核聚变：人类终极能源的钥匙-64页

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免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 1 证券研究报告 工业 核聚变：人类终极能源的钥匙 华泰研究 机械设备 增持 (维持) 专用设备 增持 (维持) 研究员 倪正洋 SAC No. S0570522100004 SFC No. BTM566 nizhengyang@htsc.com +(86) 21 2897 2228 研究员 李斌 SAC No. S0570517050001 SFC No. BPN269 libin@htsc.com +(86) 10 6321 1166 研究员 刘俊 SAC No. S0570523110003 SFC No. AVM464 karlliu@htsc.com +(852) 3658 6000 研究员 王兴 SAC No. S0570523070003 SFC No. BUC499 wangxing@htsc.com +(86) 21 3847 6737 联系人 王自 SAC No. S0570123070064 wangzi022582@htsc.com +(86) 21 2897 2228 行业走势图 资料来源：Wind，华泰研究 2025 年 5 月 21 日│中国内地 专题研究 全球核聚变产业迎来政策推动与技术进步，托卡马克产业链有望显著受益 美国、中国、欧洲和日本等国家和地区在核聚变领域均制定了详细的战略部 署和未来规划。全球超过 70%的受访聚变公司认为在 2031-2040 年能实现 聚变商业化应用。中国聚变实验堆 EAST 的后续项目 BEST 托卡马克（夸父 启明）近期密集招标，据央视新闻联播报道，BEST 预计将于 2027 年建成， 并将首次演示聚变能发电。在众多的技术路线中，我们认为技术成熟的托卡 马克设备有望率先实现商业化落地。随着 BEST 等聚变项目的持续落地，磁 体系统/第一壁/真空部件等托卡马克设备高价值量零部件有望显著受益。 超 70%公司预计 2031-2040 年可实现聚变商业化，BEST 项目已开始总装 美中欧日等国家在聚变领域均制定了战略部署，如美国 Helion 项目计划在 2028 年实现 50 兆瓦的聚变发电。根据 Fusion Industry Association，截至 2024Q4，全球商业核聚变公司共有 46 家。在预计可控核聚变用于商业化时 间的调查中，超过 70%的受访聚变公司认为在 2031-2040 年能够实现商业 化应用，预期乐观。据央视新闻联播报道，中国首个紧凑型聚变能实验装置 BEST 装置预计将在 2027 年建成，近期已开始密集招标，并已于 2025 年 5 月提前开始总装，将首次演示聚变能发电，为中国聚变能的发展做出前瞻性 和开创性贡献。 托卡马克磁约束技术成熟，有望率先实现商业化落地 核聚变本质是将原子核压缩到强相互作用力的作用范围而发生聚合从而释 放能量的过程，为了克服库仑力使原子核进入强相互作用力的范围而发生聚 变需满足温度、密度和约束时间三个条件。托卡马克装置通过环向场线圈、 中心螺管线圈和极向场线圈构成的磁体系统在环形真空室中构造出一个闭 合的螺旋形磁场，使得聚变燃料在真空室中发生聚变反应。中国建成的全球 首个全超导托卡马克 EAST 装置，已经实现 403 秒等离子体约束，技术成 熟。更强的磁场，能够实现更好的等离子体约束，因此能实现更高磁场强度 的高温超导未来有望帮助托卡马克率先实现商业化落地。 实验堆阶段托卡马克设备市场超 900 亿元，关注磁场线圈/第一壁/真空部件 当前可控核聚变处于工程验证阶段，建设需求以聚变实验堆为主。根据 IAEA 的数据，截至 2025 年 4 月，全球共有 80 台托卡马克装置，其中 57 台正 在运行，未建成的有 23 台。参考 FIRE 项目的建设成本，我们预计实验堆 阶段全球托卡马克设备的市场空间约 911 亿元。在设备主体结构中，磁场线 圈价值量占比最高为 55%，产业链公司有联创光电、永鼎股份、精达股份 等；第一壁部件价值量占比约为 27%，产业链公司有国光电气、安泰科技 等；真空部件价值量占比约为 15%，产业链公司有合锻智能、海陆重工等。 风险提示：技术进步不及预期；聚变技术路线变化；聚变试验堆项目推迟风 险；测算与实际误差的风险。 (21) (10) 1 11 22 May-24 Sep-24 Jan-25 May-25 (%) 机械设备 专用设备 沪深300 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 2 工业 正文目录 核心观点 ....................................................................................................................................................................... 6 可控核聚变蓬勃发展，BEST 将展示聚变能发电 .......................................................................................................... 7 核聚变技术路径多元，托卡马克或将率先落地 ........................................................................................................... 10 核聚变的温度、密度和约束时间反应条件需满足劳逊判据 ................................................................................. 10 托卡马克技术最为成熟，有望率先实现受控核聚变 ............................................................................................ 11 托卡马克由五大主体结构组成，磁体系统是核心部件 ......................................................................................... 12 托卡马克设备市场空间超 900 亿元，中国具备主体设备制造能力 ............................................................................. 14 产业链公司.................................................................................................................................................................. 17 磁体系统（主体成本占比 55%） ........................................................................................................................ 17 第一壁（主体成本占比 27%） ............................................................................................................................ 19 真空部件（主体成本占比 15%） ........................................................................................................................ 20 风险提示.............................................................................................................................................................. 21 附录 1：聚变基本原理 ................................................................................................................................................ 22 核聚变是什么？ ................................................................................................................................................... 22 核聚变在能量密度、清洁性、安全性和可持续性上具有优势 .............................................................................. 23 如何实现核聚变：温度、密度和能量约束时间.................................................................................................... 24 如何实现聚变点火：温度×密度×约束时间三重积满足劳逊判据且 Q>1 ...................................................... 25 如何实现可控：引力约束、磁约束和惯性约束，引力约束无法在地球实现 ................................................ 26 附录 2：磁约束技术路线多元，可实现长时间稳态运行 ............................................................................................. 28 磁镜：结构简单，但粒子损失严重 ...................................................................................................................... 28 场反位形装置：等离子体约束性能好，但聚变参数远低于劳森判据 ................................................................... 29 托卡马克：技术最为成熟，有望率先实现受控核聚变 ......................................................................................... 30 托卡马克由五大主体结构组成，磁体系统是核心部件 ................................................................................. 33 高温超导磁体/第一壁全钨替代提高等离子体约束性能，增殖包层推动托卡马克实现自持 .......................... 40 ITER：2025 年有望完成第一阶段建设，将成为世界上最大的托卡马克 ..................................................... 45 仿星器：运行稳定，但结构设计复杂 .................................................................................................................. 47 仿星器线圈结构设计多样，从“8”字形线圈发展到模块化线圈 ..................................................................... 47 国外仿星器研究处于领先地位，中国实现 0 到 1 突破................................................................................. 49 仿星器理论约束能力更强，设计复杂性是发展限制因素 ............................................................................. 50 附录 3：惯性约束已实现聚变点火，但能量转换效率低 ............................................................................................. 51 间接驱动是激光惯性约束主流方式，但“激光-X 射线”能量转换率低 ................................................................... 51 三种点火方式，中心点火是主流路线 .......................................................................................................... 53 美国 NIF 已实现聚变点火，中国神光Ⅲ性能位于世界前列 ................................................................................. 54 激光惯性约束聚变时间短/能量转换效率低，不适用于核电站 ............................................................................. 56 附录 4：磁惯性约束结合磁约束与惯性约束，需进一步验证 ...................................................................................... 57 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 3 工业 Z 箍缩聚变：磁场驱动内爆，能量转换效率高达 15%， ..................................................................................... 57 黑腔辐射间接驱动：辐照对称性高，中国方案改进结构实现更高性能 ........................................................ 57 磁化套筒惯性聚变：采用直接驱动，热传导损失小/能量利用率高 .............................................................. 59 磁化靶：原理简单，有待进一步验证 .................................................................................................................. 60 附录 5：技术路线总结 ................................................................................................................................................ 61 图表目录 图表 1： 海内外核聚变战略部署，近期技术突破及未来规划 ...................................................................................... 7 图表 2： 全球聚变公司数量持续增加 ........................................................................................................................... 7 图表 3： 超 70%的聚变公司认为 2040 年前可以实现聚变能商业化 ............................................................................ 7 图表 4： 中国计划 2035 建成示范堆，2050 年建成商用堆 ......................................................................................... 8 图表 5： BEST 近期开始密集招标 ............................................................................................................................... 9 图表 6： 全球首台高温超导托卡马克装置洪荒 70 ....................................................................................................... 9 图表 7： 核聚变反应需要满足温度、密度和能量约束时间三个条件.......................................................................... 10 图表 8： 氘氚反应的聚变截面和反应率大于氘氘反应和氘氦反应 ............................................................................. 10 图表 9： 温度为 1.6 亿摄氏度时，氘氚反应聚变三重积最小 .....