国防军工行业专题报告：关注可控核聚变真空室、包层系统与杜瓦的投资机会

分析师关注可控核聚变真空室、包层系统与杜瓦的投资机会军 工 团 队 • 行 业 专 题 报 告证券研究报告 | 国防军工 | 2025年06月09日李鲁靖登记编号：S1220523090002刘明洋登记编号：S1220524010002黄凯伦登记编号：S1220524090001摘要◼真空室是实现托卡马克可控核聚变的关键结构，它负责在聚变过程中容纳并约束高温的燃烧等离子体。在试验堆ITER中，真空室部分所占成本达8%。真空室系统为托卡马克装置重要组成部分。◼真空室作为放射性物质主要约束屏障的同时，为包层和偏滤器等内部件提供支撑。其中，偏滤器用于排出和屏蔽核聚变产生的氦灰和杂质；包层与第一壁板可提供中子和高热负荷的屏蔽，并起到移除热量的作用。◼聚变包层的作用是捕获聚变反应过程中产生的能量和粒子。它在核聚变电厂中发挥三个重要作用：为反应堆制造新燃料、将核聚变能量转化为热能用于发电、以及保护核反应堆的磁体。包层不仅负责将聚变产生的能量转换为可用的电能，还要实现氚的自持和提供必要的辐照屏蔽。目前，核聚变反应堆的包层材料主要有以下几种：低活化铁素体马氏体钢 (RAFM钢)、氧化物弥散强化钢 (ODS钢)、改良RAFM钢 (CNA钢)、非机械合金化制备的ODS钢、钒合金、碳化硅复合材料以及复合块状非晶材料和高熵合金等新型材料。◼第一壁的主要作用是防止杂质进入等离子体进而污染等离子体内部环境，并防止瞬态事件发生时所导致的其他部件损伤以及人身及设备损伤。◼偏滤器是磁约束核聚变装置（如托卡马克、仿星器等）的核心部件之一，是未来聚变堆主机内部服役环境最严苛的部件，偏滤器材料在等离子体轰击下的性能演化关系着聚变堆的安全运行。◼真空杜瓦（低温恒温器）是托卡马克真空室和限制超热等离子体的超导磁体周围的“保温瓶”。真空杜瓦不仅要保证系统运行过程中拥有一个恒定的真空环境，还承担着在例如氦气泄漏或等离子体瓦解等紧急情况发生时维护整个设施安全的责任。此外，还包括隔断外部环境对极向场、纵场真空室等大部件产生的热交换，同时承受装置大部件施加的载荷。 ◼投资建议◼可控核聚变或为人类能源终极解决方案，未来商业化发展前景广阔，近年来国内外可控核聚变项目持续推进，商业化进程有望加速，建议关注可控核聚变-托卡马克装置相关配套供应商。◼1）链主企业：合锻智能（聚变堆分系统；真空室扇区、窗口延长段、重力支撑）;国光电气（混合堆总承/分系统、涉氚各类设备零部件）；联创光电（混合堆总承/分系统、超导磁体、核聚变设备）。◼2）超导磁体：永鼎股份（高温超导带材），东方钽业（超导铌材、铍材料），西部超导（低温超导线材），精达股份（高温超导带材）。◼3）电源类：英杰电气（电源总成），旭光电子（真空开关、氮化铝核心材料），王子新材（薄膜电容），许继电气（电源电气总承），弘讯科技（聚变电源器），久盛电气（特种电缆），爱科赛博（电源总成），国力股份（真空开关）。◼4）结构件/功能件：安泰科技（钨铜偏滤器、钨铜限制器、包层第一壁、钨硼中子屏蔽材料），久立特材（TF、PF导管），海陆重工（结构件），航天晨光（杜瓦系统），上海电气（杜瓦、真空室、TF线圈等），斯瑞新材（耐高温高强高导原材料）。◼5）核心模块建设及分系统制造：利柏特、中国能建。风险提示：可控核聚变技术发展不及预期；ITER项目推进不及预期；国内项目推进不及预期。2第一章 基本概况1.1 托卡马克核聚变装置中，真空室关键不可或缺，双功能核心稳态运行1.2 真空室内部结构：基于ITER项目的视角1.3 包层系统：由第一壁、屏蔽块、柔性支撑等组成1.3.1包层系统：积极探索包层材料结构1.3.2 包层系统：第一壁由金属铍、 CuZrCr合金、 316L（N）不锈钢组成1.3.3 包层系统：核聚变反应稳定进行的维护者——偏滤器1.3.4 包层系统：真空室双层壁之间需嵌入壁内屏蔽块1.4 真空杜瓦：圆桶状结构的“保温瓶”1.5 海外真空室与偏滤器供应商：SIMIC目录3第二章 相关企业2.1 合锻智能-聚变堆真空室制造工艺取得一定突破2.2 国光电气-托卡马克装置第一壁板、偏滤器、包层系统满足ITER要求2.3 航天晨光-真空杜瓦领域“小巨人”，核心供应商之一2.4 上海电气-拥有真空杜瓦、真空室等多种核心技术2.5 核心标的：关注真空室、真空杜瓦等供应企业◼ 真空室是实现托卡马克可控核聚变的关键结构，它负责在聚变过程中容纳并约束高温的燃烧等离子体。这个空间不仅是等离子体直接活动的区域，而且需要为室内的各个组成部分提供稳固的支撑。在反应器的运行过程中，在正常运行及非正常运行期间，还要承受自身和内部构件的重力、压力以及各种电磁力。◼ 真空室在聚变系统中具有双重核心功能： ① 为等离子体提供稳态运行环境：等离子体运行需要一个真空环境，真空室就是用来提供这个环境的，它是装置内部最靠近等离子体聚变反应物质的密封安全部件，非常重要。② 安全屏障： 真空室不仅要承受自身和内部构件的重力，还会受到多种复杂电磁力的作用，因此其结构稳定性和使用功能安全性对聚变堆运行尤为重要。◼ 在试验堆ITER中，真空室部分所占成本达8%。真空室系统为托卡马克装置重要组成部分。 1.1 托卡马克核聚变装置中，真空室关键不可或缺，双功能核心稳态运行资料来源：真空聚焦，可控核聚变，《真空》杂志, ， Superconductors for fusion: a roadmap ，方正证券研究所4真空室的二大功能ITER成本构成◼ 真空室作为放射性物质主要约束屏障的同时，为包层和偏滤器等内部件提供支撑。其中，偏滤器用于排出和屏蔽核聚变产生的氦灰和杂质；包层与第一壁板可提供中子和高热负荷的屏蔽，并起到移除热量的作用。◼ 以ITER项目中的真空室为例：其采用双层不锈钢结构，基本形状为中空的环形，其大环外径为19.4m，大环高度为11.3m，内部空间高度为10.263m，宽度为5.460m。真空室由9个尺寸一样的扇形单元组成，每个扇形的跨度为40°。其界面呈“D”形。内外壳体厚度均为60mm，双层壳体之间的间隙为300~800mm。◼ 真空室内部有基本的室内部件和可置换的部件，包括孔栏、加热天线、包层模块、试验包层模块、偏滤器模块以及诊断模块等。这些部件需要通过容器上的窗口进入容器内部再进行安装。真空室上开有三层窗口，分别为上部窗口、赤道窗口、下部窗口。为了使国内的工程设计人员掌握相关的设计与分析技术，为国内的托卡马克装置设计建造积累经验，国内也启动了相关的配套项目，而首先开展的就是真空室的结构分析工作。1.2 真空室内部结构：基于ITER项目的视角资料来源：可控核聚变，《真空》杂志,方正证券研究所5ITER真空室结构与40°扇区结构真空室内部结构示意图1.3 包层系统：由第一壁、屏蔽块、柔性支撑等组成6资料来源：可控核聚变，聚变产业联盟，科普中国，方正证券研究所◼ 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。包层系统包括覆盖于ITER真空室内壁的两个不同的子系统，分别是：覆盖面积为620m²的壁挂包层模块和覆盖40m²的端口挂载包层模块，以下描述中包层系统特指壁挂包层系统。整个包层系统采用模块化设计，共计440块，