可控核聚变行业专题：核聚变“黑马”FRC，关注半导体开关产业趋势

投资建议FRC核聚变有望首先实现商业化，电源系统是FRC稳定运行的关键，半导体开关是大势所趋•短期：诺瓦聚变、星能玄光、瀚海聚能等选择FRC技术路径的国内核聚变创业公司加速成立，投融资需求增加，相关真空开关、电容等核心零部件率先受益。相关标的包括旭光电子、国光电气、王子新材、胜业电气等。•长期：Helion作为预计全球最早实现聚变发电销售的商业化公司（预计2028年给微软提供50MW聚变发电），其技术特色在于FRC路线+磁能回收系统，有助于大幅提升聚变发电效率、降低成本，Helion的路径选择或代表核聚变快速实现商业化落地的重要方向。Helion创始人指出其最核心的两个电力电子部件为高压电容、半导体芯片。根据彭先觉院士等人发布的论文，长远来看，半导体开关具有较高的寿命和可靠性，是用于大型驱动器的大势所趋。相关标的包括宏微科技、赛晶科技等。•投资逻辑：在国内聚变产业投资景气上行期，优选技术领先、绑定核心客户的零部件厂商；同时兼顾短期项目进展节奏与长期新技术方向。风险提示：可控核聚变项目商业化进展节奏不及预期的风险；半导体开关性能参数不及预期的风险；技术路径变化的风险。 为什么关注可控核聚变FRC（Field-reversed Configuration，场反位）路径？ 中美两国主要FRC核聚变项目梳理科研院所商业化公司资料来源：普林斯顿等离子体物理实验室官网，PFS官网，TAE官网，华安证券研究所01020301020304美国洛斯阿拉莫国家实验室FRX01普林斯顿等离子体物理实验室PFRC-202Helion EnergyPolaris（北极星）01TAENorm02PFS（Princeton Fusion Systems）PFRC03中美两国科研院所均重视可控核聚变FRC技术路径，中国FRC聚变商业化公司加速追赶 中国工程物理研究院流体物理研究所科研院所中国科学技术大学华中科技大学星能玄光瀚海聚能新奥科技诺瓦聚变（预计）中国……商业化公司 FRC核聚变路径造价低，有望率先实现商业化FRC作为核聚变领域的“黑马”，系统结构简单、造价及运行成本低，有望率先实现商业化•FRC结构简单、造价低：FRC不需要像托卡马克一样多的磁体来保持等离子体的约束和稳定，FRC等离子体自主形成内部磁场，降低对外部磁体需求，所以FRC装置对于磁体部件的需求下降，也就意味着基于FRC路径的聚变装置的结构可以更简洁和紧凑，体积更小，进而可以大幅降低制造成本，也使得FRC装置更易于实现商业化。•高β值，聚变功率输出更高：FRC等离子体的β值（等离子体压力/磁场压力）比托卡马克高，高β值意味着FRC可以用小于托卡马克的磁场强度约束住同样体积或密度的等离子体。TAE指出在同样磁场强度和等离子体体积的情况下，FRC聚变装置可以得到的聚变输出功率是传统托卡马克的100倍以上。•可以实现能量回收，提高发电效率：场反位聚变的独特属性是等离子体β值高，场反位等离子体β接近100%。相比之下，托卡马克等离子体平均β为5%或更低。高β值意味着更方便直接从等离子体中进行能量回收，进而提高发电效率。TAE Technology的FRC核聚变装置托卡马克核聚变装置资料来源：TAE，Helion，华安证券研究所 基于FRC路径的核聚变创业公司数量增加，市场投资增加FRC路径成为近期国内新成立核聚变创业公司的主流选择瀚海聚能：成立于2022年，核心成员来自中国科学技术大学等离子体物理与聚变工程专业以及清华大学工程物理专业，与核工业西南物理研究院签订技术合作协议，开始装置设计工作。2025年4月，瀚海聚能装置通过生态环境部定级申请。2025年7月18日，瀚海聚能HHMAX-901主机成功点亮，开启商业聚变发展里程碑。星能玄光：成立于2024年3月，由孙玄教授创立，核心团队成员来自中国科学技术大学核学院。核心技术基于孙玄教授十余年前提出的先进场反磁镜聚变路径。自2013年起，该技术已在中国科学技术大学的KMAX-FRC课题组进行实践和开发。2024年11月公司获得亿元天使轮融资。2025年2月，Xeonova-1成功实现放电，从设备进场安装到实现放电，耗时不足两个月。诺瓦聚变能源（预计）：诺瓦聚变能源科技（上海）有限公司成立于2025年04月03日。预计以FRC作为商业化核聚变路径选择。资料来源：公司官网，爱企查，华安证券研究所 为什么在FRC装置中更关注电源系统？ 电源系统是FRC稳定运行的关键资料来源：Improvement and test of high-voltage pulsed power supply for HFRC，2022，华安证券研究所θ-pinch：FRC核聚变反应的关键在于使用θ-pinch线圈产生FRC等离子体•在FRC核聚变装置中，最核心的是使用θ-pinch线圈在装置两端产生“初始等离子体”，然后这些等离子体会被喷射到装置中间，发生碰撞，合并形成新的“FRC等离子体”。因此，θ-pinch线圈在等离子体的形成过程中起到至关重要的作用。•我们以华中科技大学建设的HFRC实验装置为例，它包括两端的两个“形成区”和中间的一个“压缩区”。“初始等离子体”在形成区产生，然后被喷射到压缩区进行碰撞、合并和磁压缩。HFRC装置示意图，该装置长15m、高3m、宽2.5m 电源系统是FRC稳定运行的关键资料来源：Improvement and test of high-voltage pulsed power supply for HFRC，2022，华安证券研究所θ-pinch电源：给θ-pinch线圈供电的高压脉冲电源能否精准放电，决定了等离子体参数的高低•因为FRC等离子体的形成和喷射是高度动态化的，所以给θ-pinch线圈提供电能的高压脉冲电源的精准放电控制的重要性不言而喻。•高压脉冲电源由4个分支组成，即Bias、PI、Main、Crowbar，每个分支对应一个放电阶段，对应等离子体不同的状态，它们依次放电以产生电流，给θ-pinch线圈供电，并分别由S1-S4开关控制。高压脉冲电源的构成 4个分支依次放电产生电流 电源系统是FRC稳定运行的关键资料来源：Improvement and test of high-voltage pulsed power supply for HFRC，2022，华安证券研究所θ-pinch电源：给θ-pinch线圈供电的高压脉冲电源能否精准放电，决定了等离子体参数的高低•首先是Bias阶段，第一阶段放电（在HFRC装置中大约几十μs），产生使等离子体可发生初始电离的Bias磁场。•然后进入PI阶段，在第二个阶段的放电，会产生更大的振动频率，进而给初始等离子体提供更好的电离环境。•此后进入Main阶段，第三个阶段放电，磁场会在几μm中快速反转，磁场线重新连接并形成一个封闭的磁场面，该阶段产生FRC等离子体。然后，FRC等离子体会被轴向加速并喷射到中间的腔室进行碰撞和磁压缩。•最后是Crowbar阶段，第四个阶段放电，主要是用来延长FRC等离子体的持续时间。HFRC高压脉冲电源的设计参数设计参数Bias预充电电压（kV)-24电容（μF）54.1振动频率（kHz）5 PIMain40400.85815062.5 开关技术直接决定放电效率、间接影响商业化可行性资料来源：Design of High Voltage Pulsed Power Supply forHFRC，2020，华安证券研究所脉冲电源开关&开关触发器：高压脉冲电源顺序放电的精确控制，取决于开关的精准触发•由于θ-pinch电源系统的开关在瞬时状态下需要承受高电压（高达几十kV）和高电流（高达上百kA），因此HFRC实验装置的脉冲电源开关目前选用的是具有耐高压和高电流能力的TDI氢晶闸管，并设计了基于IGBT的脉冲开关触发器。HFRC脉冲电源开关所选TDI氢晶闸管HFRC脉冲电源开关触发器构成类型S1TDI1-50k/50HS2TDI4-100k/75HS3TDI4-100k/150HS4TDI4-150k/50H资料来源：Improvement and test of high-voltage pulsed power supply for HFRC，2022，华安证券研究所氢晶闸管 50kV/50kA75kV/100kA150kV/100kA50kV/200kA 参数 Helion采用直接磁能回收技术，验证电子电力器件技术可行性直接磁能回收：低成本实现聚变发电的关键，适用于FRC等离子体高β值的特性•直接磁能回收原理：等离子体β值越高，体内压力越高，高β等离子体随着聚变的发生而膨胀，足够强时可以反推外部磁场，从而产生电流，实现从聚变过程直接回收电力，可以直接省略蒸汽发电阶段，是低成本实现商业化聚变发电的关键。•Helion在2015年使用IGBT首次实现了直接磁能回收。其创始人David Kirtley在2024年7月公开表示Helion脉冲聚变核心依靠两个电子器件：高压电容和半导体芯片。2025年1月Helion再获4.25亿美元投资后，David再次提到公司会以更快的速度建设电容、磁体和半导体器件。2015年Helion首次实现磁能回收2024及2025年Helion公开表示重要电力电子器件资料来源：Helion官网，华安证券研究所资料来源：领英，华安证券研究所资料来源：Helion官网，华安证券研究所 行业趋势：半导体开关用于大型驱动器是新产业方向重复频率长寿命的初级功率源技术是大型驱动器技术的关键点•驱动器的的重复频率运行能力和寿命潜力取决于开关器件及其同步触发技术。•目前来看，基于低气压放电机理的气体开关（氢闸流管、伪火花开关和BLT）在重复频率长寿命性能方面具有潜力，但不足之处在于“个性较强”，即每个开关由于个体差异导致触发控制条件不同，想要精确同步，每个开关都需配置独立的触发控制系统，这就导致整个触发控制系统较为庞杂。•长远来看，半导体开关器件用于大型驱动器是大势所趋，主要系半导体开关器件具有较高的寿命和可靠性。目前半导体开关的问题在于功率容量低、电流上升速率低且相对价格高，但由于半导体开关技术发展较快，且有降本趋势，半导体开关或将在价格和性能上有优势。资料来源：《面向Z箍缩驱动聚变能源需求的超高功率重复频率驱动器技术》，彭先觉等，2014，华安证券研究所气体开关半导体开关产品氢闸流管、伪火花开关、BLT等IGBT开关等优势目前性能参数达标1、高可靠性、高寿命2、双向开关，可用于磁能回收劣势1、开关触发时序控制问题：每个开关由于个体差异导致触发控制条件不同，想要精确同步，每个开关都需配置独立的触发控制系统，这就导致整个触发控制系统较为庞杂2、使用寿命低于半导体开关3、单向开关目前性能参数暂时未达到要求（功率容量低、电流上升速率低），需要定制研发目前应用目前用于脉冲电源目前用于背景电源、脉冲电源开关触发器行业趋势长远看半导体开关是大势所趋；若考虑磁能回收则需使用半导体开关；Helion已开始布局 产业链相关标的 赛晶科技（0580.HK）：脉冲电源开关获美国聚变公司TAE订单2022年向美国聚变公司TAE提供脉冲电源开关基于晶闸管，目前公司的聚变脉冲电源开关基于IGBT•赛晶科技是业内领先的电力电子器件供应商和系统集成商。公司成立于2002年，2010年在香港主板上市(股票代码0580.HK)。公司专注于两大高端技术领域：功率半导体及配套器件技术、电力系统创新技术。•瑞士Astrol电子有限公司是赛晶科技集团的子公司，成立于1996年，是欧洲著名的电力电子固态开关专业设计、制造供应商，为瑞士ABB半导体设计和配套电力电子组件。后来ABB半导体负责高功率电力电子开关的部门分离出来并入了Astrol，Astrol传承了ABB半导体在相关大功率电力电子开关领域的多年积累和沉淀。在高压大功率领域，拥有业内技术领先的全固态直流断路器、固态交流开关和高功率脉冲技术。资料来源：赛晶科技公司官网，Wind，华安证券研