可控核聚变行业：0-1产业落地可期

请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明证券研究报告|行业深度研究报告可控核聚变：0-1产业落地可期分析师：杨睿SAC NO：S1120520050003联系人：王涵邮箱：wanghan@hx168.com.cn2025年7月28日摘要摘要1什么是可控核聚变？核聚变能是具有清洁、安全、可持续等优点的终极能源。聚变能源具有反应释放能量大、运行安全可靠、燃料来源丰富、环境污染小等特点，有望成为一种可以大规模市场化供应的商业能源，在未来提供稳定的能源输出与电力供应。核聚变反应中有两个关键参数：聚变三乘积（即劳逊判据）以及聚变增益因子（即Q值），满足劳逊条件才可实现点火，提升Q值是促进可控核聚变商业化的关键。核聚变的技术路径如何？为了持续输出反应能量，对于聚变等离子体的有效约束是关键。通常对于此类高温等离子体的约束方式有3种，即引力约束、惯性约束，以及磁约束。在3种约束方式中，引力约束无法在地球上实现，惯性约束难以实现持续的聚变功率输出，因此磁约束核聚变是实现聚变能开发的有效途径。托卡马克是当下研究最为广泛、也是未来最有可能实现可控核聚变的磁约束聚变装置。根据2025年7月24日IAEA网站统计数据显示，目前全球共有25个国家或机构正在开展托卡马克规划、建设和运行，涉及的装置数量高达79个，其中57个装置处于运行状态，7个装置处于建设中，另有15个装置处于规划建设阶段。国内外聚变能源迎来发展窗口期。海外来看，2025年2月，美国Helion Energy计划在建造世界首座核聚变发电厂，预计在2028年开始为微软数据中心发电。2025年6月，谷歌母公司Alphabet与联邦聚变系统公司（CFS）签署了200兆瓦核聚变电力采购协议。同时，英国、德国、俄罗斯等积极推动聚变电站布局，多个项目预计在2030年代投运。国内来看，重点项目合肥BEST（紧凑型聚变能实验装置）于2025年1月启动了工程总装，比预计时间提前2个月，项目将于2027年完工，有望成为世界首个开展氘氚稳态燃烧的实验装置，国内主要核聚变研究机构招标加速。我们认为后续随着国内外主要聚变装置落地加速，技术领先&有供应核心部件/材料积累企业的获单能力强，有望率先受益。受益标的：①磁体系统：国光电气、联创光电等；②高温超导带材：精达股份、永鼎股份等；③真空室：合锻智能、派克新材等； ④杜瓦：航天晨光等；⑤偏滤器：安泰科技等；⑥磁体电源：爱科赛博、英杰电气、四创电子等；⑦配套设备：旭光电子等。风险提示：可控核聚变项目建设、招投标进度不及预期；可控核聚变技术瓶颈风险；可控核聚变技术路线变化风险；海内外支持政策变化风险等。21可控核聚变迎来发展窗口期31.1.1核聚变能是具有清洁、安全、可持续等优点的终极能源。聚变能源具有反应释放能量大、运行安全可靠、燃料来源丰富、环境污染小等特点，有望成为一种可以大规模市场化供应的商业能源，在未来提供稳定的能源输出与电力供应。主要优势具体来看，•反应放能效率高：聚变反应将质量转化为能量，根据爱因斯坦著名的质能方程E=mc2可知很小的质量转化为巨大的能量，所以聚变反应的放能效率极高。•运行安全可靠：聚变反应需要极为苛刻的实现条件，在发生严重事故的情况下可以较为便捷地实现停堆，从而避免熔堆事故的发生。•燃料来源丰富：聚变发电所需要的直接燃料是氘和氚。氘是很容易获得的，因为每6700份水中就有一份是氘。如果考虑到所有的海水，则有总量超过1015t的氘，足可以近乎于无限地提供我们所需要的能量。氘可以采用电解水的方法直接从水中提取，成本很低。然而氚在地球上并不天然存在，因为它是半衰期为12.3年的放射物。所以作为一种燃料，氚只能通过人工制造得到。最方便的产氚方式是中子和锂的反应。目前，有足够的锂可以至少维持几万年。所以，聚变燃料必需的原材料锂和水的储量相当丰富，而且这些原材料分布广泛，任何一个国家不可能垄断市场。•环境污染小：聚变产物没有长寿命的放射性废物，这将极大简化核电站的废物管理措施，同时减小核电站退役后对于环境的长期影响。什么是可控核聚控核聚变？图：聚变堆主循环原理示意图资料来源：王腾《我国磁约束核聚变能源的发展路径、国际合作与未来展望》，华西证券研究所4什么是可控核聚控核聚变？现有核电站采用的是核裂变技术，在较重原子核分裂为较轻原子核过程中获得能量。而核聚变反其道行之，是两个轻原子核结合形成一个较重原子核，同时释放大量能量的过程。核聚变又称热核反应，核聚变过程中，两个较轻的原子核通过碰撞结合产生一个更重的原子核，并在这个过程中损失一部分质量，以能量的形式释放出来。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，中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。氘（D）-氚（T）反应是核聚变堆设计采用的主要方式。核聚变的原料是氢（氕（H）、氘（D）、氚（T）），聚变反应的产物主要是氦（He）、铍（Be）和能量。D-T反应速率高并且反应截面较大，同时它所需的原料D容易获取，另一原料T虽然自然界中存在甚少，但可以通过中子轰击锂6得到，因此D-T反应是几种聚变反应中最具有科学可行性的反应，也是目前聚变堆设计的主要方向。1.1.1图：核裂变示意图资料来源：碳中和投资研究公众号，华西证券研究所图：核聚变示意图资料来源：碳中和投资研究公众号，华西证券研究所图：几种主要的聚变反应截面以及最大反应截面所对应的温度资料来源：现代物理知识杂志，华西证券研究所51.1.1什么是可控核聚控核聚变？核聚变反应中有两个关键参数：聚变三乘积（即劳逊判据）以及聚变增益因子（即Q值）满足劳逊条件才可实现点火。劳逊判据的核心是单位时间内聚变反应释放的能量必须大于系统损失的能量。具体来说，等离子体密度、能量约束时间和温度的乘积必须大于某个特定值，才能产生有效的聚变功率，从而实现核聚变反应的持续进行，这三者的乘积被称为“劳逊判据”。当满足劳逊判据时，意味着达到了核聚变的点火条件，即聚变反应可以自持地进行，无需再从外界输入能量。提升Q值是促进可控核聚变商业化的关键。Q值即聚变能量增益因子，定义为聚变反应产生的输出功率与外界输入装置的功率之比。•Q=1：输出能量与输入能量达到平衡。•Q≥5：由于能量输入和输出过程会有能量损耗，为了保证反应时长，需要更高Q值（至少达到Q=5）才可能在不需要外部加热的条件下实现自我维持，达到真正的点火条件。•Q≥10：如果再考虑到反应堆的建设和运营等成本，则Q值至少等于10达到经济平衡。•Q＞30：核聚变发电站有望实现商业化。2022年12月，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）首次实现了“净能量增益”，即聚变输出的能量超过输入能量；2025年4月7日，美国国家点火装置（NIF）实现第八次聚变点火，产生聚变能量8.6 MJ，靶能量增益因子Q值达到4.13，是全球首次实现靶Q值超过4倍的可控核聚变反应。图：获得核聚变反应的三要素资料来源：王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》，华西证券研究