核聚变：商业化引领未来能源走进现实

核聚变：商业化引领未来能源走进现实 分析师：贺朝晖S0910525030003周涛S09105230500012025年4月2日 本报告仅供华金证券客户中的专业投资者参考请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 核心观点 u核聚变：能源革命新纪元，资本与科技双轮驱动。可控核聚变有三种技术路线（引力约束、惯性约束与磁约束），其中托卡马克磁约束聚变是国际主流技术路线。2020年来，中/美/日/英/德等多个国家政府均通过制定国家战略和产业政策，推动核聚变技术的研发和应用，截止24年7月，核聚变行业已吸引超过71亿美元投资。AI算力需求激增，科技巨头加速布局核能领域，技术选择偏好上看，短期呈现出依赖现有核电基础设施重启（如三哩岛）或SMR部署，快速满足AI算力需求；中长期则聚焦核聚变，目标实现商业化突破。同时，AI在数据分析、智能预测、实时控制等方面的优势，正在成为推动核聚变研究和应用的重要力量。可控核聚变被视为未来最具潜力的清洁能源之一，它的实现将为AI提供强大而稳定的电力支持，二者相辅相成，共同发展。 u核心技术突破与装置迭代，商业化进程加速，BEST项目迎密集招标。近年来，美国、欧洲、日本等聚变装置持续实现里程碑测试突破，25年2月，美国核聚变商业公司Helion Energy宣布计划在华盛顿马拉加建造世界首座核聚变发电厂。我国核聚变也逐步向工程应用迈进，如我国自行设计研制的世界上第一个“全超导非圆截面托卡马克”核聚变实验装置EAST，在25年1月，实现超过1亿度1066.76秒的高约束模等离子体运行，后续BEST项目已与3月初完成首块顶板顺利浇筑，旨在推动聚变能从实验室走向商业化应用。产业链已迎来密集招标。聚变新能、中科院等离子体物理研究所公布了多项招标公告，涵盖水冷系统水泵、水冷系统6000T冷却塔和中压高压氦气纯化器等多个环节。 u超导磁体+偏滤器是托卡马克关键组成部分。超导磁体几乎占托卡马克成本的一半。目前，高温超导线材良率已提升至90%，高温超导技术发展可缩短可控核聚变装置建设周期，使聚变发电初步具备商业化潜力。偏滤器是中心等离子体与聚变材料相互作用的主要区域，性能优劣直接影响核聚变装置的运行安全性与使用寿命。 u投资建议：建议关注核聚变核心部件供应商合锻智能（603011.SH）、超导材料供应商西部超导（688122.SH）与联创光电（600363.SH）以及偏滤器供应商国光电气（688776.SH），看好核电设备龙头东方电气（600875.SH）、核级阀门领军企业中核科技（000777.SZ），核级材料供应商应流股份（603308.SH）与广大特材（688186.SH）等。此外，核电运营与建设方面，建议关注行业龙头中国核电（601985.SH）、中国广核（003816.SZ）、中国核建（601611.SH）等。 u风险提示：政策落地不及预期、技术迭代风险、安全事故风险。 目录 核聚变：能源革命新纪元 政策加码与AI赋能：资本与科技双轮驱动 全球竞速：核心技术突破与装置迭代 商业化进程加速：万亿市场爆发前夜 投资建议 风险提示 1.1核聚变是未来的终极能源 u可控核聚变被视为未来终极能源。核聚变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。从一种原子核变为另外一种原子核往往伴随着大量能量的释放。可控核聚变由于原料资源丰富、释放能量大、安全清洁、环保等优势，能基本满足人类对于未来理想终极能源的各种要求。 u实现核聚变反应，需要同时满足三个条件：足够高的温度（T）、一定的密度（n）和一定的能量约束时间（τE），三者的乘积称为聚变三乘积。根据劳逊判据，只有聚变三乘积大于一定值（5×1021m−3·s·keV能产生有效的聚变功率输出。 1.2核聚变的三大技术路线 u可控核聚变有三种技术路线，磁约束核聚变是国际主流。引力约束是靠强大的万有引力来提供对聚变燃料的约束力，目前无法在地球上实现；惯性约束是以多束极高精度激光从四面八方向一个非常微小的聚变燃料丸倾注能量，产生瞬间的高温和高压，使聚变燃料的密度在短时间达到极限值，从而引发核聚变反应；磁约束是指用磁场来约束等离子体中带电粒子的运动，通过将聚变燃料完全电离形成的等离子体置身于强磁场的空间，带电的原子核与电子在垂直于磁场方向只能沿着磁场方向做回旋运动。其中基于托卡马克装置的磁约束核聚变是目前最有希望实现聚变能和平利用的途径。 1.3提高聚变效率是主要挑战 u如何维持等离子体稳定和提高聚变反应效率是主要技术挑战。实现核聚变反应需要将氘氚原子核压缩到很小尺度的核力范围（10-15米）内，但由于原子核带正电，必须获得足够的能量或在特殊环境下才能克服彼此间的库仑势垒。在等离子体聚变技术中，磁场将等离子体束缚在一定范围内，当等离子体被加热到足够高的温度（1亿度以上）和密度时，才能发生聚变反应。 u对等离子体进行磁约束需控制“湍流”现象发生。达到聚变条件后，还需对高温聚变物进行约束，以获得持续的核聚变能。当氘核与氚核间发生聚变反应时，在此高温条件下，任何固态容器都会在极短时间内气化。大多数聚变反应堆都是基于使用磁场的等离子体约束，但在受磁场约束的高温等离子体中会产生“湍流”，热量和粒子被传输至边缘，最终损坏反应堆并缩短其运行寿命。 目录 核聚变：能源革命新纪元 政策加码与AI赋能：资本与科技双轮驱动 全球竞速：核心技术突破与装置迭代 商业化进程加速：万亿市场爆发前夜 投资建议 风险提示 2.1核聚变行业政策加码 u2020年来，全球多个主要国家都将可控核聚变视为未来能源发展的战略方向，并出台了相应的政策支持。中国、美国、日本、英国和德国等国家政府，均通过制定国家战略和产业政策，推动核聚变技术的研发和应用。 u各国政府正在加大对核聚变的投资力度。2023年9月，德国宣布未来五年内将追加3.7亿欧元用于核聚变建设；2024年7月，韩国政府决定将投入1.2万亿韩元(8.66亿美元)用于开发核聚变反应堆；2025年1月，美国能源部为“聚变创新研究引擎”项目投入1.07亿美元，英国政府宣布斥资4.1亿英镑加速核聚变能源建设， 2.2核聚变行业投融资热度升温 u截止2024年7月，核聚变行业已吸引超过71亿美元的投资。其中新资金超过9亿美元，且有4.26亿美元来自政府等公共资金，同比+57.2%。 u截止2024年7月，许多私营核聚变公司也获得了重要融资。其中包括Xcimer公司（1亿美元）、SHINE公司（9000万美元）和Helion公司（6500万美元）。2025年2月10日，Helion核聚变公司获4.25亿美元F轮融资，总投资额超过10亿美元。 2.3AI驱动下的核聚变：电力焦虑下，科技巨头布局加码 uAI算力需求激增，美国科技巨头加速布局核能领域，涵盖核裂变与核聚变技术。核能作为基荷能源优势彰显，可保障数据中心7×24小时不间断运行。核电零碳属性契合企业ESG承诺，脱碳目标叠加电力稳定性要求，当前已成为科技巨头缓解AI算力扩张与碳中和目标的矛盾的重要选项。 u短期优先核裂变，中长期看好核聚变。技术选择偏好上看，短期呈现出依赖现有核电基础设施重启（如三哩岛）或SMR部署，快速满足AI算力需求；中长期则聚焦核聚变，通过投资初创企业锁定未来清洁能源技术红利，目标实现商业化突破。 2.3AI驱动下的核聚变：AI赋能精确控制，加速发展 uAI在核聚变中运用广泛：1)模拟和预测：AI可以用于模拟和预测核聚变反应的行为。通过对已知反应的数据进行训练，可以开发出能够预测和优化核聚变反应的AI模型。2)实时监测和控制：通过使用机器学习算法，可以从传感器数据中提取有用的信息，例如温度、压力和辐射水平，并用这些信息来控制反应堆的运行参数。3)数据分析和处理：通过使用机器学习算法，可以从数据中发现聚变反应隐藏的模式和趋势。4)聚变反应堆设计：通过使用机器学习算法，可以优化反应堆的几何形状和运行参数，以提高聚变反应的效率和稳定性。 uAI加快聚变实验进程。2022年2月，DeepMind与瑞士洛桑联邦理工学院的合作展示了利用AI在所有放电实验阶段实现精确的等离子体控制的潜力。2024年2月，普林斯顿团队通过训练神经网络，提前300毫秒就预测了核聚变中的等离子不稳定态（这个时间足够约束磁场调整应对等离子体的逃逸），可控核聚变实现新突破。2024年10月，普林斯顿等离子体物理实验室开发出的突破性的AI模型将等离子体加热预测速度提高了1000万倍。 目录 核聚变：能源革命新纪元 政策加码与AI赋能：资本与科技双轮驱动 全球竞速：核心技术突破与装置迭代 商业化进程加速：万亿市场爆发前夜 投资建议 风险提示 3.1美国：计划开建世界首座核聚变发电厂 uNIF：2022年12月13日，美国国家点火设施（NIF）首次实现聚变点火。2023年，NIF又接连进行了三次点火实验，分别在7月30日、8月8日和10月30日，都成功地实现了核聚变能量超过激光能量，其中最高一次达到了3.88MJ，比输入能量增加了89%，相当于燃烧300公斤的汽油。 uSPARC：麻省理工学院等离子体科学与融合中心（PSFC）主持研究开发新一代的托卡马克核聚变堆SPARC，于2021年开始建造，为期四年完成。SPARC使用由新型高温钇钡钡铜氧化物（YBCO）制成的强力磁体来产生等离子体，产生的能量是在高温下维持等离子体所需能量的两倍，从而使融合增益Q>2，并能在10秒内实现高达140MW的聚变功率。2025年1月，Commonwealth Fusion Systems(CFS)宣布公司已经完成了聚变机SPARC上超过一半的环向场磁体线圈单元的制造。 uDIII-D：2024年10月，美国DIII-D国家聚变设施达成了20万次实验性“点火”测试里程碑。 uHelion Energy：2025年2月，美国的的核聚变商业公司Helion Energy宣布计划在华盛顿马拉加建造世界首座核聚变发电厂。 3.2欧洲：拥有世界上最大在运托卡马克装置 uJET：于1978年开始建造，位于英国牛津郡库勒姆聚变能源中心的欧洲联合环面（JET）是现有的唯一可以使用氘-氚燃料混合物运行的托卡马克设施，该燃料混合物也将用于未来的聚变发电厂。在JT-60SA开始运行之前，JET一直是世界上最大的在运托卡马克装置，并在1983年实现了第一个等离子体试验。JET数十年的实验优化了氘-氚的聚变反应，并帮助开发了管理燃料滞留、热排放和材料演变的技术。 JET托卡马克设施内部 uJET的核心是一个真空容器，目前该容器容纳了90m³的聚变等离子体。高性能氘-氚实验始于1997年，自2011年以来，真空容器的第一个壁由铍和钨制成，取自ITER的建设经验。多年来，该设施创下了多项纪录，包括1997年创纪录的0.64的Q-等离子体（产生的聚变功率与加热等离子体的外部功率之比），2021年12月创纪录的5秒脉冲内59MJ的聚变能量输出以及2024年2月再次创纪录的仅用0.2毫克燃料维持69MJ聚变能长达5秒。 3.3日本：已实现将等离子体加热至2亿度 uJT-60SA：JT-60SA位于茨城县日本原子能研究开发机构（JAEA）内，目前是世界上最大的热核聚变实验装置是世界上最大的热核聚变实验装置。JT-60SA于2023年11月2日成功点火，达到满功率后可将等离子体加热到2亿摄氏度并维持约100秒。JT-60SA的工作为ITER的建造以及日本示范发电厂—DEMO的实现奠定了基础。2024年10月，JT-60SA创造了160立方米等离子体体积的新纪录。2025年2月，日本宣布用新部件升级JT-60SA。 3.4中国：已逐步实现工程目标 uHL-2M：环流三号（HL-2M）托卡马克装置是HL-2A的改造升级装置。2022年11月，等离子体电流首次突破100万安培。2023年8月25日，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。2024年11月，启动新一