可控核聚变行业专题报告：核聚成能，众志成城

核聚成能，众志成城——可控核聚变行业专题报告长江证券研究所军工&机械研究小组2025-06-03%%%%%%%%research.95579.com1分析师王贺嘉分析师赵智勇分析师臧雄分析师杨继虎SAC执业证书编号：S0490520110004SAC执业证书编号：S0490517110001SAC执业证书编号：S0490518070005SAC执业证书编号：S0490525040001SFC执业证书编号：BUX462SFC执业证书编号：BRP550SFC执业证书编号：BVO790分析师及联系人证券研究报告• 证券研究报告 •%%%%%%%%research.95579.com201可控核聚变安全高能解决终极能源问题，惯性约束和磁力约束多条技术途径并进02核聚变装置从铜基磁体到高温超导演进，中美欧日韩竞争又合作推动商业化进程03现行关注聚变装置中游构件及上游环节，典型项目各环节价值量拆分及标的梳理目 录%research.95579.com301可控核聚变安全高能解决终极能源问题，惯性约束和磁力约束多条技术途径并进%%%%%%%%research.95579.com401可控的核能均为安全、清洁、低碳、高能量密度的战略能源核能具有安全、清洁、低碳、稳定、高能量密度等优点，是人类未来理想的能源。核裂变的典型反应如：铀235的每个原子核中有 92个质子和143个中子，当 U-235 原子核吸收额外的中子时，它会迅速分成两部分，并释放巨大能量。核聚变，又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应，即两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。质量小的原子，在一定条件下(如超高温和高压)，能让核外电子摆脱原子核的束缚，两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，同时释放巨大的能量。图 ：核裂变反应原理示意图图 ：核聚变原理示意图资料来源：MIT，现代物理知识，长江证券研究所%%%%%%%%research.95579.com502“可控核聚变”是能够最终解决人类能源问题的重要途径之一核聚变的燃料来源更为丰富，如氘可以从海水中提取，预计可用时间久，有望最终解决人类能源问题。自进入工业社会以来，人类对原材料同能源的需求日益高涨，但迄今为止绝大多数原材料及能源均来自不可再生的地底矿物储存。太阳和其他恒星发出的能量本质上来自于核聚变反应。想要有效利用核聚变能，人类就需要在地球上模拟这一过程，将聚变反应限制在可控环境中，并实现对反应过程的人工控制，以保证能量的持续稳定输出，这被称为可控核聚变。核聚变能是通过轻元素（如氘和氚）聚合成更重元素时释放的能量。与核裂变相比，核聚变的燃料来源更为丰富，氘可以从海水中提取，几乎取之不尽，而氚可以通过锂与中子的反应在反应堆中生成。据估计，核聚变能的潜在燃料储量足以支持人类数万年的能源需求。图 ：核能预计可用时间久，有望最终解决人类能源问题图 ：核聚变的燃料来源更为丰富，氘可以从海水中提取资料来源：闫广厚《EAST低杂波参量衰变测量及分析研究》，耿祥《聚变堆新型屏蔽材料的研制及其力学性能研究》，长江证券研究所能源类型储能/（10^9J）预计可用时间/年石油1.2x10^1340天然气1.4x10^1350煤1.0x10^14300铀23510^1330铀23810^163x10^14锂（用于DT聚变堆）10^193x10^17%research.95579.com603能量平衡是可控核聚变项目关键指标，能量增益决定其经济性能量平衡是可控核聚变商业化的关键指标，未来可控核聚变的能量增益指标或超过10。能量增益指标（Q值）代表聚变反应输出的能量与外部输入能量的比值，聚变放能和输入能量相等是能量“得失相当”条件（QSci=1），视为聚变科学可行性的门槛；输出电能与输入电能相等是工程意义上的能量“得失相当”条件（QEng=1），视为聚变工程可行性的门槛。可控核聚变发展需要跨越4个里程碑节点，其中节点1为当前的领域最优水平；节点2为ITER水平；节点3为聚变商业示范堆（DEMO）水平；节点4为第一代商业堆水平。2025年4月，美国国家点火装置（NIF）第八次点火成功，以2.08 MJ 激光能量实现8.6 MJ 聚变能量输出，靶增益达4.13（2022年首次点火增益仅为1.53），创历史新高。图 ：可控核聚变能源开发的重要里程碑节点图 ：国家点火装置(NIF)历次聚变点火实验中的靶增益变化资料来源：聚变产业联盟，彭先觉等《聚变能源研究态势及展望》，长江证券研究所%%%%%%%%research.95579.com704根据劳逊条件，地球上目前最容易实现核聚变条件的是D-T反应实现核聚变需要满足三个基本条件，即聚变反应劳逊条件(温度、密度、约束时间三重积)：高温、高密度和长约束时间保持聚变反应环境。自然界存在多种聚变反应，主要的聚变反应都有轻核之间的相互反应。为了克服原子核间的库仑斥力，实现核聚变，必须将物质加热至极高的温度。高密度意味着等离子体中的粒子数足够大，使得原子核之间的碰撞概率增加，从而提高聚变反应的速率。为了使核聚变反应持续进行并产生可观的能量，必须维持足够长的时间，这需要有效地约束等离子体。根据几种聚变的反应截面和劳逊条件，地球上目前最容易实现聚变条件的是D-T反应，其他方式困难非常大。图 ：几种主要的聚变反应以及实现聚变的劳逊条件图 ：几种聚变反应截面及最大反应截面所对应温度(keV)资料来源：现代物理知识，王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》，长江证券研究所劳逊判据横截面%%%%%%%%research.95579.com805实现可控核聚变反应的可行技术路径主要有惯性约束和磁力约束两种 实现可控核聚变反应有三种可能的发生方式，分别为引力约束、惯性约束和磁约束。引力约束核聚变是通过自身巨大的引力束缚核燃料并发生核聚变反应。然而，当前无法制造能够满足引力约束的装置。惯性约束的原理与引力约束相似，利用惯性制造瞬时局部超高压，以期达到可控聚变的目的。磁约束聚变运用磁场来约束带电粒子，避免其接触到容器，同时通过多种辅助加热手段，将聚变原料加热至极高温诱发聚变反应发生。在磁约束聚变领域，托卡马克研究目前处于领先地位，其他有如仿星器、球形环等。在惯性约束领域，Z箍缩作为能源更具潜力，有可能发展成具有竞争力的聚变–裂变混合能源。图 ：实现可控核聚变反应有三种可能的发生方式，分别为引力约束、惯性约束和磁约束资料来源：闫广厚《EAST低杂波参量衰变测量及分析研究》，高翔等《可控核聚变科学技术前沿问题和进展》，长江证券研究所可控核聚变引力约束惯性约束磁约束恒星如太阳等美国国家点火装置我国Z箍缩装置托卡马克装置仿星器球形环%research.95579.com906全球范围聚变研究主要集中在磁约束聚变和惯性约束聚变两种技术路径 磁约束聚变的最有代表性项目有国际热核聚变实验反应堆(ITER)，而惯性约束聚变的代表性项目则有美国的国家点火装置(NIF)。世界上的磁约束聚变装置主要有托卡马克、仿星器、磁镜三种类型；惯性约束聚变的主要方式是激光和Z箍缩。在实现劳逊条件方面，激光聚变发展最快，美国NIF装置实现四次点火(能