可控核聚变展望：进入关键导入期

刘淞S1190523030002证券分析师：分析师登记编号： 请务必阅读正文之后的免责条款部分报告摘要可控核聚变开启能源革命新征程。作为人类终极能源解决方案，可控核聚变具备能源丰富、零排放、安全性高等显著优势，1g氘氚聚变释放能量相当于11.2吨标准煤，远超核裂变与化石燃料，是实现“双碳”目标的战略选择。多技术路线并行突破，磁约束与惯性约束成主流。磁约束以托卡马克、仿星器为代表；惯性约束以美国NIF为代表，国内“神光”计划持续推进激光驱动技术。两类技术均进入工程验证阶段，磁约束聚焦稳态运行，惯性约束发力点火效率，共同推动聚变能从实验室走向工程化。产业链协同发展，材料与设备成攻关核心。上游超导材料、耐辐照钨合金突破技术壁垒；中游设备进入ITER及国内实验堆供应链；下游以中核集团、中国核电为代表，推进“星火一号”混合堆（Q>30）、BEST紧凑型装置等示范项目。政策与资本双重助力，商业化进程加速。我国“十四五”规划明确支持核聚变研发，中核集团牵头成立创新联合体，25家央企与科研机构协同攻关；美国DOE、英国UKAEA等国际力量加大投入，全球私营企业融资超62亿美元。产业链相关公司：1）上游核心材料与关键部件：精达股份、永鼎股份、西部超导、安泰科技、广大特材、久立特材等。2）中游核心设备与系统集成：爱科赛博、联创光电、上海电气、国光电气、合锻智能等。3）下游工程应用与商业化：中国核电等。风险提示：核聚变项目研发进度不及预期、政策不及预期、行业竞争格局恶化、下游需求减弱导致核聚变项目需求不及预期、安全性和环境影响仍需进一步验证等。 守正出奇宁静致远 请务必阅读正文之后的免责条款部分1、多技术路线：磁约束与惯性约束为主流2、产业链协同发展：材料与设备攻关3、政策与资本助力：未来延伸空间可期4、产业链受益标的：重视有长期成长空间的方向5、风险提示目录 守正出奇宁静致远 请务必阅读正文之后的免责条款部分图表1：聚变原理图资料来源：中国科学院等离子体物理研究所、太平洋证券聚变反应原理是轻原子核如氘、氚在超1亿℃高温高压下克服库仑斥力聚合成较重原子核，如氦并释放巨大能量，能级在17.6MeV/次反应之上。选择氘（D）-氚（T）聚变因二者反应截面大、所需点火温度相对最低，约1.5亿℃，且氘可从海水提取，1升海水含30mg氘，氚能通过锂吸收中子再生，燃料获取便捷、能量密度极高（1kg氘氚聚变能量≈400万吨石油）。1.1聚变基本原理 守正出奇宁静致远图表2：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：可控核聚变科学技术前沿问题和进展、太平洋证券 请务必阅读正文之后的免责条款部分图表3：各种聚变约束途径示意图资料来源：中国知网、太平洋证券全球范围内的聚变研究主要集中在磁约束聚变和惯性约束聚变两种主要的技术路径上。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。1.2聚变研究的主要方式 守正出奇宁静致远图表4：核聚变路线图资料来源：中科院、太平洋证券磁约束途径诞生时间科研项目商业公司及融资情况托卡马克1950+ITER、EAST美国CFS融资18亿美元仿星器1950sW7-AS等法国TAE融资1500万美元场反位形1960sSXR等美国TAE 12亿美元球形托卡马克1980sSUNIST等美国TBR融资1.5亿美元偶极场2000s美国LINX，日本RFP-1中国磁云形态融资中 请务必阅读正文之后的免责条款部分利用环形磁场（环向场线圈）+极向磁场（等离子体电流/极向场线圈）形成螺旋形磁力线，强磁场约束高温等离子体至1亿℃以上，使其达到聚变条件（劳逊判据：nτT>1021）。优点：磁场约束效率高，易实现高温等离子体，技术成熟度最高，全球90%核聚变研究基于托卡马克。缺点：依赖等离子体电流维持磁场，易引发磁流体不稳定性；结构复杂，超导磁体需液氦冷却（4.2K），运行成本高。图表5：托卡马克装置示意图资料来源：Science Photo Library、太平洋证券1.3磁约束聚变装置：托卡马克 守正出奇宁静致远图表6：国际热核实验堆ITER资料来源：可控核聚变研究现状及未来展望、太平洋证券 请务必阅读正文之后的免责条款部分1.4磁约束聚变装置：仿星器通过三维螺旋形外部磁场线圈（无等离子体电流）约束等离子体，利用自然对称性避免电流引发的不稳定性，实现长时间连续运行。代表装置：W7-X，德国建造的最大仿星器，由100个超导线圈形成复杂磁场，目标验证无电流约束的稳定性和长脉冲运行，已实现30分钟氦等离子体放电。优势：无等离子体电流，避免破裂风险，适合稳态运行；磁场结构自然稳定，对材料要求较低（热负荷分布更均匀）。缺点：磁场设计复杂，建造成本是同规模托卡马克的2-3倍；同等尺寸下约束时间比托卡马克短50%。图表7：托卡马克（a）和仿星器（b）示意图资料来源：经济学人、太平洋证券 守正出奇宁静致远图表8：Wendelstein 7-X仿星器的技术设计资料来源：Wendelstein 7-X、太平洋证券 请务必阅读正文之后的免责条款部分1.5惯性约束聚变：Z箍缩惯性约束聚变惯性约束聚变通过高功率驱动器（激光、离子束等）在极短时间（纳秒级）内均匀轰击微型燃料靶丸（氘氚混合物），利用靶丸物质消融反冲产生的惯性压力，将燃料压缩至超高密度。优势：小型化潜力：单装置尺寸远小于磁约束装置，适合分布式能源布局；无需稳态约束，通过重复脉冲实现连续能量输出，可模拟核武器物理，推动极端条件下的物质科学研究。缺点：驱动器效率低；靶丸制备苛刻；辐照不均匀性导致压缩效率下降能量输出断续；依赖高效能量转换与储能系统。表9：聚龙一号点火瞬间资料来源：新浪微博、太平洋证券 守正出奇宁静致远图表10：“聚龙一号”装置电功率和X射线辐射功率资料来源：中国工程科学、太平洋证券 请务必阅读正文之后的免责条款部分1.6可控核聚变：各国的资本开支是投资预判的前瞻性指标图表11：主要国家资本开支计划资料来源：各国新闻、太平洋证券国家现有总投资（截至2025年）中国国家队：中核集团30-60亿元；中科院150亿元；中国聚变能源公司获17.5亿元增资私营企业：联创光电4180万元（首单）、星环聚能15亿元美国私营企业：CFS（20亿美元）、Helion（10亿美元）、TAE（13亿美元）政府项目：ITER美国份额（约20亿美元）欧洲（英国/德国）英国：Tokamak Energy（3.35亿英镑）；德国：Proxima Fusion（2750万欧元）、MarvelFusion（6200万欧元）加拿大General Fusion（3.705亿美元）日本私营企业：EX-Fusion（18亿日元种子轮）我们需要重点分析全球可控核聚变的研发与工程投资进展，目前看美国、欧洲等海外地区已通过私营企业融资与政府项目加速推进，国内未来五年将进入投资密集期，中核集团是典型代表：中核集团宣布未来五年将投入超500亿元用于可控核聚变关键技术攻关与实验堆建设，重点布局磁约束聚变工程、惯性约束点火技术及聚变-裂变混合堆研发，其核心规划包括：加速磁约束聚变工程堆建设投入：未来五年投入超200亿元推进CFETR建设，2025年完成CRAFT综合研究设施验收，2030年前建成百兆瓦级工程堆，重点突破高温超导磁体等核心部件国产化，预计2035年实现氘氚燃烧实验。强化惯性约束点火技术研发：设立150亿元专项基金用于“神光”系列激光装置升级，2027年建成神光-Ⅳ原型装置（攻关靶丸均匀性制备、快点火技术，目标2030年实现能量增益Q>5，为惯性约束商业化奠定技术基础。推进聚变-裂变混合堆示范项目：联合联创光电等企业投资150亿元建设“星火一号”混合堆，2025年完成50兆安Z箍缩驱动器技术验证，2029年实现首台100MW实验堆并网发电，探索聚变中子驱动裂变的高效能源模式，预计2040年进入商业堆设计阶段。 请务必阅读正文之后的免责条款部分1.7可控核聚变：重点公司进展情况图表12：重点公司进展情况资料来源：各公司公告、太平洋证券企业名称总部技术路线现有总投资预期投资美国马萨诸塞州紧凑型托卡马克（高温超导磁体）$20亿美元（截至2025）$30亿美元（规划）Helion Energy美国华盛顿州磁惯性约束（脉冲式磁压缩）$5.778亿美元$15亿美元（里程碑）TokamakEnergy英国牛津球形托卡马克（高温超导磁体）£3.35亿英镑£10亿英镑（2030前）Technologies美国加州场反位形（FRC，无中子聚变）$13亿美元$20亿美元（2027前）General Fusion加拿大温哥华磁化靶聚变（MTF，脉冲高压磁体）$3.705亿美元$8亿美元（2028前）Zap Energy美国华盛顿州Z箍缩（剪切流稳定，无传统磁体）$3.378亿美元$5亿美元（2025前）First LightFusion英国牛津惯性约束（激光驱动，直接驱动技术）£1.07亿英镑£5亿英镑（2030前）HB11 Energy澳大利亚悉尼硼-11聚变（激光驱动，无中子反应）$2200万澳元$1.5亿澳元（2026前）Marvel Fusion德国慕尼黑粒子束惯性约束（紧凑型驱动器）6200万欧元2亿欧元（2028前）Proxima Fusion德国汉堡仿星器（模块化三维磁场设计）2750万欧元1.5亿欧元（2030前）星环聚能中国北京球形托卡马克（清华团队）￥15亿元￥50亿元（2027前）联创光电（超导子公司）中国南昌高温超导磁体（混合堆专用磁体系统）￥4180万元（首单）￥200亿元（项目） 请务必阅读正文之后的免责条款部分时间周期：从Q值验证到厂房建成平均需10-15年，中国因技术追赶和政策支持显著缩短至3-5年。总体建设时间普遍超过20年，中国“星火”项目通过混合堆技术将时间压缩至12年。收益率：示范堆阶段投资回收期约15年，IRR为8-12%；商用堆阶段回收期可缩短至10年以内，IRR提升至15%+。美国Helion等私营企业通过技术创新（如直接磁场发电），远期IRR可能突破20%。1.10国内外主要聚变项目的成本收益比例国家英国加拿大中国美国商业化挑战：材料耐久性：第一壁材料寿命不足和氚自持循环未闭合是主要瓶颈。成本控制：ITER单堆成本超200亿美元，需通过规模化生产（如中国规划2050年每年建10座）降低至300亿元/座以下。国际竞争格局：中国：在高温超导、紧凑型托卡马克领域领先，2030年或建成全球首座示范堆。美国：私营企业主导技术创新，2028年或实现首个商用堆并网。欧洲：依赖ITER项目，2040年后进入商业化。 守正出奇宁静致远图表15：各国聚变项目收益示意图资料来源：中国知网、太平洋证券项目阶段投资规模预期年发电量度电成本（元）投资回收期内部收益率（IRR）示范堆（2035）10亿英镑1TWh0.8-1.215-20年8-12%商用堆（2040）8亿美元1GW0.5-0.712-15年10-15%示范堆（2030）200亿元0.1TWh0.6-0.910-15年12-18%商用堆（2028）10亿美元0.05TWh0.07（远期）8-10年20%+ 请务必阅读正文之后的免责条款部分1、多技术路线：磁约束与惯性约束为主流2、产业链协同发展：材料与设备攻关3、政策与资本助力：未来延伸空间可期4、产业链受益标的：重视有长期成长空间的方向5、风险提示目录 守正出奇宁静致远 请务必阅读正文之后的免责条款部分2.1核聚变工程核心设备成本拆解图表16：托卡马克装置拆解示意图资料来源：核聚变堆关键材料的强韧化研究、太平洋证券以ITER（国际热核聚变实验堆）、CFETR（中国聚变工程实验堆）为例，核心设备可分为超导磁体系统，真空室与第一壁，偏滤器与包层，加热与诊断系统四部分，ITER的成本分配为磁体系统：28%（56亿欧元），真空室及堆内构件：25%（55亿欧元），加热与供电系统：18%（39.6亿欧元），建筑与低温系统：14%（30.8亿