核聚变电源系列一：聚焦FRC技术潜力与机遇

核聚变电源系列一：聚焦FRC技术潜力与机遇 分析师：贺朝晖S0910525030003周涛S09105230500012025年10月20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核聚变产业：2025年全球核聚变领域呈现政策、技术与资本协同推进态势。海外方面，德国、英国等在等离子体持续时间、商业化氚生产等技术上取得突破，多国推出投资计划与融资，加速商业化；国内“中国环流三号”等装置技术突破不断，超百亿融资创纪录。政策上，海外从技术竞争转向产业化布局，国内形成“国家定方向、地方抓落实”模式，全链条支持技术落地。全球投资规模爆发，私人资本主导，美国、欧洲为核心，中国加速追赶，磁约束技术获较多资本倾斜，FRC等新兴路径潜力显现。 u磁约束核聚变新势力：FRC作为磁约束核聚变新兴路径，在原理、优势及商业化上均具独特价值。其原理上是无环形场线圈的简单磁约束系统，直线型结构形成自封闭磁场约束等离子体。相比传统技术，其优势显著：摆脱外部加热源依赖，抑制宏观不稳定性，能量效率高（聚变功率输出为托卡马克的100-1000倍），工程化实现更简单，建造成本仅为托卡马克的1/5-1/10。电源系统是核心支撑，需匹配脉冲式放电特性，成本较高。多家企业规划了发电及核医疗等非发电领域的落地时间，展现多元应用潜力。 uFRC产业生态：全球FRC技术企业各有进展。海外标杆中，TAE Technologies通过技术简化降低系统成本，累计融资13.5亿美元，规划推进原型堆与电站落地；Helion建成Trenta装置，正建Polaris，计划2028年向微软供电，累计融资超10亿美元。国内先锋企业中，瀚海聚能建成HHMAX-901装置，聚焦发电与非发电领域商业化；星能玄光Xeonova-1装置快速落地，计划2035年建大型电站；另有诺瓦聚变及高校相关装置，共同推动FRC技术研究与应用。 u投资建议：建议关注核聚变核心部件供应商：国光电气（688776.SH）、旭光电子（600353.SH）、国力股份（688103.SH），以及电源：新风光（688663.SH）、英杰电气（300820.SZ）、爱科赛博（688719.SH），电容类企业：王子新材（002735.SZ）、久信科技，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 核聚变产业生态：政策驱动、技术突破与资本共振 磁约束核聚变新势力：FRC技术深度解码 FRC产业生态：全球代表企业与项目进展 投资建议 风险提示 1.1海外核聚变核心动态 u2025年海外核聚变在技术突破与资本助推下加速发展。德国W7-X装置刷新等离子体持续时间纪录，ITER明确中长期运行路径，英国实现商业化氚生产。 u多国推出重磅投资计划、大额融资及购电协议，商业化进程提速。 1.2海外主要国家核聚变政策要点 u2025年全球主要国家密集出台核聚变政策，标志着技术竞争从实验室研发转向产业化布局与监管框架构建。各国以“技术领先+产业落地”为核心，通过政策明确路线、协同资源，加速核聚变从“科研课题”到“能源赛道”的跨越。 1.3国内核聚变技术突破与动态 u2025年，国内核聚变领域加速突破，技术与资本协同发力。“中国环流三号”“CRAFT高温超导电流引线”“HHMAX-901主机”等成果接连涌现，从大科学装置性能到关键部件技术，不断刷新纪录、验证工程化可行性。超百亿级融资落地，为产业商业化筑牢资金根基，推动核聚变加速从科研试验迈向能源应用新征程。 1.4国内核心政策文件及支持方向 u2025年，国内对可控核聚变的政策支持形成了清晰的推进逻辑。从国家层面搭建框架，一边通过优化监管流程、完善法律法规筑牢基础，一边聚焦技术研发方向提供明确指引；地方则主动跟进，以具体规划推动技术落地和产业培育。这种“国家定方向、地方抓落实”的联动模式，不再局限于单纯支持科研，而是从全链条发力，为核聚变从实验室走向实际应用铺平道路。 1.5中科院等离子体所采购动态 u作为国内核聚变研究的核心机构，中科院近期启动5项关键采购，覆盖激光设备、真空系统、电路装置、磁体及管路部件等维度，服务于核聚变实验的开展，是技术推进的重要硬件保障。 u同时，聚变新能也开展了一项采购工作，涉及BEST氚处理中心排放与监测管道、高压氦气管束、紧凑型聚变能实验装置PF磁体研制3个项目，其中高压氦气管束预算367万元。 1.6全球核聚变产业投资全景 u2025年全球核聚变投资呈“规模爆发、私人主导、技术多元”特征。累计融资超97亿美元，私人资本89.7亿美元（占比92%），较2021年增长近4倍；美国、欧洲为核心集聚区，中国加速追赶；51家公司中近半数走的是磁约束路径；具体到细分技术路线上，托卡马克（含球形托卡马克）、仿星器和激光聚变路线均为7家，场反位形3家。 u将排在前列的12家公司的新增融资金额，按技术路线统计：场反位形（TAE、Helion）融资5.75亿美元、激光（Marvel Fusion、Focused Energy）3.1亿美元、仿星器（Proxima Fusion、Type One Energy、RenaissanceFusion）2.5亿美元、托卡马克或球形环（Tokamak Energy、新奥聚变）1.8亿美元。 1.6全球核聚变产业投资全景 u2025年10月1日，德国政府正式批准了在国内建造核聚变反应堆的计划，并为该项目拨款17亿欧元。 u该行动计划的名称为“德国迈向核聚变发电厂”(Germany on the way to becoming a fusion power plant)旨在将德国打造为全球领先的核聚变能源中心。仅在本立法期内，该计划的总预算就超过20亿欧元，用于推动核聚变发电相关的研究、基础设施建设及产业生态系统发展。迄今为止，主管部门每年为核聚变研究提供的公共资金总额已达约1.5亿欧元。 1.7核聚变技术突围：FRC破局价值 u惯性与磁约束两大主流路径，均面临能量收支与持续约束的核心难题。磁约束输入能量远高于输出，惯性约束难从单次点火迈向持续能量输出，需突破能量高效约束转化逻辑。 u极端环境材料开发、氚燃料稀缺及闭环生产，构成核聚变实用化基础壁垒。实用化需攻克三重难题——研发耐1亿℃高温、强辐射且放射性短期衰减的反应堆材料；构建氚自持生产体系（天然氚稀缺难商用）；稳定制备高纯度氘氚靶丸/等离子体燃料，保障反应持续触发。 u从实验室到商业电站，需突破高频、长周期稳定运行工程瓶颈。惯性约束缺高频精准激光打靶技术，磁约束需优化等离子体控制并升级抗辐照材料，更要建立“实验-示范-商用”可靠体系，跨越科研到产业的“死亡谷”。 u此背景下，科研界也在探索更简洁、高效的约束新路径——场反位形（FRC）。其以无环向场的紧凑磁结构，尝试从原理上规避等离子体不稳定性与能量泄漏，为突破能量约束瓶颈提供新可能。 目录 核聚变产业生态：政策驱动、技术突破与资本共振 磁约束核聚变新势力：FRC技术深度解码 FRC产业生态：全球代表企业与项目进展 投资建议 风险提示 2.1 FRC技术发展历程 u场反位形的研究历史至今逾六十年，其概念最早可追溯至1956年Nicholas C.Christofilos在利弗莫尔国家实验室开发Astron聚变装置概念（旨在通过相对论性电子环E-layer产生反向磁场约束等离子体）。 u20世纪50年代后期，科学家在θ箍缩实验里，首次实际观察到了磁场反转现象。 2.2FRC技术原理与特性解析 u场反位形是没有环形场线圈的较简单的磁约束系统，内部等离子体产生的反向电流会形成与外部磁场反向的磁场，使得等离子体在形成阶段成为一个自封闭的磁场结构。 u在装置中心区域，磁力线形成闭合环路磁场，有效地约束高温等离子体；外部区域中，磁力线两端开放，连接装置壁面，对约束起辅助作用；分界面是内外磁场的交界面，界定了等离子体主要聚集与约束的区域；与传统的环形（托卡马克等）聚变装置相比，直线型设计在几何结构上更加简单，有助于降低系统的不稳定性和工程实现的复杂度。 2.3FRC核聚变技术路线：磁化靶与准稳态 u通过FRC实现聚变主要有两种技术路线： u1）磁化靶FRC：将FRC作为磁化靶等离子体，脉冲压缩至聚变条件。目前Helion公司就是基于此方案，其在2021年获得了近5亿美元的投资。其难点在于高密度磁化靶FRC的形成、传输以及寿命。 u2）准稳态FRC聚变：目前将FRC进行准稳态运行的是TAE公司，其方案是利用中性束注入（NBI）来维持FRC，最终目标是实现氢硼聚变。TAE最主要的进展是在C-2W装置上把FRC的能量约束时间大幅提升至了10ms量级，并且极大的推进了人们对FRC的理解。该方案的难点在于FRC的电流驱动以及稳定性问题。 2.4FRC优势：对比传统磁约束的差异化价值 u摆脱外部加热源依赖。FRC装置运用脉冲式放电模式，无需长时间维持等离子体状态。借助内部等离子体环的压缩融合过程，磁能可高效转化为内能，使装置具备出色加热效率，无需中性束注入这类外部加热方式辅助。 u抑制宏观不稳定性。相比传统环形设计，FRC的直线型结构在抑制宏观不稳定性上更具优势。这种结构特性有助于维持等离子体的稳定状态，进而延长其受控时间，为等离子体相关实验与应用创造更有利条件。 u高能量效率。等离子体自组织特性减少能量损耗，相同磁场强度下聚变功率输出可达托卡马克的100-1000倍；兼容氢-硼等先进燃料，燃料利用率更高，能量转换效率提升30%。 u简化工程化实现。直线型FRC装置的结构设计更为简约，降低了工程实际建造、运行的难度。同时，在装置体积与成本控制上效果显著，能为聚变装置迈向工程化应用，提供具备竞争力的可行路径。 2.5FRC核心支撑：电源系统关键部件探秘 u在FRC技术中，电源系统是支撑装置运行、实现磁约束与等离子体调控的核心引擎。其需精准匹配FRC脉冲式放电、磁-内能转化的特性，从能量供给到时序控制，深度影响等离子体约束效果与聚变反应进程。 u以采用托卡马克技术路线的ITER为例，其中磁体、容器内部件、建筑和电源系统的成本分别占28%、17%、14%和8%。与托卡马克不同，场反位形装置需要大脉冲电源支撑等离子体加速至超音速碰撞和压缩，对电源依赖程度高。 u场反位形无需庞大的环向磁场线圈，磁体用量减少80%以上，装置体积缩小50%，建造成本仅为托卡马克的1/5-1/10；采用铜导线磁体（非超导磁体），运维成本显著降低。因磁体、装置等成本占比大幅压缩，在整体低成本结构中，对运行起关键支撑的电源系统成本占比，相较托卡马克会更为突出。 2.6 FRC电源系统：KMAX-FRC电源系统架构与核心部件 uKMAX-FRC实验系统的电源系统是一个高度集成且精密的体系，主要由脉冲储能系统、触发与控制系统以及与之紧密配合的负载——θ箍缩线圈组成。整个架构的设计紧密围绕着实现FRC等离子体的高效产生与稳定约束。 u两套KMAX-FRC线圈安装于中心室的两边锥形室内，θ箍缩线圈由16组单匝线圈组成，呈阶梯状的结构，锥形半角为2.8°，同时线圈内套有石英玻璃管以隔绝等离子体。16组单匝线圈中，每两个相邻线圈之间相连后独立引到高压电极上。目前相邻的4环线圈作为一组采用独立的脉冲储能系统进行馈电。为了实现脉冲储能系统的时序放电，KMAX中设计搭建了可靠的时序触发系统以及脉冲触发器。 2.6 FRC电源系统：KMAX-FRC电流波形与阶段匹配 u偏置场阶段：电流平缓上升至低稳定值，产生弱磁场引导等离子体初始分布； u预电离阶段：尖锐短脉冲，瞬间击穿气体形成初始等离子体； u主压缩阶段：高幅值窄脉冲，强磁场快速压缩等离子体形成FRC； u后沿削波Crowbar阶段：动态调整波形，补偿能量损耗维持FRC稳定。 u各阶段电流时序与幅值控制精度需优于±5%(微秒量级)，实现此精度的电源系