产业深度01期：序章：聚变梦想，低碳未来

产业深度 产业研究中心 2023.12.11，01期 作者：陈磊 电话：021-38038037 邮箱：chenlei022459@gtjas.com 资格证书编号：S0880522060001 作者：王浩 电话：0755-23976068 邮箱：wanghao013539@gtjas.com资格证书编号：S0880513090004 作者：鲍雁辛 电话：0755-23976830 邮箱：baoyanxin@gtjas.com 资格证书编号：S0880513070005 序章：聚变梦想，低碳未来 摘要： 万物生长靠太阳。可控核聚变，本质上是在地球上模拟太阳内部发生的氢核聚变反应。 太阳为人类的生存传输了源源不断的能源，不管是光伏、风电，本质上都来自太阳能， 为了获得理想的、可持续的能源，人类不断地向太阳探求，尝试用对物理本质的理解把太阳“搬运”到地球上来。可控核聚变作为和平利用核能的方式之一，相较发展早、技术成熟的裂变，放能多、原料丰富、放射性废物少、安全性高，是目前人类可探索到最理想的终极能源。 可控核聚变本质上是将两个轻原子核结合，产生重核并释放能量。可控核聚变的燃料以氢的同位素氕H、氘D、氚T为主，其中氘氚聚变（DT聚变）反应截面最大，反应难度最 小，是目前最为主流的技术路线。聚变反应发生的条件极为严苛，需要足够高的密度（n）、 往期回顾 先进封装产业链深度报告（三）——先进封装催化，环氧塑封料产业链迎风起 2023.12.03 机器人产业深度（六）：机器人的关节— —高效电机 2023.11.29 新能源车产业研究展望：智能化奇点到来，看好自主品牌份额提升——新能源产业研究系列（十三） 2023.11.27 先进封装产业链深度报告（一）——先进封装向高集成高互联进军，封装基板国产化空间广阔 2023.11.01 先进封装产业链深度报告（二）——封装基板材料蕴藏发展机遇，龙头企业展现成长潜力 2023.10.31 极高的温度（T）和较长的约束时间（τE），科学家将其总结为“聚变三重积”，根据劳 森判据，至少当三重积达到3×1021m-3·s·KeV，自持的聚变反应才会发生，目前国内外主要聚变堆仍在向这一目标迈进。 为逼近三重积目标，可采用不同的约束方式。引力约束靠高压，主要在太阳上发生。惯性约束靠高温、高压，但反应瞬时发生，更加适用于军工。磁约束靠高温，并用磁力将燃料约束在装置中央，解决了装置材料无法承受高温的问题，因而能够持续运转，是当前最为主流的路线。磁约束装置类型多样，其中托卡马克约束效果最好，最具发展前景。 巨型托卡马克装置规模大、投资成本高、技术要求复杂，主要由国家组织科研院所进行建设。我国聚变研究的主要单位包括核工业西南物理研究院、中科院等离子体物理研究 所，代表性装置包括环流器系列、EAST。国际上，国际热核聚变实验堆ITER是全球在建的规模最大的可控磁约束核聚变装置，由欧、中、俄、韩、日、美、印等7方30个国 家联合参与建设，其中中方实物+现金贡献度达9%。此外，受益于超导技术进步，小型 装置逐渐引起瞩目，民营资本加速入局。目前我国布局聚变的民营企业主要有新奥科技、 能量奇点、星环聚能、聚变新能。 托卡马克结构大同小异，以ITER等聚变堆结构为例，超导材料代表的磁体系统是目前实验堆装置中价值量较大的环节，代表企业包括低温超导企业西部超导、白银有色，高温超导企业上海超导、苏州新材料、上创超导。未来，聚变装置将从实验堆走向示范堆，放入氘氚燃料，包层模块中的第一壁材料、增殖单元材料将成为关键，代表企业包括中色东方、上海太洋等。 风险提示：技术进步不及预期、关键材料替代风险 产业深度 目录 1.可控核聚变：人造太阳，冉冉升起3 1.1.从化石能源到核能，从裂变到聚变3 1.2.氘、氚作燃料，质量变能量4 1.3.聚变三重积：高温×高压×约束时间5 2.“人造太阳”极高温、极高压，地球上如何承载6 2.1.惯性约束：激光驱动略胜一筹7 2.2.磁约束：托卡马克一枝独秀8 2.2.1.托卡马克工作原理：获得等离子体→持续加热至高温→发生聚变反应→实现自持燃烧8 2.2.2.托卡马克�大主体结构：真空室、磁体系统、包层模块、偏 滤器、真空杜瓦10 2.2.3.托卡马克的研制重点：超导材料、面向等离子体材料、增殖单元材料16 2.3.聚变装置发展史：迈向工程可行性验证18 2.3.1.惯性约束：NIF达成Q值约为1.5的成就19 2.3.2.磁约束：国家级科研院所主导，商业化公司切入赛道20 3.按图索骥，厘清可控核聚变产业链22 3.1.ITER项目由欧、中、俄、韩、日、美、印等7方30个国家参与，中方承担9%24 3.2.ITER主导下的国内可控核聚变托卡马克产业链26 3.3.商业聚变堆，民营企业加速进场28 4.风险提示29