1证券研究报告作者：行业 评级：上次评级：行业报告：请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明机械设备强于大市强于大市维持2024 年02 月20 日（评级）分析师 朱晔 SAC 执业证书编号：S1110522080001可控核聚变：聚变创造梦想，核力展 望未来行业专题研究 人 造 太阳，未来可 期：核聚变是 一种小 质量原 子 的原子核 互相聚 合生成 中 子并伴着 巨大能 量释放 的 热核反应，可产 生大量 能 量，可控 核聚变 相当于 可 控的人造 太阳。作为核能的开发方式之一，其相 比核裂 变在安 全、绿 色、能 量密度 等方面 更具优 势，被认 为是 未来 能 源的 唯 一方 向。进行核聚变需要满足十分 苛刻的 外部条 件，并 对高温 聚变物 质进行 约束，目前解 决可控 核聚变 主要有 三种：磁约束、惯性 约束和 引力约 束，其中以 磁约 束为 原 理的 托 卡马 克 被普 遍 认为 是 最有 希 望实 现 可控 核 聚变 的 装置。聚 势 而强，核项目 遍地开 花：核聚变产业强势发展，各 国积极 发展核 项目；蓬勃而 生的核 聚变产 业带动 高温超 导材料 的需求，超导 材料的 发展也 有望大 幅降低 聚变装 置成本与规模，加速核聚变商 业化进 程。全球主要国家积极采取行 动推动 技术突 破，ITER 是各 国合作 在建的 规模最 大的可 控磁约 束核聚 变装置，为下 一步可 控核聚 变的成 功商业 化奠定基础。我国已确定以磁 约束聚 变作为 核聚变 技术发 展的主 要路线，明确 未来发 展目标 与方向，我国 自行设 计研制 的国际 首个全 超导托 卡马克装置EAST，获得403 秒稳态 高约束 等离子 体，创 造该参 数下运 行时间 新的纪 录。风 口 已至，展望未 来：核聚变产业公司数量快速 增加，融资总 额持续 增长，全球聚 变公司2023 年累 计融资 超过62 亿 美元，国内市 场的星 环聚能、能量 奇点在 近两年来均已获得两轮融资，且 融资金 额颇高。政策对核电发展的支持力 度加强，核电 站核准 提速，2019 年起 我国核 电核准 速度呈 上升趋 势，核 电机组 核准审 批步入 常态化。同时 全球电 力需求巨大，带动 可控核 聚 变潜在市 场。据 预测，全 球核聚变 市场规 模将从2022 年的2964 亿美元增长 至2027 年的3951.4 亿美元，CAGR 为6.0%。但现阶段技术发展仍处于 培育期，真正 实现“可控”和“商 业化”还需时 间沉淀，要攻 克技术、材料、工程 等多重 难题。风 险 提示：核聚变 研究成 本较高，核聚 变项目 推进不 及预期，核聚 变商业 化进程 不及预 期等。摘要2请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明1ZBYvMsPsRmNtNoNnQoRmNaQcMaQtRmMtRrNfQrRoMkPsQpN6MmMzRwMnOpMMYnOnN人造太阳，未来可期13请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明4 资料来源：IAEA，天风证券研究所图：核 裂 变 过程示 意图1.1 可控核聚变未来能源唯一方向 可 控 核 聚 变，本质 是模拟 太阳内 部发生 的氢核 聚变反 应。太阳之所以有源源不断的能量，就在于其内部一直在进 行大量的核聚变。核聚变又称核融合，是一 种小质 量原子 的原子 核互相 聚合生 成中子 并伴着 巨大能 量释放 的热核 反应，可以产生大量的能量。可控核聚变意味着人 们可以 控制核 聚变的 开启和 停止，核聚变 的反应 速度和 规模可 以随时 被调控，相当于可控的人造太阳。核 裂 变 反 应 堆发电 是全球 化趋势，但不 是长久 之计。传统的核反应堆采用核裂变释放出的热能代替煤炭燃烧生热，进而通过锅炉加热水，带动涡轮发电机进 行发电。核裂 变的原 理是用 低浓度 铀235 作为 原料，用中子 撞击一 个铀235 原子 进而释放两个中子形成链式反应，持续 放出能 量。虽 然核裂 变发电 相比传 统煤炭 发电燃 料效率 更高、更清洁，但核 废料问题尚未解决，且铀储量有限，不满足 人类可 持续发 展要求。图：核 聚 变 过程示 意图5资料来源：世界能源演进路径与中国能源结构的转型 方行明等，“人造太阳”离圆梦又近一步 揭秘中国可控核聚变 韩维正等，天风证券研究所图：能源分类1.1 可控核聚变未来能源唯一方向 能 源 是 现 代 社会存 在和发 展的物 质基础，现存 多种能 源均存 在局限 性。人类广泛开发利用的能源，包括煤、石油、天然气等化石能源，不仅不可再生，在使 用过程 中还产 生大量 污染。太阳能、地热、风能、潮汐 能等形 式的清 洁能源，只能在局部地区开发利用。页岩气、可燃 冰等新 能源也 有消耗 殆尽的 一天。可 控 核 聚 变 被视为 未来能 源的唯 一方向。可控核聚变作为核能的开发方式之一，相比核裂变在安全、绿色、能量 密度等方面更有优势，被认为有望提供近乎 无限的 清洁能 源。一 旦实现 核聚变 商业规 模发电，将一 举解决 困扰全 人类的 能源紧缺问题，为应对气候变化、保护环境 和解决 贫困与 发展问 题注入 不竭动 力，从 而改变 人类的 未来。表：可 控 核 聚变的 优势安全可靠核聚变反 应需要 氘氚燃 料达 到上亿摄 氏度的 高温和 足够 高的密度 等苛刻 条件，任何 一点细微 条件的 缺失，都会 导致温度 密度的 下降，致使聚变反应停止。环境友好 在氘氚核聚变过程中主要产生惰性氦，不产 生高放 射性、长寿命 的核废 物，也 不会产 生任何 有毒气 体或者 温室气 体。经济性明显满足全球每年一次能源消耗需要98 万t 天然 铀、1451 个三 峡电站、200 亿tce,聚变仅 需消耗 一个标 准泳池 的重水，重水 价格每 克不足 千元，聚变电站每年的重水消耗量仅为 克级水 平，远 少于裂 变电站。能量密度高1t 氘氚聚变反应释放的能量，相 当于5.7t 裂变燃 料或700 万t 原油燃 烧释放 的能量。地球 上蕴藏 的核聚 变能约 为全部 可进行 核裂变 元素释出能量的1000 万倍。原料充足1 公升海水里提取出的氘，在完全 的聚变 反应中 可释放 相当于 燃烧300 公升汽 油的能 量；而 氚可通 过中子 与锂反 应生成，在地 壳和海水中，锂都是大量存在的。6 资料来源：超导磁体技术与磁约束核聚变 王腾，天风证券研究所图：实 现 聚 变反应 的三要 素1.2 核聚变反应三要素温度、密度、能量约束时间 相 比 核 裂 变 的链式 反应，核聚变 需要满 足的 外 部条件 十分苛 刻。一是足够高的 温度，需要施加大约1 亿高温才能将两个原 子核 变成 等 离子 体，该温 度相 当 于太 阳核 心温 度的10 倍，这对 反应 容器 的 耐受 温度 提出 极限 挑 战；二是 一定 的密 度，这样两原子核发生碰撞的概率就大；三是一 定的能 量约束 时间，等离子 体在有 限的空 间里被 约束足 够长时 间，以 获得净功率增益，即产 生的 聚变功率 与用于 加热 等离子体 的功率 之比 率。核聚 变至少 需要 做到稳定 运行240h 才 具备商业 价值，而2023 年4 月创造的最高纪录是EAST 达 到的403 秒 稳态高 约束等 离子体。三 者 的 乘 积 称为聚 变三乘 积。根据劳逊判据，只有聚变三乘积大于一定值，才能产生 有效的 聚变功 率输出。7 资料来源：超导磁体技术与磁约束核聚变 王腾，天风证券研究所图：聚 变 约 束的 三 种途 径1.3 可控核聚变的三条技术路线 要获得持续的核聚变能，除了满足严 苛的外 部条件，还要 对高温 聚变物 质进行 约束，延长可 控聚变 反应时 间。解 决可控核聚变主要有三种：磁约束、惯性约束和引力 约束。其中引力约束在地球上无法实现，惯性约束由于电-激光 转化损耗极高暂不具备开发前景，磁约 束能量 转化效 率更高，是更 具发展 潜力、更成熟 的路线。引 力 约 束 主 要是靠 强大的 万有引 力来提 供对聚 变燃料 的约束 力。比如太阳的核心温度达1500 万 C，巨大的质量（质量为 地球33 万倍）形成巨 大的万 有引 力使外层 的氢不 断往 中心挤压，形成 极高 的密度，在高温 和高 压的作用 下，氢核裸露，再加上太阳有足够长的能 量约束 时间，使得核 聚变反 应得以 持续发 生。表：聚 变 约 束的 三 种途 径 原理 介 绍约 束 途径 原 理 介绍 主 要 应用引力约束通过物质自身质量产生巨 大的引 力来实 现对等离子体 的约束，类似 于 太阳的核 聚变过 程。太阳磁约束利用磁场约束带电粒子沿 磁力线 运动，使等离子体在高温和高压下发 生核聚 变反应。箍缩、磁镜、托卡马克和仿星器等惯性约束通过超高功率激光或粒子 束将微 型燃料 球加热并压缩至极高密度，引 发核聚 变反应。氢弹爆炸8 资料来源：中国力学学会公众号，环球零碳公众号，天风证券研究所图：NIF 惯 性约束 聚变1.3 可控核聚变的三条技术路线 惯性约束 是 利用粒 子的惯 性作用 来约束 粒子本 身，从 而实现 核聚变 反 应 的 一 种方 法。通过多束激光或粒子束从四面八方向一个非常微小的聚变燃料丸（通常是氘和氚 的混合 物）倾 注巨大 的能量使其达到极高的温度和压力，巨大的 压力使 聚变燃 料的密 度在短时间达到极限值，使其被喷出的同时 利用反 冲的力 量使燃 料丸内部氕氘燃料压缩，由于这些粒子的惯 性作用，它们 会持续 被挤压一段时间，并为核聚变提供发生的条 件。该方法实际上是控制多次不可控的小 核聚变 来控制 核聚变 总体强度。其技术难点在于点火瞬间需要快 速获得 高温，且燃料 丸需要具备一定的密度，并维持足够长的反 应时间。惯性约束核聚变以美国的国家点火计 划(NLF)、我国的神 光计划为代表。图：惯 性 约 束核聚 变经典 过程（以直接 驱动方 式为例）9 资料来源：resetera，环球网，新智元公众号，环球零碳公众号，天风证券研究所图：美国NIF4 次 点火1.3 可控核聚变的三条技术路线 NIF 的 四 次 点火实 现核聚 变的重 大突破。美国国家点火装置（NIF）是美国劳伦斯 利弗莫尔国家实验室（LLNL）下属 的一个 大型实 验设施，是世界上最大的激光聚变装置，通过聚 焦激光 束到微 型燃料 球上，能够产 生高温高压的环境，实现核聚变反应。点火，就是指 聚变反 应堆释 放的能 量超过了输入的能量，这是可控核聚变 技术的 一个重 要指标。NIF 的主要组成部分是192 个激光束线，每 条激光 束线都 可产生 高达500兆焦耳（MJ）的脉冲能量。当这些激 光束线 同时聚 焦在一 个小球 上时，可以形成数十亿度的高温和高压条件。NIF 的激 光器虽 然强大，但是 效率很 低。每次点火 都需要 消耗 大量的电 力，而且只能持续几十亿分之一秒。要实 现可持 续的核 聚变反 应，还 需要更 高的能量增益，更稳定的反应过程，更 经济的 运行成 本。图：NIF 国 家点火 装置表：美国NIF4 次 点火 情 况次数 时间 实 验 情况第一次 2022 年12 月14 日向目标输入了2.05MJ 的 能量，得 到了3.15MJ 的能量 输出，实现人类历史上第一 次核聚 变点火，首次 实现了可控核聚变净能量增益，Q 值达到 1.53，第二次 2023 年7 月30 日向目标输入2.05MJ 能量，产生比 太阳核 心高六 倍的温度，得到了3.88MJ 的能 量输出，比输入 能量增 加了89%，创下历史最高第三次 2023 年10 月8 日 增加了能量输入到1.9MJ，得到 了2.4MJ 的能 量输出第四次 2023 年10 月30 日 能量输入首次达到到2.2MJ，得 到了3.4MJ 的能量输 出10 资料来源：超导磁体技术与磁约束核聚变 王腾，中国数字科技馆，天风证券研究所图：磁 约 束 等离子 体1.3 可控核聚变的三条技术路线 磁 约 束 是 指 用磁场 约束等 离子体 的运动，从而 实现核 聚变的 方式。以提高温度为突破口，聚变燃料在极高温下会完全电离为由原子核和自由电子组成的等离 子体，让这团 等离子 体置身 于强磁 场的空 间，带 电的原 子核与 电子在 垂直于 磁场方向不再自由只能沿着磁场方向做回旋 运动，从而受 到约束，将高 温的燃 料与反 应容器 隔绝开。磁 约 束 核 聚 变常用 的实现 方式是 托卡马 克和仿 星器。托卡马克在保持等离子体温度方面更出色，而仿星器在保持 等离子体稳定方面更出色。环形托卡马克被普遍认 为是 最 有希 望 实现 可 控核 聚 变的 装 置，也 是目 前 主流 的 研究 方 向。中国的东方超环（EAST）和国际热 核聚变 实验堆（ITER）均利 用其来 尝试实 现核聚 变反应 过程。“托卡马克”的名字由俄文中环形、真空室、磁、线圈四 个词的 前几个 字母组 成，通 过在环 形真空 室中构 造出一 个闭合的螺旋磁场，完成对高温等离子体的 约束，聚变燃 料在周 而复始 的运动 中完成 核聚变 反应。图：托 卡 马 克约束 磁场与 基本结 构示意 图11 资料来源：IAEA，天风证券研究所图：托 卡 马 克典型 等离子 体放电 过程1.3 可控核聚变的三条技术路线 托 克 马 克 装 置是一 个环形 的真空 室和多 组磁体 组成。真空室周围分布着若干个环向场（纵场）线圈、中心 螺管（欧姆加 热）线 圈、极 向场线圈等几类磁体，等离子体运行中磁 体通入 电流产 生磁场，以激 发和控制等离子体。托卡马克工作时：由变压器引起的电 场驱动 电流（红色大 箭头）通过等离子体柱，产生一个极向磁场，将 等离子 体电流 弯曲成 一个圆 形（绿色垂直圆圈）。将等离子体柱弯 曲成一 个圆圈 可以防 止泄漏，并且在一个环形容器内这样做会形成一 个真空。另一 个围绕 圆圈长 度的磁场被称为环形磁场（绿色水平圆圈）。这 两个场 结合形 成一个 类似螺旋结构（黑色所示）的三维曲线，等离子 体在其 中受到 高度约 束。图：托 卡 马 克工作 原理零时刻之前向环形真空室中充入聚变气体，中心螺管磁体电流加到峰值。零时刻中心螺管磁体电流迅速下降，在环形真空室中产生感应电流，加速自由电子，发生碰撞电离，形成等离子体。零时刻之后再次充入聚变气体，提高真空室内反应物密度及压强，同时通过射频波和中性束注入等辅助加热手段进一步提高等离子体温度。12 资料来源：超导磁体技术与磁约束核聚变 王腾，国际电力网，IAEA，科普中国公众号等，天风证券研究所图：仿 星 器 装置图1.3 可控核聚变的三条技术路线 虽然根据 磁场位 形的 不同，人 类还曾 经建 造了磁镜、仿星 器、球形环、紧凑环、直线箍缩、环箍缩 等多种 类型磁 约束核 聚变装置，例如仿 星器，它在不 需要变 压器 的情况下 扭转磁 铁，也可以形成螺旋状，被认为能够更好 地控制 等离子 体，防 止其破裂，但结构复杂、体积大，成本 过高。磁约束 核聚变 研究70 年的历史表明，基于托卡马克装置的磁 约束 核 聚变 是 目前 最 有 希 望 实现聚 变能和 平利用 的途径。表：各 种 核 聚变装 置对比名称 原理 优点 缺点 代 表 性装置 最 新 发展进 程托卡马克 磁约束聚变目前具发展前景、最接近 聚变堆参数的装置装置规模大、系统复杂、成本高ITER、EAST、环流三号、Jet2023 年4 月，EAST 装置获得 了403 秒稳态高约束等离子体 运行，创下新纪录2023 年8 月，HL-3 首次实现100 万安培等离子体电流高约束模运行仿星器 磁约束聚变能较好的维持等离子体的 稳定运行需要三维结构的线圈，结 构复杂、制 造难度 大、成 本 高。W7-X2023 年W7-X 创造纪录持续 放电八分钟激光聚变装置 惯性约束聚变 能量增益倍数Q 值比较 高维持时间短、电光能转换 效率极低、成本高NIF、神光系列 NIF 四次点火聚势而强，核项目遍地开花213请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明14 资料来源：南方财富网公众号，各公司官网，红刊财经公众 号，智研瞻行业报告公众 号，天风证券研究所图：核 聚 变 电厂主 要产业 链及相 关公司2.1 核聚变产业链 核聚变产业链的上游主要是原料供应，覆盖 有色金 属(钨、铜 等)、特种钢 材、特 种气体(急)等 原料供 应。中游覆盖聚变技术研发、装备制造(第一 壁、偏 滤器、蒸汽发 生器、超导磁 线圈等 组件)及仿 真、控 制 软件 的 开发。下游核电建设和运营，主要目标市场 为发电。上游环节中游环节下游环节原材料聚变电厂设备应用第一壁材料：高温超导带材：蒸汽发生器：低温系统：汽轮机：偏滤器：科学实验电力生产工业生产航空航天医疗15 资料来源：科学大院公众 号，西部超导公告，天风证券研究所表：超 导 材 料的三 大特性2.2 核聚变产业发展带动超导磁体的需求 超 导 磁 体 是 托卡马 克关键 组成部 分。所有托卡马克的终极目标是将氘氚聚变原料加热到点火 点或更 高的温 度，并 加以控制地持续尽可能长的反应时间，以追 求连续 的聚变 能量输 出。即 使采用 导电性 良好的 铜作为 导体绕 制线圈，由于 电流巨大线圈不可避免地存在发热问题，从 而限制 了磁约 束核聚 变的长 时间稳 态运行。由于 超导体 具有零 电阻效 应，且 承载电流密度更高有利于建造更加紧凑、更 高场强 的聚变 装置，因此可 以极大 提升等 离子体 的约束 时间，有效 改 善长脉 冲稳态运行。超 导 磁 体 几 乎占托 卡马克 总成本 的一半。基于高温超导材料的强磁场小型化托卡马克技术路线有望 大幅降 低聚变 装置成本，建设期或将缩短到3 至4 年，大幅 缩短技 术迭代 周期，使聚变 发电初 步具备 商业化 潜力，核聚变 能研发 进入工 程可行性阶段，同时可控核聚变实验也将带 动超导 磁体需 求的增 加。零电阻超导材料最基本 性质，即 当温度 降至 临界 温度Tc 以下 时，其电 阻变 为零。超 导材 料的零电阻特性可 以用 来超 导输电 和制 造大 型超 导磁 体。其中，超 导磁 体是 超导 的关键技 术，超导 产业 的发 展 战略 即是 以超 导磁 体技 术 为核 心向 其他 商业 应用 领 域扩 展，应用场景涵盖非 磁金 属熔 炼、磁 选矿、磁 控单 晶硅 生长 炉、可控 核聚 变等 领域。完全抗磁性“迈斯纳效应”，指 将超 导体置 于外 磁场 中时，超 导体 会表 现出 完全 抗磁 性，即把原来处于体内的 磁场 排挤 出去，其内 部的 磁感 应强 度为 零。利用 超导 材料 的完 全抗磁性可以制造超 导磁 悬浮 列车等。量子隧穿效应“约瑟夫森效应”，是指 在薄绝 缘层 隔开 的两 种超 导体 之间 有电 流通 过，即有 电子对能穿过薄绝缘 层（量子 隧穿），而 超导 结上 并不 出现 电压。量 子隧 穿效 应可 用于弱电磁信号的检 测，如制 造超导 量子 干涉 仪（SQUID）等。图：从ITER 到ARC 到SPARC，反应堆 的尺寸 一直在缩小16 资料来源：环球零碳公众号，中国核电网，国际电力网，国际科技创新中心等，天风证券研究所图：国 外 核 聚变最 新进展2.3 全球各国积极布局核聚变产业 目前全球主要国家均推出政策、采取 行动推 进核聚 变的商 业化进 程，全 球可控 核聚变 不断取 得技术 突破，更接近 聚变发电。主体 时间 介绍 进展美国国家点火设施NIF 2023 年11 月LLNL 下 属的一 个大型 实验 设施，是 世界上 最大的 激 光聚变装 置，通过聚焦激光束到微型燃 料球上，能够 产生高 温高压 的环境，实现核聚变反应。2022 年12 月，NIF 首次实现聚变 点火，创造了 聚变能试验纪录。2023 年又 接连进行 了三次 点火实验，最高一次达到了3.88MJ，比输入 能 量 增 加了89%。美国托卡马克核聚变堆SPARC2023 年3 月SPARC 是一个中型托卡 马克装 置，其 中等离 子体被 新型高 温超导磁体产生的强磁场紧密限 制，它 的目标 是从等 离子体 中提取 净能量(Q 大约为10)，并产生50MW 到140MW 的聚变 能量。CFS 公司与意大利Eni 公 司签署战 略框架 协议，将致力于SPARC 项目，计 划于2025 年投 入使用，最终为ARC 铺平道路。欧洲JET 装置 2021 年12 月JET 的核心是一个真空容器，目前 该容器 容纳了90m3 的聚 变等离子体，在JT-60SA 开始运行之前，是目 前世界 上最大 的聚变 反应堆，是ITER 的迷你版。2021 年12 月创纪录的5 秒脉 冲内59MJ 的聚 变能量输出。欧洲W7-X 装置 2023 年于2014 年4 月建成，位于德 国格赖 夫斯瓦 尔德的 马克斯 普朗克研究所，是世界上最大的 仿星器 设备，配备了 用于墙 面元件 的水冷系统和升级的供暖系 统。实现了等离子体放电长达8 分钟，产生1.3GJ 的能量周转。日本JT-60SA 2023 年11 月2 日是一个由日本和欧盟共同 合作建 造运行 的超导 托卡马 克装置，位于茨城县日本原子能研 究开发 机构（JAEA）内，目 前是世 界上最大的热核聚变实验装 置。成功点火，可将等离子体 加热到2 亿摄氏 度并维持约100 秒，为ITER 的建造 奠定了 基础。俄罗斯T-15MD 2023 年4 月位于俄罗斯联邦库尔恰托 夫研究 所，独 特之处 在于高 功率和 紧凑尺寸相结合，高性能辅 助等离 子体加 热与电 流驱动 系统将 允许同时实现高等离子体温 度和密 度，脉 冲时长 可达2030 秒。2023 年4 月，实现了首次稳 定的等 离子体 操作。17 资料来源：中国能源报，中国工业报公众号，超导磁体技术与磁约束核聚变 王腾，天风证券研究所图：我国核 聚变发 展路线2.3 全球各国积极布局核聚变产业 我 国 已 确 定 以磁约 束聚变 作为核 聚变技 术发展 的主要 路线，其中关 键技术 已达到 全球领 先水平。中国可控核聚变研究始于20 世纪50 年代中期。1994 年，建成了第一台超导 托卡马 克装置HT-7。2002 年，建成了 具有偏 滤器位 形的中 国环流器二号装置（HL-2A），2006 年，世界上 第一台 全超导 托卡马 克装置 东方超 环（EAST）首次 成功放 电。2008 年至2023 年11 月20 日，我国国家磁约 束核聚 变能发 展研究 专项共 部署220 个 项目，总计安 排经费 约60 亿元，取得多项国际和国内第一的研究成果。时间 主体 进展2020 年12 月 中国环流器二号M 装置建成并实现首次 放电，标 志着我 国自 主掌 握大 型先 进磁 约束核聚变实验装 置的 设计、建造、运 行技 术，并为 深度 参与ITER 计划 及未 来自 主设 计建 造聚 变堆 提供 重要 技 术支 撑。2021 年12 月 东方超环EAST实现1056 秒的长脉 冲等 离子 体运 行，在长 脉冲 高参 数运 行方面取得新突破。2022 年10 月 中国环流三号等离 子体 电流 突 破115 万安 培，标志 着我 国核 聚变 研发 向聚变“点火”迈 进重 要一 步。2023 年4 月 东方超环EASTEAST 获得403 秒稳态高 约束 等离 子体，创 造该 参数 下运 行时间新的纪录。2023 年8 月 中国环流三号首次实现100 万安 培等 离子 体电 流高 约束 模运 行，再次 刷新中 国磁 约束 聚 变装 置运 行纪 录，标 志我 国掌 握可 控核 聚变高约束先进控 制技 术。2023 年12 月29日可控核聚变创新 联合 体由中核集团牵头，25 家 央企、科 研院 所和 高校 组成 了可 控核聚变创新联合 体，正式 揭牌中 国聚 变能 原有 限公 司。图：我国 的“东方 超环“EAST 超导磁体系统18资料来源：核能技术方向研究及发展路线图 中国工程科学 杜祥琬等，超导磁体技术与磁约束核聚变 王腾，天风证券研究所表：我 国 磁 约束聚 变的近 期、中 期、长 期目标2.3 全球各国积极布局核聚变产业 为了尽早地实现可控聚变核能的商业 化，我 国充分 利用现 有的托卡马克装置和资源，制定了完整的符合我国国 情 的中 国 磁约束 聚 变 发 展 路线 示 意图，明确 未 来发 展 目标 与 方向，2023 年11 月11 日，“三步走”发展40 年论坛在京举行，明确了“热堆走稳，快堆走实，聚变堆走好”的 原则。图：中 国 磁 约束 聚 变发 展 路线 图名称 时间 目标近期目标 2015-2021 年建立近堆芯级稳 态等 离子 体实验 平台，吸收消化、发展与 储备 聚变 工程实 验堆 关键技术，设计、预 研聚 变工 程实验 堆关 键部件等。中期目标 2021-2035 年建设、运 行聚 变 工程 实验 堆，开 展稳 态、高效、安全聚变 堆科 学研 究。长期目标 2035-2050 年发展 聚变 电站，探 索聚 变 商用 电站 的工 程、安全、经济性。图：核 能 技 术发 展 路线 图19 资料来源：等离子体物理研究所，世界科学，北极星核电网，天风证券研究所图：ITER 各国 贡献 成 本划 分（截 至23 年9 月）2.4 可控核聚变项目频出 国 际 热 核 聚 变实验 堆ITER 是当今 世界规 模最大、影响 最深远 的国际 大科学 工程之 一。其目的是通过建造反应堆级核聚变装置，验证和平利用核聚变发电的 科学和 工程技 术可行 性，是 人类受 控核聚 变研究 走向实 用的关 键一步。该计 划由中国、欧盟、俄罗斯、美国、日本、韩 国和印 度等七 方30 多 个国家 共同合 作，中 国于2006 年正式加入ITER 计划，是我 国以平等、全权伙 伴身 份参加的 迄今为 止规 模最大的 国际科 技合 作项目，中国在ITER 项目中 负责18 个采购 包的实 物贡献，约占9%。ITER 可 分 为 主体部 分、配 套系统。主体部分研制难度大，主要包括磁体系统、真空室、真空 杜瓦、包层模 块、偏 滤器五个部分。配套系统需支撑庞大的装 置运转，复杂 性强，主要包 括电源 系统、加热与 电流驱 动系统、冷却 水系统、诊断系统、低温系统等。图：中国在ITER 项目 中负责 的部分20资料来源：等离子体物理研究所，超导磁体技术与磁约束核聚变 王腾，中国科学报公众号，中科院合肥研究院等离子体所公众号，天风证券研究所图：EAST 主 要部件 示意图2.4 可控核聚变项目频出 EAST 装 置即 东方超环，是我 国自行 设计研 制的国 际首个 全超导 托卡马 克装置。由 超高真空 室、纵 场线 圈、极向 场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等 六大部 件组成，EAST 装 置具有 独有的 非圆截 面、全 超导及 主动冷 却内部 结构三 大特性，是未来十年唯一能为ITER 提供 长脉冲 稳态先 进运行 高参数 非圆等 离子体 平台的 实验装 置，将 会在发 展稳态 高性能等离子体物理的科学研究计划中处 于世界 前沿地 位，进 而为支 持ITER 和聚变 能发展 作出贡 献。EAST 装 置 具 有 三 大科 学目标：1 兆安等 离子体 电流、1 亿 度高温 等离子 体、1000 秒运 行时间。ESTA 先后于2010 年运行1 兆安等离子体电流、2018 年首次获得1 亿摄 氏度 高 温等 离 子体、2021 年5 月28 日实 现 可重 复 的1.2 亿摄 氏 度101秒和1.6 亿摄氏度20 秒等离子体运行、2021 年12 月30 日实现1056 秒 长脉冲 高参数 等离子 体运行，三大 科学目 标已经 分别独立完成。表：EAST 已 逐年完 成目标时间 成就2006 年 EAST 成功获得等离子体，首次放电成 功2010 年 运行1MA 等离子体电流2012 年成功获得超过400 秒的两千 万度高 参数偏 滤器等 离子体；获得稳定重复超过30 秒的 高约 束等 离 子体 放 电。2016 年成功实现了电子温度超过5 千万度，持续 时间达102 秒的 超高温长脉冲等离子体放电。2018 年 获得1 亿 高温等离子体2021 年 EAST 实现长脉冲高参数等离子体运行1056 秒2023 年实现了高功率温度下稳态长脉冲高约 束模式 等离子 体运行403 秒，创造了托卡马克装 置稳态 高约束 模运行 新的世 界纪录风口已至，展望未来321请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明22 资料来源：FIA，天风证券研究所图：聚 变 公 司在全 球的分 布3.1 核聚变市场乘风而上 核 聚 变 产 业 公司数 量快速 增加，有越来 越多的 团队选 择加入 聚变产 业，技 术路径 也越来 越多元 化。公司数量从2022 年33家增长 到2023 年接近50 家，一年 内有3 家退 出，13 家新 增。聚 变 公 司 的 地理分 布也很 广泛，共分布在12 个国家，美国公司数量继续位居第一，达25 家，是 行业发 展的主 导市场，有2 家公司位于中国，即新奥科技发 展公司 和能量 奇点公 司。融 资 总 额 持 续增长。截至2023 年，全球聚变公司累计融资超过62 亿美元，比2022年的48 亿 美元增 加了约14 亿美 元，增幅达27%。尽管面临通胀和利率 上升等 宏观环 境压力，投资 者对聚 变能商 业应用 的兴趣 和支持 仍在稳 步增长。图：近30 年内 成立的 相关公 司23 资料来源：财联社，科创板日报公众号，星矿数据，天眼查，天风证券研究所表：国内 可控核 聚变领 域一级 市场融 资情况（部分）3.1 核聚变市场乘风而上 可 控核 聚 变领 域 的融 资 热度 持 续升 温，资 本 加持 推 动商 业 化进 程。全球有超30 家公 司正致力 于实现 核聚 变的商业 化，累计融资超过62 亿美元，2022 年 核聚变 领域的 私人投 资额已 接近30 亿美元，一年 的投资 额超此 前的投 资总和。国内市场中成立于2021 年的星环聚能、能 量奇点，在近 两年来 均已获 得两轮 融资，且融资 金额颇 高。企 业名称 披 露日期 融 资金额 融 资轮次 投 资方能量奇点2023 年4 月28 日 近4 亿元 Pre-A 轮 照明资本、米哈 游、云和 方圆、黑门 投资2022 年2 月25 日 4 亿元 天使轮 米哈游、蔚来资 本、红衫 中国种 子基 金、蓝驰 创投星环聚能2023 年1 月6 日 未披露 Pre-A 轮 水木清华校友基 金会2022 年6 月16 日 数亿元 天使轮顺为资本、昆仑 资本、中 科创星、远 镜创 投、和玉 资本、红杉中国种 子基 金、险峰长 青、九合 创投、联 想之星、英 诺创 投、元 禾原 点、华 方资 本翌曦科技 2022 年9 月19 日 5000 万元 种子轮 中科创星、合力 投资、泓 晟基金中科海奥2020 年12 月22 日 未披露 股权融资 正心投资2018 年1 月23 日 未披露 战略融资 合星资产、方德 信基 金2017 年11 月30 日 未披露 战略融资 华文投资2015 年10 月27 日 未披露 战略融资 合肥高投24 资料来源：南方财富网，西部超导招股说明书，精达股份2023 中期报告，天风证券研究所表：国 内 相 关企业 布局可 控核聚 变最新 进展3.1 核聚变市场乘风而上 高 温 超 导 技 术不断 突破，相关企 业积极 布局可 控核聚 变领域。2023 年12 月29 日，由25 家央企、科研院所、高校 等组成的可控核聚变创新联合体正式宣 布成立，标志 着国家 及其他 社会团 体对于 可控核 聚变的 重视程 度及投 入力度 的进一步提升，我国可控核聚变进展加 速。公司名称 简介 布局联创光电主营业务为半导体激光系列及微电子 元器件 系列等 产品。产品线 涵盖激光系列及传统LED 芯片产品、智能控制 系列产 品、智 能装备 线缆、金属材料产品等产品。公司2013 年开始研发兆 瓦级 高温超 导加热 设备，2022 年3 月 公司交 付给中 铝的首台设备已经专家组验收通过，各项 指标均 合格。截至2022 年9 月30 日，超导设备在手订单超过10 台。精达股份主要业务为特种电磁线、特种导体以 及模具 制造和 维修等 研发、生产和销售业务。是国内电磁线生产制造 的龙头 企业，产品线 涵盖有 铜基电磁线、铝基电磁线、扁平电磁线、特种导 体线材 等系列 产品。参股企业上海超导的高温超导带材已 经供货 全球领 先的可 控聚变 公司，产品主要应用于超导电缆、超导限流器、调 相机、储能等、高场 磁体等 领域。永鼎股份主营业务为光缆、电缆的生产和销售、房地 产开发 和销售、境外 工程承揽与施工、实业投资等业务。公司超导带材产品已在超导感应加热 设备、可控核 聚变、超导电 缆等下 游应用中应用，以业内独有的磁通钉扎技术，研制 应用于 高强磁 场工况 下的高 载流超导带材，推进了在超导感应加热和可 控核聚 变堆的 应用。国光电气主营业务为真空及微波应用产品研发、生产 和销售。公司 产品线 涵盖微波器件、核工业设备及部件、其他 民用产 品等产 品；广 泛应用 于航空、航天、核工业、新能源等领域。公司生产的偏滤器和包层系统是ITER 项目 的关键 部件。安泰科技主营业务为先进金属材料的研发、生 产与销 售。公 司产品 线涵盖 高端粉末冶金材料及制品产业、先进功能 材料及 器件产 业、环 保工程 及装备材料产业等产品。作为独家供应商为EAST 批量提供了上 偏滤器 全钨复 合部件，也是ITER 的钨铜 复合部件的重要供应商。公司在核聚变 全钨偏 滤器复 合部件 的研究 和制造 方面走在世界的前列。西部超导主要从事高端钛合金材料、超导产品 和高性 能高温 合金材 料的研 发、生产和销售。是目前国内唯一的低温 超导线 材商业 化生产 企业，是目前全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、超导磁 体的全 流程生 产企业。开发出核聚变用 NbTi 线材导体结构设计、长线塑性加工和 磁通钉 扎控制 技术，我国承担ITER 中 69%的 NbTi 超导线和 7%的 Nb3Sn 超导线生产任务，全部由西部超导提供。25 资料来源：立鼎产业 研究院，能源与投资公众 号，中国能源新闻网，天风证券研究所图：2008-2023 年 我国历年 核电机 组核准 数量（台）3.1 核聚变市场乘风而上 政 策 对 核 电 发展的 支持力 度加强，核电 站核准 提速。由于2011 年福岛核电事故，我国核电项目审批陷入了几年的停滞期。2019 年起我国核电核准速度呈上升趋势，2020年至2022 年 分别核 准4 台、5 台、10 台，2023 年维 持高核 准量10台，核电机组核准审批步入常态化。全 球 电 力 需 求巨 大，带 动 可控 核 聚变 潜 在市 场。2022 年全球电力需求26.779 万亿千瓦时，同比增 长1.9%。其 中 中国电力需求8.4 万亿千瓦时，占全球的31.2%，比 上年提 高2 个百分 点。据Keytone ventures 预测，全球核聚变市场规模将从2022 年的2964 亿美元增长至2027 年的3951.4 亿美 元，CAGR 为6.0%。图：2020-2025 世界 电力需 求（万 亿千瓦 时）26 资料来源：基于可控核聚变技术跟踪及商业应用的启示与建议 寇书萌、张瀚舟，天风证券研究所表：核 聚 变 面临的 技术、材料和 工程等 方面的 挑战3.2 未来发展任重道远 核 聚 变“可 控”和“商业 化”依 然道阻 且长。根据科尔尼管理咨询，“核聚变技术需要几十年的时间才能 取得规 模性的商业运用，各类挑战将继续阻碍核能 源在未 来五年 内作为 替代性 可再生 能源的 进程”。现阶段技术发展仍处于培育期，真正 实现“可控”和“商 业化”还需攻克技术、材料、工程等多 重 难题。序号 分类 具 体难 题1 技术层面实现核聚变可控 需要 满足 一系列 极其 苛刻 的外 部条 件，包括 极高 的燃 烧温 度、超强 的燃 烧压 力以 及连 续 约 束时间 等。例如，在温 度方 面，在 地