2024年核电行业专题报告：可控核聚变曙光将近，产业链加速发展

一、核聚变是人类终极清洁能源，未来发展前景广阔

1.1 核聚变原理

聚变电厂仍将以传统的蒸汽涡轮方式进行发电。氘氚聚变中，大部分能量是以中子这种高速 粒子的动能形式存在，因此等离子体室外将由铅或钢等重材料组成厚层，吸收中子后转化为 热量，最后传递给锅炉机组，以蒸汽涡轮机方式发电。

1.2 核聚变具备资源丰富和安全可靠的优势

原料储量极其丰富：主要燃料氘跟氧结合成重水存在于海水之中。根据中国科学院等离子体 物理研究所文章，每公斤海水含氘 0.03 克，地球上有海水 1021千克，含氘 3×1016千克，目 前全世界能源消耗水平每年 2×1020焦耳，每年只需燃烧 106千克氘即可。因此地球上的氘足 够使用 3×1010 年之久。即使考虑到能源消耗水平的逐年增加，也足以使用 1010 年，即几百 亿年。

能量密度高：根据中国科学院等离子体物理研究所文章，“燃烧”一千克氘相当于四千克铀， 七千吨汽油或一万吨煤。也就是说“燃烧”一千克海水和燃烧 210 千克（300 升）汽油所获 得能量相当。与铀核的裂变反应比较，同样质量的核燃料，聚变反应会比裂变反应放出更多 的能量。据中国工程物理研究院经福谦等《揭开核武器神秘面纱》一文，同样重量的氘，在 全部实现反应时释放出来的能量约比铀大三倍。如果是氘和氚聚变，一公斤氘氚完全燃烧放 出的能量，相当于八万吨 TNT 爆炸的能量，比一公斤铀-235 完全裂变放出的能量约大四倍。

安全可靠：核聚变反应是自限反应，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，任何导致温度密度的下降都会致使聚变反应停止。同时，由于核聚变反应燃烧的 氘氚等离子体被磁场约束在真空容器内，其密度比空气低数个量级，聚变堆氘氚燃料含量也较低，在技术操作合规的情况下，不会引起爆炸，也不会发生泄漏事故。

核辐射小、环境友好：氘、氚等聚变反应中产生的氦，是没有放射性的。如果我们不在聚变 堆中加入铀、钍等裂变材料，那么聚变的产物中，只有氚有β辐射，其他都是中子、质子和 α粒子（α辐射）。α粒子穿透力很弱，只需要一张纸就可以起到很好的屏蔽效果。β粒子 穿透力也不强，只需要一张铝箔就可以屏蔽。此外，核聚变反应不排放碳，不会造成任何污 染，对环境友好。

1.3 核聚变发电将要求可控和自持

核能发电的两个基本要求是可控和自持。 可控：可控对于核能意味着核反应可以缓慢地按需发生，而不是像原子弹（核裂变）、氢弹 （核聚变）一样，瞬间释放巨大的能量。对于核聚变来说，理论上“可控”也是一个可以解 决的问题，只需要控制聚变燃料的浓度即可，但目前核聚变发电，还远没有到达解决“可控” 的阶段。 “可控”的核心难点在于难以将等离子体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）。早在 1957 年，英国物理学家劳森就提出了聚变三重 积的概念：聚变三重积=等离子体温度×等离子体密度×约束时间。然而，核聚变要实现自 持燃烧和稳态运行的条件极为苛刻，一是温度要足够高，使燃料变成超过 1 亿摄氏度的等离 子体；二是密度要足够高，这样两原子核发生碰撞的概率就大；三是等离子体在有限的空间 里被约束足够长时间。

自持：自持核聚变反应指的是，当原料中的原子在高温高压能量输入下达到核聚变反应一段 时间后，不需要再添加额外的能量就可以让核聚变自动持续下去，源源不断来产生能量。由 于核聚变不具备链式反应的“自循环”性质，目前纯聚变堆的研究尚无法实现反应的自持。 能量增益因子 Q 是自持的关键因素之一。Q 表示输出能量与输入能量之比。Q＞1 表示输出的 能量大于维持反应所需输入的能量，是论证可控核聚变科学可行性的第一步。一般认为，当 Q 值大于 5 的时候，核聚变反应堆能够自我维持。目前世界上 Q 值比较高的可控核聚变实验 有英国 JET，Q 值≈0.67，Q 值的最高纪录则由日本的 JT-60 托卡马克反应堆保持，Q=1.25。

自持的另一个核心难点是氚原料的自持。以目前人类的技术水平,只能实现基于氘-氚聚变 的第一代聚变堆建设。虽然地球上的氘资源十分充足,但是氚的半衰期只有 12.43 年，因此 在地球上并不存在天然氚。根据 ITER 2018 年研究计划的预测，目前可用的氚存量（据估计 约为 25 公斤）将在十年内达到峰值，之后会随着它的出售和衰变而稳步下降。这使得保障 氚的供应成为实现受控氘氚聚变反应所必须解决的重要挑战之一。

二、核聚变技术以托卡马克为主，其他多种技术持续探索

核聚变的技术路线主要包括磁约束和惯性约束两种类型，而磁约束技术路线比较丰富。 惯性约束：根据《自然资源科普与文化》，惯性约束指利用外壳的惯性限制聚变规模，通过 内爆对热核燃料进行压缩，使其达到高温高密度条件，进而实现热核点火并燃烧，其中最有 名的是用激光作为驱动源的惯性约束。2023 年 7 月 30 日，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验 室宣布国家点火装置（NIF）取得新突破，就是采用了“激光惯性约束”制造，耗资 35 亿美元。

磁约束：根据《自然资源科普与文化》，磁约束指利用磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子 组成的超高温等离子体约束在有限空间内，让核聚变反应发生并释放能量。由于在核聚变高 温下没有任何材料是固态的，俄国科学家于 1968 年首先提出用“托卡马克（Tokamak）”方 法来约束核聚变。托卡马克是俄语中“磁场”“环形”“真空室”三个词词头的组合。这种磁约束的 形状就像一个“甜甜圈”，用无形的磁场将等离子体束缚住而持续反应。托卡马克技术较为成 熟，如位于英国的 JET 装置于 2021 年 12 月生产了 5 秒内持续提供 59 兆焦耳的能量。除 了托卡马克，仿星器、磁镜、球形环、紧凑环、环箍缩等采用的也是磁约束方法。

在磁约束领域，除托卡马克外仍有其他技术路线持续探索。仿星器的设计与托卡马克一样是 将等离子体限制在一个密封的环形腔体内，但通过使用一组更复杂的外部线圈(蓝色)来控制 等离子体，从而消除了对环形腔体中循环电流的需求；场反转结构(FRC)是一种线性反应堆， 由于其结构的简单性，目标是实现更小的体积和更低的成本，该结构是由等离子枪从反应室 的两端发射的两个更简单的漩涡合并而成的，从侧面加入燃料束使该结构保持高温并快速旋 转，它拥有稳定的等离子体漩涡并与自己的内部电流和磁场结合在一起。

聚变裂变混合堆具备发展可能性。该结构是在聚变反应室外放置一层足够厚的由天然铀、铀 －238或钍－232组成的裂变包层，聚变产生的中子将在裂变包层生产钚－239及铀－233， 并释放出裂变能。混合堆相较于快堆具有不需要初始装料、生产燃料速度快的优势，相较于纯聚变堆也有更低的工程要求。 AI 技术有望助力于托卡马克的等离子体维持。核聚变过程中等离子体难以控制、容易撕裂， 根据 Jaemin Seo,Joseph Abbate 等《Avoiding fusion plasma tearing instability with deep reinforcement learning》，研究人员发现了一种用 AI 预测等离子体撕裂的方法，该 AI 控制 系统能够提前 300 毫秒预测，该报告已经登上 Nature。

三、国际可控核聚变加速推进，中国可控核聚变发展进入新时期

3.1 多国合作推进 ITER 项目，将建成世界最大托卡马克装置

3.1.1 ITER 是一个国际合作的托卡马克实验项目

可控核聚变研究耗资巨大、研究周期长，要求广泛的国际合作，ITER 应运而生。根据赵君 煜《国际热核聚变实验堆 ITER 计划》一文，1985 年提出设计和建造国际热核聚变实验堆 ITER 的倡议。根据中国科学院文章，2007 年 10 月核技术研究中心国际热核聚变实验堆 （ITER）组织在法国正式成立，标志着目前全球规模最大、影响最深远的国际重大科研合作 协议正式启动。当前承担 ITER 计划的是美国、日本、欧盟、中国、俄罗斯、韩国和印度七 方，将建设一个为验证全尺寸可控核聚变技术可行性的国际托卡马克实验堆。

3.1.2 ITER 设立两阶段目标，探索可控聚变发电可能性

ITER 将分两阶段进行研究，为商用可控聚变堆提供重要依据。根据赵君煜《国际热核聚变 实验堆 ITER 计划》一文，ITER 第一阶段的主要目标是建设一个能产生 5x105kW 聚变功 率、能量增益大于 10（在其他参数不变的情况下，若运行电流为 17MA，则总聚变功率 700MW）、重复脉冲大于 500s 氘氚燃烧的托卡马克型实验聚变堆。ITER 的建造是受控热 核聚变研究（包括等离子体物理和等离子体技术）的新阶段，并直接为设计托卡马克型商用 聚变堆提供依据。同时 ITER 还考虑了可供探索进一步改进燃烧等离子体性能的可能途径， 并准备了多种控制燃烧等离子体的手段。ITER 第二阶段的目标是拉长可控核聚变持续时间， 实现更长脉冲或接近成为准稳态或稳态运行。

ITER 将聚焦于探索可控核聚变发电可能性。根据澎湃新闻，ITER 任务包括探索新的加热方 式与能量损失机制；使用超导磁体产生的强磁场改善等离子体的约束性能、探索等离子体密 度极限；研究高性能、长寿命的材料；探索可控核聚变堆的最佳化设计等。ITER 的使命是 展示可控核聚变发电的可行性，并证明它可以不造成负面影响。它不是磁约束的商用聚变电 站的原型，但是，它是迈向磁约束商用可控聚变电站必经的重要阶段之一。

3.1.3 ITER 建设为全球分工，中国承制多类零部件

各国政府及科技界的高度重视和支持 ITER 建设。目前项目的参与国达 35 个，其中中国、 印度、日本、韩国、俄罗斯及美国分别承担 ITER 建设阶段费用的 9.1%，其中 90%将以设 备的形式贡献，另外 10%则为现金贡献；东道方欧盟贡献金额达到 45%，包括部分 ITER 零 部件与系统的制造，以及几乎所有有关该科学研究的投资。

ITER 装置的部件被拆分为 22 个采购包, 97 个子包。根据潘传红《国际热核实验反应堆 ITER计划与未来核聚变能源》一文，据联合实施协定，ITER 真空室扇区的制造任务分别由欧盟 （7 个扇区）与韩国（2 个扇区）分担；中心螺旋管则由美国与日本合作完成；偏滤器的制 造与测试则分给欧盟、俄罗斯与日本；印度与美国共同负责 ITER 的冷却水系统；包层系统 将由中国、欧盟、韩国、俄罗斯及美国制造；最后，除印度之外的 ITER 计划六个成员方都 将参与 ITER 磁体的生产。 中国承担了 12 个子包(分属 6 个采购包)的制造任务。预计研制费和加工费达 40 亿元人民 币，涉及到的部件(材料)为: 磁体支撑、包层第一壁、包层屏蔽体、气体阀门箱和辉光放电 清洗系统、修正场线圈、磁体引线、高压变电站设备、交-直流转换器、环向场磁体线圈导 体、极向场磁体线圈导体、传送车系统、诊断系统(中子通量测量、光学测量、朗缪尔探针) 等。

3.1.4 ITER 成本中磁体最高，目前已进入实质建设阶段

根据《MIT 科技评论》，截至 2021 年 6 月，ITER 项目预估成本为 220 亿美元，其中磁体 系统、容器内部件、建筑占比最高，分别达到 28%、17%、14%。在实际建造中，工厂总体 成本（包括建筑成本和主机装置外的支持部件和附属系统）被大大低估，ITER 的预算也在 逐年上升。根据核聚变发电厂 DEMO 的成本估算，制冷系统、容器内部件、磁体系统将分 别占比 16%、15%、12%。

ITER 项目仍在稳步推进，目前已进入安装工程阶段： 1998 年，ITER 工程设计获批。 2006 年，ITER 项目被正式同意并被资助，预计 2008 年将开始建设，预计成本为 100 亿欧元 (128 亿美元)，并在十年后完成。 2013 年，ITER 被核算已有许多拖延和预算超支。 2015 年，ITER 项目审查得出结论，时间轴需要往后延长至少 6 年。 2016 年，伊朗原子能组织完成了伊朗参加 ITER 的初步工作。 2017 年，完成了低温容器底座和底部柱体的安装，为托卡马克的安装铺平了道路。至此， ITER 已经完成了 65%的工作。 2020 年 7 月 28 日，ITER 托卡马克装置安装工程启动。 2025 年 ITER 预计首次等离子体运行，2035 年开始氘-氚运行。

3.2 美国：NIF 实现能量净增益

2022 年 12 月，美国国家点火设施(NIF)首次实现了净能量增益——从核聚变反应中产生的 能量比其消耗的能量更多。实验向燃料靶输送了 2.05 兆焦耳能量，实现 3.15 兆焦耳的能量 输出，首次证明了惯性约束聚变能的基本科学依据。2023 年 7 月 30 日，NIF 的聚变研究人 员成功重复了 2022 年 12 月进行的核聚变实验，第二次实现的净能量增益比上一次实验获 得的净能量更高。

3.3 欧洲：JET 氚氚聚变实验产生等离子体，升级辅助ITER

欧洲联合环面（JET）是世界首个氘氚运行聚变设施。该设施位于英国牛津郡卡勒姆聚变 能源中心，项目于 1983 年开始运营，1991 年成为世界上第一个使用 1:1 的氚和氘混合物 运行的反应堆。1997 年创下使用氘氚燃料输出 16 兆瓦的峰值聚变功率纪录，并保持至 今。2006 年 JET 开始升级，致力于为 ITER 实验奠定基础，并于 2011 年安装了新的碳/钨 等离子体面板测试 ITER 的同种配置。2023 年 10 月，JET 进行了最后一次氘氚燃料实验。 该设施在推进聚变能源研究方面发挥了重要作用，通过其创新的氘氚实验为 ITER 和未来聚 变发电厂奠定了基础。

3.4 日本：JT-60SA 成功产生等离子体

JT-60SA：位于日本茨城县，由日本量子科学技术研究所(QST)和欧洲聚变能组织(Fusion for Energy)合作建设和运行。JT-60SA 高 15.5 米，能够容纳 135 立方米等离子体，在 ITER 建 成前是全球最大的托卡马克研究装置。

该装置已于 2023 年 10 月 23 日首次成功产生等离子体。该装置预计满功率运行将实现等离 子体加热到 2 亿摄氏度，并在 28 个超导线圈组成的磁铁系统中运行 100 秒。JT-60SA 项目 的使命是通过解决 ITER 和 DEMO 的关键物理问题，为聚变能的早期实现做出贡献。

3.5 中国：可控核聚变发展目标明确，政府投资和民间投资共同繁荣

3.5.1 我国具有可控核聚变的明确目标和时间规划

聚变能是未来理想的战略能源之一。我国提出“热堆-快堆-聚变堆”核能“三步走”发展 战略，该战略要求从本世纪中期开始，在利用热堆和快堆发电的同时发展核聚变反应堆。 在磁约束聚变领域，我国托卡马克的研究目前处于领先地位。据中国工程院杜祥琬院士等 《核能技术方向研究及发展路线图》一文，我国正式参加了 ITER 项目的建设和研究;同时 正在自主设计、研发中国聚变工程试验堆(CFETR)。 我国可控核聚变能研究开始于 20 世纪 60 年代初。由于世界上主流可控核聚变一直沿用前 苏联发明的托卡马克装置，我国从 70 年代开始集中选择了托卡马克为主要研究途径，先后 建成并运行了 CT-6、KT-5、HT-6B、HL-1、HT-6M 托卡马克实验装置。 目前我国具备明确的磁约束聚变的近期、中期和远期技术目标： （1）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； （2）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； （3）远期目标（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。

国内的可控聚变发展态度明确，即将迈入新发展阶段。2023 年 12 月，以“核力启航 聚变未 来”为主题的可控核聚变未来产业推进会在蓉召开。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。会上，中国聚变能源有限公司（筹）举行揭牌仪式， 第一批未来能源关键技术攻关任务正式发布，对于创新协同推进可控聚变能源产业迈出实质 性步伐具有重要的里程碑意义。

3.5.2 政府投资项目与民间投资项目共同繁荣

（1）政府投资项目： 中科院所属合肥等离子体物理研究所(ASIPP)是我国核聚变研究的重要基地。1994 年通过国 际合作成功研制出可产生长脉冲高温等离子体的中型聚变研究装置——HT-7 超导托卡马克， 使我国成为继俄、日、法之后第四个拥有该类装置的国家。在 HT-7 成功运行的基础上，等离子体所的科学家提出了新的升级改造计划——“HT-7U 全超导非圆截面托卡马克装置建 设”计划。项目于 2003 年 10 月更名为 EAST，中文名为“东方超环”。 EAST 装置的主机部分高 11 米，直径 8 米，重 400 吨，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。其大小半径虽然只有国际热核聚变 试验堆（即 ITER）的 1/3 和 1/4，但位形与 ITER 相似且更加灵活，而且将比 ITER 早 10-15 年投入运行。EAST 或将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。

核工业西南物理研究院建设环流器一号和二号。该院建院于二十世纪六十年代中期，隶属中 国核工业集团公司。作为中国最大的受控核聚变研究基地，聚变科学所先后研制了中国环流 器一号（HL-1,1984） 和中国环流器新一号（HL-1M，1994），并取得重大进展。2002 年 12 月，建成中国第一个具有偏滤器的托卡马克装置——中国环流器二号 A（HL-2A）并进入运行，同时开展与 ITER 相关的物理与关键技术研究。

2020 年 12 月，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号 M 装置（HL-2M）在成都建成 并实现首次放电。据《中国纪检监察报》，该装置是我国目前规模最大、参数最高的先进托 卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。HL-2M 等离子体体积达到国内 现有装置 2 倍以上，等离子体电流能力提高到 2.5 兆安培以上，等离子体离子温度可达到 1.5 亿度，能实现高密度、高比压、高自举电流运行，是实现我国核聚变能开发事业跨越式 发展的重要依托装置，也是我国消化吸收 ITER 技术不可或缺的重要平台。

全超导托卡马克 EAST 装置的建成是建设 CFETR 的基础，“基于 ITER，超越 ITER”是我国 对建设 CFETR 的定位。CFETR 于 2017 年 12 月 5 日在合肥正式启动工程设计，计划 2035 年 建成工程实验堆。

CFETR 相较于目前在建的 ITER 装置，在科学问题上主要解决未来商用聚变示范堆必需的稳 态燃烧等离子体的控制技术，氚的循环与自持，聚变能输出等 ITER 装置未涵盖内容；在工 程技术与工艺上，重点研究聚变堆材料、聚变堆包层及聚变能发电等 ITER 装置上不能开展 的工作；掌握并完善建设商用聚变示范堆所需的工程技术。CFETR 装置的建设不但能为我国 进一步独立自主地开发和利用聚变能奠定坚实的科学技术与工程基础，而且使得我国率先利 用聚变能发电、实现能源的跨越式发展成为可能。 紧凑型聚变能实验装置（BEST）根据黄静《技术与产业进展共振高温超导正当时》一文， BEST 已于 8 月 24 日获合肥市庐阳区发改委批复，拟于 2023 年开工，2026 年建成运行， 总计划投资 85 亿元。

（2）民间投资： 能量奇点成立于 2021 年，是中国首家聚变能源商业公司，业务聚焦于开发高磁场、高参数、 紧凑型高温超导托卡马克装置等。HH-70 是其设计研发的全高温超导托卡马克装置，目标是 为了验证高温超导托卡马克的建造可行性以及运行过程中的安全性与磁体的鲁棒性，并探索 适用于下一台先进托卡马克装置的电流驱动手段。公司计划到 2027 年，设计建造一个稳态、 强磁场高温超导先进托卡马克，全面验证并奠定可高效获取聚变能的科学技术基础；到 2030 年，建设示范电站。

星环聚能成立于 2021 年 10 月，专注于小型化、商业化、快速迭代的可控聚变能装置的研 发、设计、建造和运行。公司的主要研发人员均毕业于清华大学工程物理系，该系核能所聚 变团队研究磁约束可控核聚变并运行国内首个球形托卡马克 SUNIST，至今已运行超过 20 年， 放电超过 10 万次，取得了丰硕的成果。2023 年 6 月，为验证重复重联原理和 1T 磁场球形 托卡马克的约束性能，由星环聚能和清华大学合作建设完成 SUNIST-2，并获得第一等离子 体。目前，星环聚能正在完成 CTRFR-1 的设计，该装置是一台等离子体参数接近聚变堆要求 的中型高温超导球形托卡马克。通过该装置，星环聚能将验证重复重联聚变堆的技术可行性。 CTRFR-1 达到预定目标后，星环聚能将启动商用示范堆（CTRFR-2）的设计和建造，努力成为 全球首个商用可控聚变示范堆。

新奥集团 2018 年正式开始致力于可控聚变研发，选择了技术难度高但具备商业化独特优势 的球形环-氢硼聚变-结合人工智能的技术路线，目标是推进可控核聚变商业化早日实现。依 托新奥建设和运行河北省紧凑型聚变重点实验室，于 2018 年获批筹建，2020 年通过验收。EXL-50（ENN Xuanlong-50，玄龙-50）是新奥自主设计建造的中型球形托卡马克实验装置。 2018 年 10 月开始启动，通过系统组织、分工协作，用 10 个月左右的时间完成了装置的设 计、制造、安装和调试工作。装置经过规范与不断改进，已实现稳定可重复的球形等离子体。 2024 年 1 月 24 日上午，由新奥自主设计建造的中国首座中等规模的球形环聚变实验装置的 升级版—玄龙-50U 正式启动，并实现等离子体放电。

四、产业链投资额明显增长，业内公司将进入大发展时期

4.1 产业链投资额近年明显提高，业内公司态度乐观

截至 2022 年年底，全世界约 130 个国有或私营聚变实验堆中有 90 个在运行，12 个在建， 28 个在计划中。过去，在科研经费不足制约了可控核聚变发展，可控核聚变研究主要由国 家机构或国际政府合作来主导。2021 年以来，鉴于可控核聚变的快速发展，私人资本开始 加速进入小型商用托卡马克领域。 2021 年后可控聚变行业投资额快速提高，私人投资已占主体。根据美国聚变产业协会（FIA） 和英国原子能管理局（UKAEA）发布的《2021 年全球聚变产业报告》，截至 2021 年聚变 企业共获得 18.7 亿美元的投资；截至 2022 年总投资额为 48 亿美元，2022 年新增投资额 达到 29.3 亿元，已超过 2021 年前累计数额；截至 2023 年总融资额为 62 亿美元，其中私 人投资额约 59 亿美元，远超过政府投资额。聚变企业获得较多投资额的公司主要有 CFS、 TAE、General Fusion、Helion Energy、Tokamak Energy、Zap Energy、新奥、shine technologies 等，从成立的公司情况上来看，2018 年后聚变公司数量明显增多。

产业链对于可控核聚变持有较为乐观的态度。根据 FIA 的调查结果显示，2023 年 30 家公 司中有 15 家公司预计在 2030-2035 年之间实现向电网供电，40 家公司中有 20 家公司预计 在 2030-2035 年之间对第一座聚变电厂实现电网供电。

4.2 磁体、包层模块和偏滤器托卡马克的重要组成部件

产业链上游制造零部件：以 ITER 项目为例，托卡马克设备的主要组成部件包括磁场线圈相 关设备、包层模块、偏滤器、真空室等。

（1）超导磁体：磁体是托卡马克装置的主体工程，早期托卡马克的磁体体积很大，背后的 原因为当时的磁体线圈都是铜制的。为了保证足够大的电流和磁场强度，就必须缠得比较粗， 且热能损耗高。为了降低磁体的功耗，维持长时间稳态运行，科学家将超导技术引入到了托 卡马克线圈上，将铜制线圈替换为电阻几乎为 0 的超导线圈。导体没有了电阻，电流流经超 导线圈时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁 场。 超导材料也有高温超导技术路线。超导材料在冷却至临界温度以下时，可以无电阻无能量损 失地传导直流电。而高温超导(HTS)磁体可在比传统托卡马克所应用的温度更高的情况下实 现超导，而后者通常需要更复杂、更昂贵的冷却系统，包括液氦。高温超导材料的工作范围 温度范围 20 到 77 开尔文(约-200℃到-250℃)，比一般超导体所需的温度要高得多。此外， 高温超导材料还能实现高磁场，例如 CFS 的 SPARC 聚变反应堆，采用高温超导材料，其 产生的磁场强度在托克马克圆环内可以达到 21 个特斯拉，而 ITER 则还不到 12 个特斯拉。 实现更高的磁场强度提高核聚变的效率，从而得到更高的投入产出。以上特性为设计体积小、 结构简单、成本低的聚变系统提供了可能，实现紧凑型托卡马克的核聚变能源新趋势。

（2）偏滤器：等离子体与器壁相互作用是托卡马克研究中最重要的问题之一，其直接影响 托卡马克装置的寿命，而偏滤器是等离子体与器壁相互作用的主要区域，也是托卡马克装置 的重要组成部分，其主要功能是用来把放电的外壳层内的带电粒子偏滤到一个单独的室内， 在此带电粒子轰击挡板，变为中性粒子被抽走，从而避免外壳层内的高能粒子轰击主放电室 壁，排出来自中心等离子体的粒子流和热流以及可控核聚变反应过程中所产生的氦灰。因此 偏滤器类似于火炉的炉底，作用为（1）排除氦灰（2）杂质控制（3）排出热量。

（3）包层模块：包层系统为整个 ITER 装置提供中子和高热负荷的屏蔽，是 ITER 的关键系 统。包层系统的制造技术也是未来可控聚变堆建造所需的关键技术之一。整个包层系统采用 模块化设计，每个模块由第一壁 (First Wall，简称 FW)、屏蔽块(Shield Module)以及柔性支 撑等组成。其中，第一壁是包层系统的核心部件，提供了包层系统与等离子体的界面并屏蔽 等离子体运行时产生的高热负荷。 以国光电气制造的第一壁为例，ITER 的第一壁板由三种材料构成，分别为面对等离子体铍 瓦材料、中间热沉 CuCrZr 合金材料和支撑背板 316L（N）不锈钢材料，三种材料之间需 冶金结合，连接技术也是 ITER 第一壁板制造的核心技术。

4.3 相关公司

4.3.1 联创光电：磁体为托卡马克关键设备，高温超导多应用场景处于突破前夕

公司专注于半导体领域业务，子公司联创超导承接高温超导业务。公司由江西省电子集团整 合旗下部分优质军工资产于 1999 年 6 月设立，公司致力于半导体产业的研究与制造，拥有 电子元器件研发生产技术。产品布局包括智能控制部件、大功率半导体激光器件及装备、背 光源及应用、电线电缆等产业板块。截至 2022 年，联创光电持有联创超导 40%股权，联创 超导所经营的高温超导业务可应用于金属熔炼、磁控硅单晶生长炉、可控核聚变。2022 年公 司智能控制产品营收占比 60.2%，毛利率 16.8%；背光源及应用产品营收占比 29.6%，毛利 率 4.5%。2022 年和 2023 年上半年联创超导均为确认销售收入，归母净利润分别为-326.2、 -223.2 万元，现阶段对公司业绩的影响较小。

联创超导在感应加热装置、磁控硅单晶生长炉、可控核聚变领域均取得了一定进展。公司 2023 年 Q4 完成大中小三个型号的高温超导感应加热装置的标准化定型，截至 2023 年 12 月 22 日，已完成 10 台高温超导感应加热装置的生产及交付；磁控硅单晶生长炉 2023 年 8 月 签订批量订单，目前研发进展顺利，公司预计 2024 年一季度可以完成样机的研制；2023 年 11 月，公司与中核集团达成合作，双方计划联合建设可控核聚变项目，实现连续发电功率 100MW，工程总投资预计超过 200 亿元人民币，联创超导负责提供主机装置中的高温超导磁 体系统和低温制冷系统部分，约占主机装置建设成本的一半左右。 传统主业利润具有一定韧性。2020 年至 2023 年前三季度，公司实现营业收入分别为 38.3 亿元、35.9 亿元、33.1 亿元、24.7 亿元，同比增长-12.1%、-6.3%、-7.6%、-17.1%；2020- 2023Q3 分别实现归母净利润 2.7、2.3、2.7、3.2 亿元，同比增长 38.6%、-14.2%、15.4%、 19.2%。

4.3.2 安泰科技：ITER 偏滤器全钨复合部件、钨铜复合部件供应商

主业为难熔钨钼高端粉末和稀土永磁材料，聚变领域为 iter 供应偏滤器全钨复合部件、钨 铜复合部件。安泰科技是中国钢研旗下新材料领域的核心产业平台和科技创新主体，目前公 司产业聚焦“以难熔钨钼为核心的高端粉末冶金及制品”和“以稀土永磁为核心的先进功 能材料及器件”两大核心产业。在核电领域，公司的难熔钨钼、精密带材、金属过滤装置等 产品为“华龙一号”、AP1000、CAP1400 等多个核电技术提供配套。公司为我国“人造太阳”EAST 大科学工程装置、国际热核聚变实验堆 ITER 项目提供偏滤器全钨复合部件、钨铜 复合部件等核心产品。2023H1 公司先进功能材料及器件营收 15.6 亿元，毛利率 19.9%；特 种粉末冶金材料及制品营收 15.1 亿元，毛利率 16.1%。该两项业务构成公司的主要营收， 2023H1 占比为 72.7%。 公司营收、利润水平稳定增长。2020 年至 2023 年前三季度，公司实现营业收入 49.8 亿元、 62.7 亿元、74.1 亿元、60.5 亿元，同比增长 4.2%、27.1%、17.1%、5.7%，实现归母净利润 1.0 亿元、1.7 亿元、2.1 亿元、2 亿元，同比增长-37.2%、67.3%、22.0%、14.4%。

4.3.3 永鼎股份：光通信主业平稳经营，高温超导带材供应商

光通信全产业链布局，高温超导带材持续推进产业化。公司业务主要布局于光通信和电力传 输领域，在光通信领域：公司立足光棒、光纤、光缆等网络基础通信产品，延伸至光芯片、 光器件、光模块、光网络集成系统等全产业链，实现从芯到线到设备传输、到数据采集和应 用的产业布局。在电力传输领域，公司业务包括海外电力工程、汽车线束和电力电缆；超导 方面，公司主营产品是第二代高温超导带材及其应用设备和超导电气产品，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广泛应用。2021 至 2023H1 经营高温超 导带材的子公司东部超导净利润分别为-822.6、-2580.8、-814.7 万元，正处产业化前夕。 公司近年经营业绩平稳。2021 年至 2023 年前三季度，公司实现营业收入 39.1、42.3、29.5 亿元，同比增长 19%、8.1%、-4.7%，实现归母净利润 1.2、2.3、0.9 亿元，同比增长 121.6%、 87.4%、6.8%。2023 年上半年，公司收入主要由汽车线束、光缆电缆及通讯设备、海外工程 承揽构成，收入占比分别约 36%、31%、29%。

4.3.4 合锻智能：高端成形机床与智能分选设备双主业发展，研制可控聚变真空室

公司是国内一流的节能环保设备的专业设计制造企业，深耕核电领域二十余年。合锻智能始 建于 1951 年，公司立足高端成形机床与智能分选设备的双主业发展模式，主要为客户提供 液压机、机械压力机、色选机、移动式破碎筛分装备、智能化集成控制及新材料等产品及服 务，产品广泛应用于汽车、家电、军工、航空航天、石化、新材料应用等领域。在核聚变领 域，公司与中国核工业二三建设有限公司在聚变堆真空室制造技术、聚变堆安装技术、大科 学装置建造技术方面开展长期战略合作，公司已承接聚变真空室构件的研制工作，计划于 2024 年交付。 公司近年营收持续增长，利润有一定波动。2021 年至 2023 年前三季度公司实现营业收入 12.1、17.3、12.3 亿元，同比增长 44.0%、43.8%、0.2%，归母净利润 0.6、0.1、0.7 亿元。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）