可控核聚变专题报告：聚变~裂变混合堆，并非一个神话.pdf

可控核聚变专题报告：聚变~裂变混合堆，并非一个神话。核聚变能具备辐射小、无碳排、自限性等优势，被认为是人类终极清洁能源。 在过去，纯聚变堆的研究遇到了燃料（氚）不能自持燃烧、能量难以实现净输 出（Q>1）等重重困难，被科学家们戏称“永远还有五十年”。裂变能的应用更加成熟，但发展受限于其安全方面的隐患。聚变-裂变混合堆结合了聚变能和 裂变能的优势，是目前最具商业化潜力的堆型之一。近年来，超导技术的快速 发展，能量增益因子 Q 值的加速突破，提振了人们对于混合堆商业化的信心。 此外，国有、私有资金的涌入更是将产业推入了快车道。我们认为，聚变-裂变 混合堆并非普遍想象的那般遥不可及，在下一个十年，或将逐步走入现实。

核聚变能是终极清洁能源：核聚变是两个或多个小的原子核在巨大的能量下合并形成一个稍大的原子核的过程。核聚变能的能量密度比石油、燃煤等传 统能源高了数百万倍，比裂变能高了百倍。此外，核聚变能还具备下列优势： （1）原材料丰富；（2）具备自限性，安全性更高；（3）不释放二氧化碳等 温室气体。因此，核聚变能备受科学家们追捧。

传统聚变堆有两大痛点：可控和自持。“可控”的核心难点在于难以将相互 排斥的、带正荷的原子核长时间约束在某一个空间内，让它们抵抗排斥力、 相互碰撞，并实现净能量输出（Q>1）。“自持”的核心难点有两个：一个 是稀缺的氚（燃料）的自持（不依赖外界，自我持续），另一个是能量的自 持。

混合堆解决了聚变堆不可控、不自持的痛点，及裂变堆的安全性问题。可控： 混合堆中的聚变堆芯主要作用为生产高能中子来使裂变包层释放裂变能，对 等离子体性能要求更低、能量需求更低。自持：混合堆中，堆芯产生的中子 可以使裂变外包层中的锂-6 变成氚，补充氚的消耗；裂变包层中，裂变反应 产生的钚-239 和铀-233 本身就是核燃料（而非核废料），能够进一步燃烧释 放能量，使整个系统的 Q>1。安全：混合堆的裂变部分处于次临界状态，不 会引起核爆等安全问题。

技术不断突破，资金持续涌入，产业关注度提升。（1）高温超导材料改变了 一定电流强度下允许的最高磁场强度，大幅增强了等离子体的约束性能，也 使得聚变堆小型化成为可能。（2）大量资金涌入核聚变赛道，行业发展按下 加速键：国际上，2021、2022 年全年投资总额达 28 亿、48 亿美元。此前， 2011-2020 年十年累计投资金额也才 20 亿美元。国内，联创光电与中核聚变 设计研究院联合建设聚变-裂变混合实验堆项目，总投资预计超过 200 亿元。 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。