能是一種清潔高效的能源，核變化釋放的能量可以分為兩種類型：1 1）核裂變（）核裂變（nuclear fissionnuclear fission），即重元素的原子核分裂為質量較輕元素的原子核時所釋放的能量），即重元素的原子核分裂為質量較輕元素的原子核時所釋放的能量。鈾是核裂變

6、的關鍵原料，鈾原子在中子的轟擊下會裂變為鋇和氪，裂變時會產生大量能量，同時還會產生3個新的中子，激發其他鈾原子裂變。目前核能發電用的主要是裂變技術，核裂變技術還用于原子彈中。2 2）核聚變（）核聚變（nuclear fusionnuclear fusion），即小質量元素的原子核聚合成為重核所釋放的能量），即小質量元素的原子核聚合成為重核所釋放的能量。氘和氚聚合在一起會產生氦和1個中子，同時可以釋放出能量。數據來源：洞察化學，華龍證券研究所圖1：核裂變示意圖數據來源：洞察化學，華龍證券研究所圖2：核聚變示意圖 可控核聚變能量密度高、原料豐富、安全無污染01與核裂變相比，可控核聚變釋放能量大，原

7、料來源豐富，安全可靠、環境友好、產生的放射性廢物少。能量密度來看，與核裂變相比，可控核聚變釋放能量大，原料來源豐富，安全可靠、環境友好、產生的放射性廢物少。能量密度來看，每單位質量的聚變燃料釋放出的能量是裂變的4倍；原材料來看，原材料來看，聚變燃料通常使用氘和氚，地球上氘儲量豐富，氚可以通過中子和鋰制備，而核裂變采用的鈾元素我國儲量有限仍需進口，2023年進口量1.7萬噸，進口金額達到19億美元；安全性來看，安全性來看，聚變實現難度高，且不產生放射性廢料，而核裂變是鏈式反應，難以控制，并產生大量放射性物質，切爾諾貝利（1986年）和福島（2011年）福島核事故曾造成巨大危害。20232023年

8、國務院國資委啟動實施未來產業啟航行動，明確可控核聚變領域為未來能源的唯一方向。年國務院國資委啟動實施未來產業啟航行動，明確可控核聚變領域為未來能源的唯一方向。數據來源：創新中心CXZX，華龍證券研究所圖4：我國鈾資源進口量圖3：核聚變的優勢數據來源：Wind，華龍證券研究所能量密度高 每單位質量的聚變燃料釋放出的能量是裂變的四倍，每單位質量的聚變燃料釋放出的能量是裂變的四倍，“燃燒”一千克氘相當于四千克鈾，相當于七千噸汽油或一萬噸煤。原材料充足 地球上氘的含量豐富，每升海水中含有每升海水中含有0.030.03克氘，地球上僅在海水中就有克氘，地球上僅在海水中就有4545萬億噸氘。萬億噸氘。氚可通

9、過中子和鋰作用產生，而海水中含有大量鋰。按目前世界能源消費的水平，核聚變燃料可供人類使用上億年。上億年。安全可控 核聚變堆的聚變反應條件要求極端，需高達上億攝氏度的超高溫的條件下進行，且需要需高達上億攝氏度的超高溫的條件下進行，且需要燃料的持續輸入，燃料的持續輸入，某環節出現問題，反應就會自動終止，不會出現“失控”鏈式反應。環保無污染 可控核聚變過程中只會產生少量的氦氣，不產生高放射性、長壽命的核廢物，也不會產不產生高放射性、長壽命的核廢物，也不會產生生二氧化碳或其他有害氣體二氧化碳或其他有害氣體 由于反應原理不同，核聚變進度不及核裂變01l核裂變從實驗室走向裂變電站僅用了約核裂變從實驗室走向

10、裂變電站僅用了約1010年。年。1939年，科學家首次揭示了鈾原子核的分裂現象；1945年，利用核裂變原理制造出的第一顆原子彈在美國阿拉莫戈多沙漠爆炸；3年后，第一座核裂變電站便在美國田納西州橡樹嶺實現發電。1951年，利用核聚變原理制造的氫彈在太平洋上的恩尼威托克島實現爆炸，然而至今70年人類依然未能實現可控核聚變發電。l核聚變無法復制核裂變發電的模式。核聚變無法復制核裂變發電的模式。從核裂變的反應方程式可以看出，核裂變的觸發需要中子（n）。當鈾核由1個中子引發裂變時，會同時放出2-3個中子，這些中子可以再引起其他鈾核裂變，裂變反應可不斷持續下去，這一過程也被稱為鏈式反應。通過加入控制棒吸收

11、核裂變產生的中子，可以控制核裂變的反應速率，從而實現核裂變發電。而核聚變的反應過程則不需要中子，因此無法復制核裂變控制反應速率的方式。圖5：核裂變發展路線示意圖數據來源：核裂變無盡的探索裴俊琛等，華龍證券研究所圖6：核聚變無法復制裂變發電的模式數據來源：深度產業研究院，華龍證券研究所 如何實現“聚變”:溫度、密度、時間01l實現核聚變反應，需要同時滿足三個條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時間，三者的乘積稱為聚變三乘積。根據實現核聚變反應，需要同時滿足三個條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時間，三者的乘積稱為聚變三乘積。根據勞遜判據，只有聚變三乘積大于一定值，才能產生有

12、效的聚變功率輸出。勞遜判據，只有聚變三乘積大于一定值，才能產生有效的聚變功率輸出。l1 1）足夠高的溫度：）足夠高的溫度：要在地球實現高效核聚變反應，溫度大約需要維持在1億以上可獲得較高反應幾率，這個溫度是太陽核心溫 度的近10倍；2 2）一定的密度：）一定的密度：等離子體約束區單位體積內氘氚原子核的數量越多，能夠有效提高原子核間的碰撞效率，以獲得足夠的核聚變反應率；3 3）能量約束時間：）能量約束時間：高溫等離子體的能量以輻射和熱傳導的形式逸出，能量損失的時間被定義為能量約束時間，高能量約束時間意味著裝置具有良好的隔熱性能，能量流失得緩慢，以進一步提高核聚變反應率。圖7：實現聚變反應的三要素

13、數據來源：超導磁體技術與磁約束核聚變王騰，華龍證券研究所 如何實現“可控”：我國以磁約束路線為主01l解決核聚變溫度、密度、約束時間三個方面的解決核聚變溫度、密度、約束時間三個方面的“可控可控”主要有三種路徑：磁約束、激光約束和箍縮。主要有三種路徑：磁約束、激光約束和箍縮。1 1）激光約束：）激光約束：采用多臺超大功率激光器，對準封裝核燃料的氫氣小球對準封裝核燃料的氫氣小球，同時發射激光，加熱和壓縮氫燃料，激光在進入環空器后，會擊中內壁并使其發出X射線，然后這些X射線可以將其加熱到1億攝氏度，高能激光會使小球表面等離子體化，其余中心材料受到牛頓第三定律驅使，最終會向中央坍縮發生內爆。在內爆時，

14、只要對燃料球給予正確的高溫高壓就能發生反應，放出大量能量。2 2）箍縮：）箍縮：跟激光聚變類似，把激光換成電流。3 3）磁約束：）磁約束：利用磁場約束帶電粒子沿磁力線運動利用磁場約束帶電粒子沿磁力線運動，發生核聚變反應需要把核聚變燃料氘氚加熱到上億度，形成等離子體，使得質子不被電子包裹，做高速熱運動，兩個質子發生碰撞，產生熱量；由于等離子體溫度極高，通過磁場約束質子運動，從而避免等離子體接觸通過磁場約束質子運動，從而避免等離子體接觸到容器。到容器。磁約束核聚變被看做較為可行的路徑，我國采用的是磁約束路線。磁約束核聚變被看做較為可行的路徑，我國采用的是磁約束路線。表1：三個“可控”的實現方式數據

15、來源：超導磁體技術與磁約束核聚變王騰等，華龍證券研究所圖8：世界上最大的激光聚變裝置NIF（美國）數據來源：中國物理學會期刊網，華龍證券研究所磁約束磁約束激光聚變激光聚變箍縮箍縮典型裝置托卡馬克和仿星器激光聚變裝置(NIF，神光)Z-pinch,-pinch控制密度使用磁場防止等離子體外泄外力壓縮(激光)外力壓縮(電流)控制溫度外界能量注入外力壓縮時直接加熱控制約束時間調整等離子體的運行模式，延長約束時間能量耗散難以控制，因此希望聚變功率足夠高，使聚變功率大于能量耗散 如何實現“可控”：托卡馬克裝置是主流01l磁約束核聚變實現裝置主要是托卡馬克和仿星器。磁約束核聚變實現裝置主要是托卡馬克和仿星

16、器。l托卡馬克在托卡馬克在19581958年由蘇聯科學家發明，主要由年由蘇聯科學家發明，主要由環形真空室、產生磁場的線圈和其他輔助設施組成。環形真空室、產生磁場的線圈和其他輔助設施組成。中央是一個環形真空室，里面注滿氣體，外面纏繞著線圈。線圈通電后，會在托卡馬克內部產生巨大的螺旋型磁場，里面的氣體將被電離成等離子體并形成等離子體電流。當等離子體被加熱到極高溫度后，便可實現核聚變。l相比仿星器，托卡馬克的優點在于：相比仿星器，托卡馬克的優點在于：1 1）結構簡單、造價低，）結構簡單、造價低，只需要真空室和線圈，線圈的結構是規則的，比仿星器扭曲的線圈造價低太多。生產周期更短，規則的線圈可以很快造出

17、來，裝置迭代也更快。2 2）加熱成本低，）加熱成本低，可以直接依靠線圈進行加熱，而仿星器不能依靠線圈直接加熱，只能依靠比較昂貴的微波和中性束的手段去加熱。l托卡馬克托卡馬克是目前全球各國投入最大、最接近核聚變條件、技術發展最成熟的途徑。是目前全球各國投入最大、最接近核聚變條件、技術發展最成熟的途徑。圖9：“托卡馬克”釋義數據來源：華龍證券研究所圖11：仿星器裝置數據來源：萬象經驗，華龍證券研究所圖10：托卡馬克裝置 目 錄3可控核聚變產業鏈2當前進展與商業化可能可控核聚變：“聚變”與“可控”的原理14相關公司及投資建議5風險提示 1968年后托卡馬克裝置成為主流，發展迅速02l托卡馬克裝置成為

18、主流后，相關研究發展迅速。托卡馬克裝置成為主流后，相關研究發展迅速。氫彈研究出來之后，前蘇聯和美、英等各國就投入到可控核聚變的開發當中。世界上首臺托卡馬克T-1裝置由阿奇莫維奇等人設計、建造，1958年建成并開始運行。兩次升級改造之后，1968年8月，在蘇聯新西伯利亞召開的第三屆等離子體物理和受控核聚變研究國際會議上，科學家阿齊莫維齊宣布在蘇聯的蘇聯的T-3T-3托卡馬克上產生了托卡馬克上產生了10001000萬度等離子萬度等離子體。體。這遠遠超過其他各種裝置上的參數，此后托卡馬克的研究進入了高速發展的時代。l各國相繼建造或改建了一批大型托卡馬克裝置，比較著名的有美國的各國相繼建造或改建了一批

19、大型托卡馬克裝置，比較著名的有美國的TFTRTFTR，歐盟的，歐盟的JETJET，日本的，日本的JT60JT60和蘇聯的和蘇聯的T-15 T-15。隨著托卡馬克的裝置越建越大，產生的等離子體溫度也越來越高。20世紀80年代比較著名的托卡馬克有：美國的TFTR，歐盟的JET，日本的JT60和蘇聯的T-15，以上四個裝置被稱為“四大托卡馬克”。其中除了T-15由于蘇聯解體的特殊原因沒有成功運行之外，其他裝置陸續取得了許多重要成果。表2：托卡馬克路線上的高速發展數據來源：中科院之聲，華龍證券研究所時間時間裝置裝置事件事件1968T-3（蘇聯）觀察到顯著更好的約束效果，托卡馬克裝置成為主流1970T-

20、4（蘇聯）實驗中觀察到中子，標志著首次在磁首次在磁約束環境下實現聚變約束環境下實現聚變1973T-3（蘇聯）通過微波輔助加熱，電子溫度首次上電子溫度首次上升至一億度升至一億度1978PLT（美國）通過中性束輔助加熱，離子溫度首次離子溫度首次上升至一億度上升至一億度圖12：TFTR、JET和JT-60的運行成果數據來源：中科院之聲，華龍證券研究所 托卡馬克超導托卡馬克，解決大電流和損耗問題，延長運行時間02l世界上第一個超導托卡馬克是世界上第一個超導托卡馬克是19781978年蘇聯的年蘇聯的T-7T-7，它在工程上，它在工程上驗證了超導磁體能夠在托卡馬克上實現連續穩態運行。驗證了超導磁體能夠在托

21、卡馬克上實現連續穩態運行。聚變電站要求數億度的等離子體必須實現穩態運行，然而之前裝置的運行結果僅僅持續數秒鐘，持續數秒鐘，這是因為用來產生磁場的電流非常大，常規托卡馬的磁場線圈不能長時間負荷，無法實現連續運行，于是超導技術被引入到托卡馬克的線圈上，以解決大電流和損耗的問題。l19931993年年HT-7HT-7建成，中國成為世界上繼俄、法、日之后第四個擁建成，中國成為世界上繼俄、法、日之后第四個擁有超導托卡馬克的國家。有超導托卡馬克的國家。HT7的建成和成功運行使中國在托卡馬克相關的超導、低溫制冷、強磁場等研究都登上新的臺階。2008年，HT-7實現了長達400s的等離子體放電，這是當時國際同

22、類裝置中時間最長的等離子體放電。2012年，HT-7在全面完成預定科學技術目標的背景下正式退役。圖13：超導托卡馬克發展歷程及運行成果數據來源：中科院之聲，華龍證券研究所 超導托卡馬克全超導托卡馬克02l超導材料的全面應用推動托卡馬克裝置性能提升。超導材料的全面應用推動托卡馬克裝置性能提升。上述的超導托卡馬克準確來說是“半超導托卡馬克”，因為基本都只在縱場線圈部分實行了超導，而其他線圈還是用的普通導體材料。東方超環EAST由等離子體所于1996年提出，2006年建成，項目總經費1.65億元，是世界上第一個在所有磁體上都使用超導材料的全超導托卡馬克。lEAST高11米、直徑8米、重達400噸，超

23、導磁體系統由16個縱場TF線圈、6個等離子體控制PF線圈和6個中央螺線管CS線圈組成。EAST所有磁體都選用了鈮鈦合金NbTi作為超導材料，所有線圈均采用了導管內電纜CICC技術，以提供非常高的工作電流和足夠的抗交流損耗能力。圖14：ESAT的單個TF線圈和超導縱場TF磁體系統數據來源：深圳大學學報理工版，華龍證券研究所表3：世界在運全超導托卡馬克數據來源：中國工程科學，中國科學報，星環聚能，中科院合肥研究院等離子體所，中科院之聲，華龍證券研究所主體主體建成時間建成時間 基本情況基本情況中國EAST2006年HT-7HT-7升級，經費升級，經費1.651.65億元。億元。2016年，實現超50

24、00萬攝氏度102秒等離子體運行；2017年，實現101秒高約束模等離子體運行；2021年，實現1.2億攝氏度101秒等離子體運行；2023年4月12日，創造403秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行的世界紀錄韓國KSTAR2008年KSTAR是世界上首一個采用新型超導磁體（Nb3Sn）材料產生磁場的全超導聚變裝置，磁場強度是使用鈮鈦系統核聚變裝置的3倍多。KSTAR項目于1995年開始建設，2008年開始運行。設備耗資約設備耗資約4 4億美金。億美金。法國WEST-Tore-SupraTore-Supra升級。升級。2015年法國原子能委員會啟動升級計劃，2018年合肥等離子體所獲得承擔WEST

25、裝置456件鎢銅部件的研制任務，2020年9月完成全部交付。日本JT-60SA 2023年JT-60UJT-60U升級。升級。歐洲聚變能組織（F4E）和日本量子科學技術研究所（QST）合作開發，2023年11月點火證明該裝置實現了基本功能，可將等離子體加熱到2億攝氏度并維持約100秒。國際合作：國際熱核聚變堆ITER02lITERITER由中國、美國、歐盟等由中國、美國、歐盟等7 7國共同建設，總投資達國共同建設，總投資達200200億歐元。億歐元。數代托卡馬克的研究證實裝置越大，磁場越強，越容易實現聚變反應和獲得聚變能源，然而建造一個小型的托卡馬克裝置需要花費數億-數十億人民幣，建造一個實驗

26、堆的投入需要數百億-千億人民幣。1985年，蘇聯、美國、歐盟、日本最先發起倡議建立國際熱核聚變堆ITER，并于2001年完成最終設計報告。2006年，中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等正式簽署ITER協定并于2007年成立ITER國際組織實施計劃，項目總計劃投資高達200億歐元。lITERITER可分為主體部分、配套系統?？煞譃橹黧w部分、配套系統。主體部分研制難度大，主要包括磁體系統、真空室、真空杜瓦、包層模塊、偏濾器五個部分。配套系統需支撐龐大的裝置運轉，復雜性強，主要包括電源系統、加熱與電流驅動系統、冷卻水系統、診斷系統、低溫系統等。中國承擔了ITER裝置9%的采購包任務，中科院

27、等離子體物理研究所是中方任務的主要承擔單位，自2009年以來主持了超導導體、校正場線圈、磁體饋線系統等制造任務。圖15：ITER各國貢獻投資占比數據來源：中科院物理所，華龍證券研究所圖16：ITER裝置示意及中國負責的部分數據來源：中科院物理所，華龍證券研究所 國際進展：各國可控核聚變技術快速突破02世界各國核聚變技術實現快速突破。世界各國核聚變技術實現快速突破。2023年11月，美國NIF裝置創造能量凈輸出記錄，日本JT-60SA也成功實現點火。MITMIT研究證明高溫超導應用于聚變堆有可行性。研究證明高溫超導應用于聚變堆有可行性。2018年以來，MIT及其衍生公司CFS公司募資約30億美元

28、，采用REBCO進行高溫超導緊湊型聚變裝置SPARC研究，投資人包括比爾蓋茨、谷歌等。2021年其研制的單個10噸縱場磁體模型線圈磁場強度達到了20 tesla，即建造核聚變發電廠所需的磁場強度；2024年3月CFS發表報告進一步證明其2021年的實驗設計可行。后續SPARC裝置18個20噸體量的縱場磁體聯合運行，還需要考慮等離子體破裂（MDE）、垂直位移（VDE）等極端工況。圖17：MIT研制的縱場磁體模型線圈TFMC實圖數據來源：激光制造網,財聯社,中核智庫,中國核技術網,Deeptech，華龍證券研究所主體主體時間時間裝置類型裝置類型進展進展美國國家點火設施NIF2023年11月 激光聚

29、變2022年12月首次實現可控核聚變點火成功，2023年陸續進行3次點火實驗成功，其中2023年12月14日實現3.88兆焦耳的輸出能量、2.2兆焦耳的輸入能量，創下歷史最高。日本JT-60SA 2023年11月磁約束-托卡馬克JT-60SA成功點火，成為實用核聚變能源漫長發展進程中的一個里程碑俄羅斯T-15MD 2023年4月磁約束-托卡馬克2023年4月，T-15MD托卡馬克裝置首次實現穩定等離子體。該裝置2021年5月物理啟動，現正在穩定運行。歐洲W7-X裝置 2023年磁約束-仿星器在平均加熱功率為2.7MW的情況下實現了1.3吉焦耳的能量周轉，放電持續了480秒。這也是 Wendel

30、stein7-X的新紀錄，也是全球最佳價值之一。歐洲JET裝置 2021年12月磁約束-托卡馬克在歐洲聯合環（JET）中，將氫的同位素氘和氚加熱到了 1.5億攝氏度并穩定保持了5秒鐘，同時核聚變反應發生，原子核融合在了一起，釋放出59兆焦耳的能量。表4：國際核聚變裝置近期進展數據來源：風云之聲，華龍證券研究所 我國進展：已建裝置技術全球領先02l我國核聚變關鍵技術已達到全球領先水平。我國核聚變關鍵技術已達到全球領先水平。我國核聚變能研究開始于20世紀60年代初，從20世紀70年代開始，我國選擇了托卡馬克為主要研究路線。1993年，中國科學院等離子體物理研究所建成了第一臺超導托卡馬克裝置HT-7

31、。2002年，核工業西南物理研究院建成了具有偏濾器位形的中國環流器二號裝置（HL-2A），2006年，世界上第一臺全超導托卡馬克裝置東方超環（EAST）首次成功放電。l2023年12月29日，由中核集團牽頭，25家央企、科研院所和高校組成了可控核聚變創新聯合體，正式揭牌中國聚變能源有限公司，核聚變研究和建設正在加速推進。表5：我國已建成的核聚變裝置近年來的突破性運行成果數據來源：中國物理學會期刊網，央視財經，華龍證券研究所時間時間裝置裝置所屬單位所屬單位運行成果運行成果2020年12月中國環流器二號M裝置核工業西南物理研究院建成并實現首次放電，標志著我國自主掌握大型先進磁約束核聚變實驗裝置的設

32、計、建造、運行技術，并為深度參可ITER計劃及未來自主設計建造聚變堆提供重要技術支撐。2021年12月東方超環EAST中國科學院等離子體物理研究所實現1056秒的長脈沖等離子體運行，在長脈沖高參數運行方面取得新突破。2022年10月中國環流三號核工業西南物理研究院等離子體電流突破115萬安培，標志著我國核聚變研發向聚變“點火”邁進重要一步。2023年4月東方超環EAST中國科學院等離子體物理研究所EAST在第122254次實驗獲得403秒穩態高約束等離子體，創造該參數下運行時間新的紀錄。2023年8月中國環流三號核工業西南物理研究院首次實現100萬安培等離子體電流高約束模運行，再次刷新中國磁約

33、束聚變裝置運行紀錄，標志我國掌握可控核聚變高約束先進控制技術。我國進展：2個前期建設項目，投資近300億02我國目前有我國目前有2 2個前期建設階段項目，總投資計劃接近個前期建設階段項目，總投資計劃接近300300億元，將為相關產業鏈提供重大機遇。億元，將為相關產業鏈提供重大機遇。一是聚變新能計劃建設緊湊型聚變能裝置BEST，已于2023年8月獲批，總投資約85億；二是中核聚變計劃建設聚變-裂變混合堆，已于2023年11簽約，總投資超200億元。圖1：核裂變示意圖數據來源：科技導報，安徽省發改委，能量奇點，亞布力企業家論壇，中復前沿，核能號，工業能源圈，華龍證券研究所圖1：核裂變示意圖裝置裝置

34、所屬單位所屬單位類型類型總投資總投資技術目標技術目標計劃進展計劃進展/最新進展最新進展中國聚變工程實驗堆CFETR國家科技部（聯合中科院、核工業西南物理研究院等多個單位）工程堆-I期:工程驗證,O=15,穩態,200 MW,10 dpa期:示范驗證,O10,穩態,1000 MW,50 dpa將于2030s建造完成，2050s建設原型電站。CRAFTCRAFT全面建成后將是最高參數和最完備功能的磁約全面建成后將是最高參數和最完備功能的磁約束核聚變研究平臺，束核聚變研究平臺，保證未來聚變工程堆建設和關鍵部件研發的順利進行洪荒70能量奇點(團隊主要來自清華大學工程物理系核能所可控聚變實驗室)基于全高

35、溫超導磁體的緊湊型托卡馬克實驗裝置-將驗證將全高溫超導磁體應用于托卡馬克裝置的科學和工程可行性，為研制為研制下一代先進裝置打下堅實下一代先進裝置打下堅實基礎基礎2024年3月建成，將開始磁體降溫和調試運行，以盡快實現等離子體放電，是全球首臺全高溫超導托卡馬是全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置?？搜b置。預計在2024年第二季度，星環聚能將實現等離子體加熱至1700萬攝氏度，完成公司可控聚變方案初步工程驗證的所有環節。緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）聚變新能（蔚來投資、中科院合肥研究院等離子體所技術支持）緊湊型托卡馬克實驗裝置約85億2023年8月24日獲合肥市廬陽區發改委批復，計劃于計劃于20232

36、023年開工，年開工，20262026年建成運行年建成運行聚變-裂變混合堆中核聚變（核工業物理西南研究院子公司）/聯創超導混合堆超200億技術目標Q值大于30，實現連續發電功率100MW2023年11月12日簽約，預計2024年開工。表6：我國主要建設中可控核聚變項目 行業預期：首座聚變電站未來10年并網發電02全球可控核聚變商業化投資加速。全球可控核聚變商業化投資加速。根據美國的聚變能產業協會（FIA）于2023年7月發布的2023年聚變能產業報告，截至2023年初，全世界核聚變公司吸引了超過60億美元的投資，較2022年初的總投資額增加14億美元，較2021年初的18.72億美元增加40多

37、億美元。行業預期首座聚變電廠未來行業預期首座聚變電廠未來1010年并網發電。年并網發電。2023年參與FIA調查的聚變能公司數量增加13家，總數量達到43家。其中，26家公司認為聚變供電將在2035年之前實現，19家公司認為隨著成本下降、效率提升，可控核聚變將在2035年前顯示出商業可行性，反映出行業對于聚變發展的信心。數據來源：FIA，華龍證券研究所圖19：40家核聚變公司對于發電時間的預測（家）數據來源：FIA，華龍證券研究所圖20：40家核聚變公司對于商業化時間的預測（家）數據來源：FIA，華龍證券研究所圖18：全球可控核聚變領域公司數量及分布（家）目 錄3可控核聚變產業鏈2當前進展與商

38、業化可能4相關公司及投資建議5風險提示可控核聚變：“聚變”與“可控”的原理1 可控核聚變電站工作原理03可控核聚變釋放出的大量核能，需要通過核電站轉化為電能?？煽睾司圩冡尫懦龅拇罅亢四?，需要通過核電站轉化為電能。核燃料在反應堆中通過核聚變產生的熱量加熱一回路高壓水，一回路水通過蒸汽發生器加熱二回路水使之變為蒸汽。蒸汽通過管路進入汽輪機，推動汽輪發電機發電。整個過程的能量轉換是由核能轉換為熱能，熱能轉換為機械能，機械能再轉換為電能。核電站一般分為兩部分：核島核電站一般分為兩部分：核島和常規島常規島。核島：核島：是整個核電站的核心，負責將核能轉化為熱能，是整個核電站的核心，負責將核能轉化為熱能，是

39、核電站所有設備中工藝最復雜、投入成本最高的部分，投資成本占比達到58%，并且市場參與者較少，主要包含的器件有第一壁、偏濾器。常規島：利用核聚變產生的能量，轉化成蒸汽，進行發電，常規島：利用核聚變產生的能量，轉化成蒸汽，進行發電，主要包含蒸汽發生器、汽輪機、水泵、低溫系統等，與火電站類似。圖21：核聚變電站示意圖數據來源：頻譜科學，華龍證券研究所核島常規島第一壁超導磁體核能核能 把水加熱把水加熱 變為蒸汽變為蒸汽 推動汽輪機發電推動汽輪機發電 電能電能偏濾器 核聚變上中下游設備拆分03可控核聚變產業鏈上游為原材料，可控核聚變產業鏈上游為原材料，包括第一壁材料鎢、高溫超導帶材原料REBC0和氚氚燃

40、料。中游為相關設備，核心設備包括超導磁體、第一壁和偏濾器，中游為相關設備，核心設備包括超導磁體、第一壁和偏濾器，其中超導磁體占總投資成本約40-50%。高溫超導磁體可大幅提升磁場強度，是裝置運行的核心部件，第一壁的作用是控制進入等離子體的雜質、傳遞輻射到材料表面的熱量等，偏濾器的作用是控制等離子體與真空室壁面的相互作用，減少壁面的熱負荷和粒子轟擊。產業鏈下游為應用環節，產業鏈下游為應用環節，核聚變技術主要用于發電、醫療、科研等領域。圖22：核聚變電站上中下游設備拆分數據來源：國際熱核試驗堆第一壁材料的研究進展丁孝禹，上海超導官網，微觀同位素，頻譜科學，核能研究展望，Deeptech,華龍證券研

41、究所 核聚變上中下游重點環節及公司03圖23：核聚變重點環節及公司數據來源：Wind，華龍證券研究所 第一壁：鎢基合金可能是未來理想材料03第一壁是聚變裝置的關鍵部件，主要功能是有效控制進入等離子體的雜質，有效傳遞輻射到材料表面的熱量，保護非正常停堆時其它部件第一壁是聚變裝置的關鍵部件，主要功能是有效控制進入等離子體的雜質，有效傳遞輻射到材料表面的熱量，保護非正常停堆時其它部件因受等離子體轟擊而損壞。因受等離子體轟擊而損壞。我國為ITER研制的第一壁為三層結構，分別是最內側的面向等離子體材料（鈹）、中間的熱沉材料（銅鉻鋯合金，利用銅良好的導熱性把內部的熱量傳導出來，再通過冷卻劑（如氦氣）輸送到

42、反應堆外用于發電）和背后的結構支撐材料（不銹鋼）。但是，鈹和銅之間的相互擴散會形成一些脆性的金屬間化合物（如CuBe），導致材料力學性能的劣化。鎢基合金可能是未來聚變堆理想的第一壁材料。鎢基合金可能是未來聚變堆理想的第一壁材料。鎢及鎢基材料具有高熔點、高熱導率、低濺射產額和高自濺射閾值、低蒸氣壓和低氚滯留性能，成為最具應用前途的一類第一壁材料。據此，ITER已確定了一條從鈹/碳/鎢到鈹/鎢，最后變成全鎢的路線。EAST(中國核聚變實驗裝置東方超環)也確定了約3年逐步從現在的全碳到碳/鎢的過渡，最后全部變成全鎢的發展方向。我國鎢資源儲產量為世界第一，我國鎢資源儲產量為世界第一，據USGS，202

43、3年我國鎢資源儲量為 230 萬噸、占比約 52.3%，產量 6.3 萬噸、占比約 80.8%。圖24：ITER第一壁的三層結構數據來源：核能研究展望，華龍證券研究所表7：鎢基合金可能是未來聚變堆理想的第一壁材料數據來源：國際熱核試驗堆第一壁材料的研究進展丁孝禹等，華龍證券研究所內層，鈹內層，鈹/鎢鎢中層，銅合中層，銅合金金外層，不銹外層，不銹鋼鋼 高溫超導帶材和高溫超導磁體：聚變裝置核心03高溫超導帶材：規?；瘧脮r代正在開啟。高溫超導帶材：規?；瘧脮r代正在開啟。超導材料具有常規材料所不具備的零電阻、完全抗磁性和宏觀量子效應，能夠為核聚變反應提供更強磁場。一個聚變托卡馬克的超導材料用量超過

44、1萬公里，2020年全球超導帶材的產能只有3000公里，隨著以可控核聚變為代表的下游進展加速，將帶動高溫超導帶材需求快速提升、產能快速增長和價格快速下降。高溫超導磁體：聚變裝置核心，投資成本占比約四成。高溫超導磁體：聚變裝置核心，投資成本占比約四成。高溫超導磁體較之目前使用的低溫超導磁體大幅提升了磁場強度，2021年9月，美國麻省理工CFS團隊成功研制了全球首個可用于核聚變的20特斯拉高溫超導磁體，標志著高溫超導核聚變裝置進入功能樣機研制階段。根據根據ITERITER初始支出投資計劃，超導磁體預計占到總成本初始支出投資計劃，超導磁體預計占到總成本37%37%。而。而CFSCFS公司的商業化可控

45、核聚變公司的商業化可控核聚變SPARCSPARC項目中，百億研發預項目中，百億研發預算中高溫超導磁體的支出預計占比算中高溫超導磁體的支出預計占比50%50%。圖25：第二代高溫超導帶材示意圖及應用領域數據來源：東部超導，華龍證券研究所表8：2023年低溫超導/高溫超導帶材價格數據來源：上海超導，華龍證券研究所圖26：ITER初始直接支出投資成本數據來源：Approximation of the economy of fusion energy，華龍證券研究所Nb3SnNb3Sn數值數值單位單位條件條件工藝工藝超導材料臨界電流 2000A/mm24.2K，12T青銅法Nb3Sn銅超比1帶材臨界電

46、流密度800A/mm2帶材過流能力1711A4.2K，12T單位價格75元/（KA*m）YBCOYBCO數值數值單位單位條件條件工藝工藝超導材料臨界電流 50000A/mm24.2K，12T帶材寬度12mm超導薄膜厚度2微米帶材臨界電流1282A/mm2帶材過流能力1200A4.2K，12T單位價格167元/（KA*m）偏濾器：銅合金是首選材料03偏濾器通常位于真空室的上下方，主要用于控制等離子體與真空室壁面的相互作用，減少壁面的熱負荷和粒子轟擊。偏濾器通常位于真空室的上下方，主要用于控制等離子體與真空室壁面的相互作用，減少壁面的熱負荷和粒子轟擊。偏濾器是磁約束核聚變裝置最為關鍵的系統之一，直

47、接承受強粒子流和高熱流的沖擊，服役環境十分苛刻，而滿足偏濾器運行環境的熱沉材料是聚變堆正常運行的關鍵，銅合金以高熱導率、較高的強度、較好的熱穩定性和抗中子輻照性能被認為是聚變堆偏濾器用熱沉材料的銅合金以高熱導率、較高的強度、較好的熱穩定性和抗中子輻照性能被認為是聚變堆偏濾器用熱沉材料的首要候選材料。首要候選材料。我國偏濾器研發步伐不斷加快。我國偏濾器研發步伐不斷加快。為配套EAST項目，2012年，中科院等離子體所啟動偏濾器升級改造計劃。2018年，法國原子能和替代能源委員會開展的全鎢偏濾器托卡馬克核聚變實驗裝置（WEST）對我國自主研制的偏濾器W/Cu部件達成采購意向。除中科院等離子體所外，

48、國光電氣承制了中國環流器二號M裝置（HL-2M）所需的偏濾器模塊，并且生產的偏濾器還應用于ITER計劃中。圖27：偏濾器示意圖數據來源：Wind，華龍證券研究所表9：偏濾器作用偏濾器主要作用偏濾器主要作用1排出來自聚變等離子體的能流和粒子流2有效地屏蔽來自器壁的雜質，減少對芯部等離子體的污染3排出核聚變反應過程中所產生的氦灰等產物，并提取有用的熱量用于發電數據來源：核聚變堆偏濾器熱沉材料研究現狀及展望彭吳擎亮等，華龍證券研究所 目 錄3可控核聚變產業鏈2當前進展與商業化可能4相關公司及投資建議5風險提示可控核聚變：“聚變”與“可控”的原理1 數據來源：Wind，上海超導官網，華龍證券研究所 1

49、 相關公司及投資建議04公司名稱公司名稱聯創光電聯創光電精達股份精達股份永鼎股份永鼎股份國光電氣國光電氣安泰科技安泰科技西部超導西部超導特點特點高溫超導磁體在多領域進入1到N加速發展階段優質的高溫超導帶材供應商第二代高溫超導帶材產業化加速落地第一壁、偏濾器及泵閥產品優勢顯著，核工業設備打開第二增長曲線鋼研院優質資產，全鎢偏濾器復合部件在世界前列國內唯一低溫超導線材商業化生產企業可控核聚變業可控核聚變業務開展主體務開展主體參股聯創超導，持股40%參股上海超導，持股18.29%參股上海超導，持股64%-控股子公司北京安泰中科金屬材料有限公司-可控核聚變相可控核聚變相關合作方關合作方中核聚變（成都）

50、設計研究院有限公司英國TE公司/美國CFS公司國家重點研發計劃核工業西南物理研究院，ITER項目 ITER項目和EAST項目 ITER項目可控核聚變相可控核聚變相關訂單情況關訂單情況1）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簽訂協議，雙方計劃各自發揮技術優勢，采用全新技術路線，聯合建設聚變-裂變混合實驗堆項目，技術目標Q值大于30，實現連續發電功率100MW，該項目擬落戶江西省，工程總投資預計超過200億元。1）上海超導與英國TE公司進行深度合作，于2017-2020年間分批陸續供應寬幅高性能高溫超導帶材，用于強場磁體研制及超導可控核聚變。2）美國CFS的緊湊型超導可

51、控核聚變使用上海超導的4mm鍍銅高溫超導帶材。公司于 2022 年成功獲得國家重點研發計劃“國家磁約束核聚變能發展研究專項”中“聚變CICC 高溫超導磁體關鍵技術發展及磁體研制”項目的子課題“高性能 REBCO 長帶材工程化制備技術”的研發任務，作為合作單位主要承擔千米級 REBCO 長帶的批量化制備公司與中國工程物理研究院、核工業西南物理研究院均簽訂了戰略合作協議，其中核工業西南物理研究院是我國參與 ITER 計劃的主要承擔單位。公司依托產學研合作，生產的偏濾器和包層系統是 ITER 項目的關鍵部件，完成制造調試的真空高溫氦檢漏設備是全球首臺滿足 ITER 要求的包層部件的大型真空高溫氦檢漏

52、設備，同時公司偏濾器也已應用于我國 HL-2M 托卡馬克裝置。公司控股子公司安泰中科聚焦深耕可控核聚變領域,研發生產的偏濾器全鎢復合部件、鎢銅復合部件等產品成功應用于我國“人造太陽”EAST科學工程裝置和國際熱核聚變實驗堆ITER項目,其中鎢偏濾器被認為是在核聚變領域最難生產和制造的部件之一,為中國可控核聚變實現全球領跑做出了重要貢獻。公司于 2012年正式成為 ITER超導線材供貨商，我國承擔69%的 NbTi 超導線和 7%的 Nb3Sn 超導線生產任務，全部由西部超導提供，產品性能獲得業界高度肯定，已圓滿完成 ITER 項目低溫超導線材的供應任務。表10：核聚變相關公司 投資建議：投資建

53、議：近年來，全球領域可控核聚變技術突破和商業投資加速，將為相關產業鏈帶來重大機遇。首次覆蓋，給予行業“推薦”評級。個股方面，個股方面，建議關注超導磁體環節聯創光電聯創光電，高溫超導帶材制造商精達股份、永鼎股份精達股份、永鼎股份，低溫超導帶材西部超導西部超導，偏濾器制造商國國光電氣、安泰科技光電氣、安泰科技等。表11：重點公司及盈利預測數據來源：Wind；未評級企業盈利預測來自Wind一致預期。1 相關公司及投資建議04重點公司重點公司股票股票2024/4/292024/4/29EPSEPS（元）元）PEPE投資投資代碼代碼名稱名稱股價（元）股價（元）2023A2023A2024E2024E20

54、25E2025E2026E2026E2023A2023A2024E2024E2025E2025E2026E2026E評級評級600363.SH 聯創光電31.050.751.211.581.9341.425.619.616.0未評級600577.SH 精達股份4.710.210.240.310.4022.419.415.011.7未評級600105.SH 永鼎股份4.550.030.130.190.44147.736.323.710.4未評級688776.SH 國光電氣66.380.832.153.053.2280.030.921.820.6未評級000969.SZ 安泰科技9.000.240

55、.290.360.4437.031.425.320.3未評級688122.SH 西部超導38.901.161.602.072.3933.624.318.816.3未評級 目 錄3可控核聚變產業鏈2當前進展與商業化可能4相關公司及投資建議5風險提示可控核聚變：“聚變”與“可控”的原理1 風險提示1.1.行業政策不及預期。行業政策不及預期。核聚變行業基于前沿科研技術，政策不及預期可能導致相關科研經費不足、研究及建設進度放緩，影響行業發展。2.2.重要技術進展不及預期。重要技術進展不及預期。核聚變行業研究及實現難度較高，仍處于實驗探索及更新迭代階段，關鍵技術的應用仍需進一步研究，技術研究進展不及預期

56、將影響示范工程及商業化進度。3.3.相關投資不及預期。相關投資不及預期。核聚變行業需要大額投資支持，若相關科研經費投資或商業化投資不足，將影響研究及建設進度。4.4.建設進展不及預期。建設進展不及預期。聚變堆建設過程耗時多年，在建設中可能遇到等離子體位移、垂直破裂等眾多測試問題，可能導致建設進度不及預期，建成時間延后。5.5.運行實驗結果不及預期。運行實驗結果不及預期。聚變裝置建成后需要進行多次運行實驗以獲取實驗結果數據，運行時間等結果數據不及預期可能導致研究時間進一步拉長。6.6.設備交付不及預期。設備交付不及預期。聚變裝置為大型化裝置，包含多種設備和零部件，由科研院所、相關企業或國際合作完

57、成，相關設備交付不及預期可能影響建設進度。7.7.商業化進展不及預期。商業化進展不及預期?？煽睾司圩冄芯慨斍爸饕幱诳蒲须A段，尚未實現穩定放電運行，商業化可能還需面臨降本提效的進一步考慮，商業化進展可能不及預期。8.8.重點關注公司業績不及預期等。重點關注公司業績不及預期等。免責及評級說明部分免責及評級說明部分分析師聲明：分析師聲明：本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師，以勤勉盡責的職業態度，獨立、客觀、公正地出具本報告。不受本公司相關業務部門、證券發行人士、上市公司、基金管理公司、資產管理公司等利益相關者的干涉和影響。本報告清晰準確地反映了本人的研究觀點。本人不

58、會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。據此入市，風險自擔。投資評級說明：投資評級說明：免責聲明：免責聲明：本報告僅供華龍證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）的客戶使用。本公司不會因為任何機構或個人接收到報告而視其為當然客戶。本報告信息均來源于公開資料，本公司對這些信息的準確性和完整性不作任何保證。編制及撰寫本報告的所有分析師或研究人員在此保證，本研究報告中任何關于宏觀經濟、產業行業、上市公司投資價值等研究對象的觀點均如實反映研究分析人員的個人觀點。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價格的建議或詢價。本公司及分析研究人員對使用本報告及其內容所引發的任

59、何直接或間接損失及其他影響概不負責。在法律許可的情況下，本公司及所屬關聯機構可能會持有報告中提及的公司所發行的證券并進行證券交易，也可能為這些公司提供或正在爭取提供投資銀行、財務顧問或金融產品等相關服務，投資者應充分考慮本公司及所屬關聯機構就報告內容可能存在的利益沖突。版權聲明：版權聲明：本報告版權歸華龍證券股份有限公司所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登。任何人使用本報告，視為同意以上聲明。引用本報告必須注明出處“華龍證券”，且不能對本報告作出有悖本意的刪除或修改。華龍證券研究所華龍證券研究所 北京北京 蘭州蘭州 上海上海投資建議的評級標準類別評級說明報告中投資建議

60、所涉及的評級分為股票評級和行業評級（另有說明的除外）。評級標準為報告發布日后的6-12個月內公司股價（或行業指數）相對同期相關證券市場代表性指數的漲跌幅。其中：A股市場以滬深300指數為基準。股票評級買入股票價格變動相對滬深300指數漲幅在10%以上增持股票價格變動相對滬深300指數漲幅在5%至10%之間中性股票價格變動相對滬深300指數漲跌幅在-5%至5%之間減持股票價格變動相對滬深300指數跌幅在-10%至-5%之間賣出股票價格變動相對滬深300指數跌幅在-10%以上行業評級推薦基本面向好，行業指數領先滬深300指數中性基本面穩定，行業指數跟隨滬深300指數回避基本面向淡，行業指數落后滬深300指數地址：北京市東城區安定門外大街189號天鴻寶景大廈F1層華龍證券郵編：100033 地址：蘭州市城關區東崗西路638號甘肅文化大廈21樓 郵編：730030電話：0931-4635761地址：上海市浦東新區浦東大道720號11樓郵編：200000