可控核聚变深度：终极能源大门开启

目录引言：能源革命，全球积极布局 3材料篇：不一样的原子之舞 5约束篇：当高温超导遇上核聚变 8进展：高温超导技术成熟推动商业化进程加速 13高温超导带材工艺日渐成熟 13高温超导感应加热设备投产 16我国可控核聚变领域研究进展 18布局：全球主要聚变项目梳理 20ITER 20EAST 21CFETR 21投资建议 23行业投资建议 23重点公司梳理 24风险提示 27插图目录 28表格目录 28引言：能源革命，全球积极布局在积极采取行动，大力推进聚变能商业化。时间主体具体进展CFS公司使用高温超导带材绕制大口径、20T的强磁场磁体，将应用于时间主体具体进展CFS公司使用高温超导带材绕制大口径、20T的强磁场磁体，将应用于2021年9月美国CFS公司SPARC、ARC超导核聚变等，第一阶段磁体已于2021年9月宣布测试成功。2022年3月 英国TokamakEnergy公司 托卡马克能源公司ST-40球形托克马克反应堆于2022年3月实现1亿摄氏度的温度，成为商业化核聚变研究的重要里程碑。2023年3月 美国CFS公司2023年10月 美国国家点火装置

CFSEniSPARC2025CFSSPARCARC，ARC2030NIF成功“点火”两次，即实现可控核聚变净能量增益，让核聚变反应产生的能量多于这一过程中消耗的能量。至此美国科学家成功将点火次数增至四次。这些点火实验中，NIF不仅实现了净能量增益，效率与精度也在不断提高。最新的一次实验再刷记录——输入能量首次达到2.2兆焦，3.4NIF甚至更高产能的目标，又迈进了一步。资料来源：上海超导官网，中国核电网，科创板日报，20215281.2101s1.620s68日，EAST装置总放电实验次数突破10万次。2021年1230日晚，实现1056s的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置2023412403sEAST1229日，以“核力启航聚变未来”为主题的可控25唯一方向。时间 主体 具体进展表2：我国核聚变最新进展时间 主体 具体进展2023年4月12日 “东方超环”（EAST）2023年7月12日 中国联合球形托卡马克2号（SUNIST-2）70

正在运行的世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现了403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，刷新了2017年托卡马克装置高约束模式运行101秒的纪录。新概念磁约束核聚变探索装置——中国联合球形托卡马克2号（SUNIST-2）建成并首次放电。全球首个全高温超导托卡马克装置洪荒70高温超导托卡马克装置2023年8月15日

置 总体安装正式启动，计划于2023年底建成运行，核聚变商业化进程将加速。新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现2023年8月29日 “中国环流三号”2023年12月29日 可控核聚变创新联合体

100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑。以“核力启航聚变未来”为主题的可控核聚变未来产业推进会在25联合体正式宣布成立。国务院国资委启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。中核集团主动担当作为，牵头组织中央企业共同承担，系统布局了重点技术、典型场景、重大工程项目，立足“开新、扩围、提质”打造可控核聚变创新联合体，推进设立可控核聚变专业化公司，为可控核聚变产业发展奠定了坚实基础。资料来源：中科院官网，清华大学官网，中国核电网，环球网，中核集团官网，核聚变能被视为终极能源核能是一种非常高效的清洁能源，它是由物质元素的原子核发生改变而放出（1（crfion，即重元素的原子核分裂为质量较轻元素的原子核时所释放的（2（ncrfusn图1：核能的两种释放过程：核裂变与核聚变 资料来源：中国新材料产业技术创新平台，核聚变反应发生在一种叫作等离子体的物质状态中。等离子体是一种由正离子和核聚变产生的能量非常大——是核裂变反应（重氢（超重氢（万亿60图2：核聚变反应原理图示 资料来源：国际原子能机构，（例如在事故或系统故障的情况下碳或其他温室气体，未来可能成为低碳电力的长期来源。全球聚变产业发展进程加速全球聚变产业蓬勃发展。根据美国聚变产业协会发布的《2023年全球聚变产业》报告，聚变产业呈现蓬勃发展态势：FIA20223343家：3家退出，1325122图3：全球聚变公司成立时间表和私营聚变公司数量 资料来源：FIA，聚变融资总额持续增长。截至2023年，全球聚变公司已累计融资超过62亿2022481427%临通胀和利率上升等宏观环境压力，投资者对聚变能商业应用的兴趣和支持仍在稳步增长。公私合作模式在聚变产业广泛应用。至少18家公司已启动或准备与政府开展70002023102620352023年5月宣布将在该计划下向8家聚变公司提供总计4600万美元资助，用于在未来184210三是启动聚变设施现有监管体系之外。可控核聚变约束方式对比（T1（n（TE图4：核聚变的反应条件 资料来源：王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》，3太而在地球上，实现可控核聚变主要有磁约束核聚变和激光惯性约束核聚变两种方图5：聚变约束的三种途径 资料来源：王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》，磁约束核聚变是实现聚变能开发的有效途径。引力约束主要是靠强大的万有引力来提供对聚变燃料的约束力，比如太阳的万有引力使日核区的氢不断往中心因此磁约束核聚变是实现聚变能开发的有效途径。磁约束核聚变常用的实现方式是托卡马克和仿星器。核聚变发电利用轻原子器在保持等离子体稳定方面更出色。图6：托卡马克装置 图7：仿星器装置 资料来源：国际原子能机构， 资料来源：国际原子能机构，超导材料在可控核聚变领域的应用托卡马克装置已成为可控核聚变的主要途径。托卡马克装置的中央是一个环图8：托卡马克装置工作原理 资料来源：国际原子能机构，所有托卡马克的终极目标是将氘氚聚变原料加热到点火点或更高的温度，并加以控制地持世纪超导技术便被引入到了托卡马克建设中。2022装置和英国卡拉姆聚变能源中心负责的STEP图9：SPARC高温超导核聚变反应装置 图10：星环聚能球形托卡马克装置 资料来源：CFS官网， 资料来源：星环聚能官网，球形托卡马克技术方案优势明显。球形托卡马克是球形托卡马克（Spherical（磁场利用效率和经济性的重要指标高温超导为打破聚变堆紧凑化的瓶颈提供了关键技术。高温超导材料制成的线圈容许的磁场和电流密度都很高，大幅减少了磁场线圈在球形托卡马克中心柱内占用的空间，让较强磁场的球形托卡马克仍然有充足的空间安放中子屏蔽层等未来聚变堆必备的部件，解决了球形托卡马克作为聚变堆的主要障碍。超导磁体在托卡马克装置成本占比近一半，可控核聚变商用化推进带动超导10T第二代高温超导带材是紧凑型托卡马克装置的最佳选择，可以在温度大大高于绝对零度的情况下产生强磁场以约束高温等离子体、使其无规则热运动发生连续碰材基带的厚度从5030广泛应用于全球紧凑型可控核聚变装置，下游客户包括美国CFS马克能源公司，中国能量奇点公司。图11：第二代高温超导带材结构（上海超导） 图12：高温超导带材应用于紧凑型可控核聚变 资料来源：上海超导官网， 资料来源：上海超导官网，进展：高温超导技术成熟推动商业化进程加速材料所不具备的性质：零电阻：这是超导材料最基本的性质，即当温度降至临界温度以型磁体。量子隧穿效应：是指在薄绝缘层隔开的两种超导体之间有电流通过，是目前人类所掌握的能测量弱特质 描述 应用场景 示意图表3：超导材料的特殊性质特质 描述 应用场景 示意图零电阻零电阻超导材料最基本的性质，即当温度降至临界温度Tc以下时，其电阻变为零。输电、制造大型磁体制造超导磁悬浮列车内部的磁感应强度为零，人们将此种现象称为“迈斯纳效应”。完全抗磁性即把原来处于体内的磁场排挤出去，其量子隧穿效应

弱电磁信号的检测资料来源：西部超导招股书,按照临界温度的不同，超导可分为低温超导和高温超导：低温超导导材料市场90NbTi已优于发达国家，Nb3Sn高温超导高温超导具有使用成本低、应用限制少两大优势。目前应用较广的高温超导材料YBCO景更为广泛。超导类型 临界温度 常用超导材料 冷却方式 优势 劣势 下游应用表4：低温超导和高温超导的比较分析超导类型 临界温度 常用超导材料 冷却方式 优势 劣势 下游应用低温超导

低于25k（约-248℃）

NbTi和Nb3Sn材料等

批量化加工、液氦使用稳定性优

需在昂贵的液氦环境下工作，液氦制冷的方法昂贵且不方便，应用长期得不到大规模发展

输电、制造大型磁体超导储能系统(SMES)、核磁共振谱超导储能系统(SMES)、核磁共振谱仪(NMR)、下一代高能物理加速器、未来核聚变装置超导电缆、超导变压、超导感应加热、可控核聚变、超导磁悬浮、电磁探测设备慢铁基超导材料可达-218℃使用成本低、应用限制少液氮材料BSCCOYBCO高温超导高于25k（约-248℃）资料来源：肖立业《超导材料及其应用现状与发展前景》,高温超导技术早期受限于带材的价格过高以及带材质地较脆难以加工等因素限制，规模化应用202050%90%年上海超导的年产量终于从3年前的十几公里增至400公超导材料市场规模持续增长，高温超导材料市场规模占比逐步提升。根据Gloalartnighs2022年超导材料市场规模约为1092023-203210.8%。根据材料类型分，2022图13：超导材料市场规模（亿美元）0

低温超导市场规模（亿美元）

高温超导市场规模（亿美元）202120222023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E2031E2032E资料来源：GlobalMarketInsights，根据应用场景分，2022年，医疗行业超导材料市场占有份额显著，约为MRI图14：2022年超导材料应用场景规模占比63.26%

MedicalResearch&DevelopmentElectronicsTransportationEnergyPower资料来源：GlobalMarketInsights，时间 文件名称 主要内容表5：超导材料相关政策梳理时间 文件名称 主要内容2021年 《“十五”材料业发规》2020年 《推动都高量发标准系设实施案2017年 《“十五”料领科技新项规划》《关于发布2017年工业转型升级（中国制造

实施前沿材料前瞻布局行动，支持科研单位联合企业，把握新材料技术与信息技术、纳米技术、智能技术等融合发展趋势，发展超导材料、智能仿生、增材制造材料等，推动新的主千材料体系化发展，强化应用领域的支持和引导。鼓励制定石墨烯等低维材料、高性能纳米材料、光电子材料、量子材料、新型超导材料、超材料、增材制造材料等前沿技术标准。突破石墨烯产业化应用技术，拓展纳米材料在光电子、新能源、生物医药等领城应用范围以超导材料、智能/仿生/超材料、极端环境材料等前沿新材料为突破口，抢占材料前沿制高点。关键基础材料重点支持高温超导材料、生物基材料，石墨烯、特种陶瓷和人2017年

2025）资金工作指南的通知》

工晶体等新材料。2017年 《能源产和费革战略(2016-2030)》 开展前性创研究加快发能、石烯、导材等技。加强超导材料基础研究、工程技术和产业化应用研究，积极开发新型低温超2016年 《新材产业展指》2016年 《“十五”家战性新产发展规》2015年 《中国造2025》2013

导材料，领铜氧等高温超导材料，强磁场用高性能超导线材、低成本高温超导千米长线等，在电力输送、医疗器械等领域实现应用。开发智能材料、仿生材料、超材料、低成本增材制造材料和新型超导材料，积极参与国际热核聚变实验堆计划，不断完善全超导托卡马克核聚变实验装置等国家重大科技基础设施，开展实验堆概念设计、关键技术和重要部件研发。2012年

南》 材料的导限器和波器实应用。资料来源：各政府部门官网，受益于高温超导感应加热设备投产，高温超导产业化应用加速。在2022年图15：超导感应加热技术和传统交流工频感应加热技术对比 资料来源：联创超导官网，高温超导感应节能设备目前主要应用-1250-60%，200-3002090（T-7（L-2及东方超环（EAST）等装置。2006年中国正式加入ITERITER图16：我国核能技术发展路线图 资料来源：中国工程院院刊，3202520352050年开始建设商业聚变示范电站。CFETR将着力解决一系列存在于ITER和DEMO之间的科学与技术挑战，包括实现氘氚聚变图17：我国磁约束聚变能发展路线 资料来源：中国物理学会期刊网，目前，国内在积极参与ITER计划的建造和实验，消化和吸收ITER技术和经验，努力缩短与发达国家的技术差距。目前全球磁约束聚变装置包括中国EAST中国CETR装置与全球TERDEM（K-DEODEM（-DEO欧盟DEM（EU-DEMO（实现聚变和“维持（长时间或平均长时间的聚变反应装置名称大半径R/m小半径装置名称大半径R/m小半径a/m中心磁场B1/T拉长比k等离子体电流IP/MA聚变功率/GWEAST1.7-1.90.4-0.453.51.5-2.01-CFETR7.22.26.52131ITER6.22.05.31.7150.5K-DEMO6.82.17.41.8>12~3JA-DEMO8.52.425.941.6512.31.46EU-DEMO9.12.95.861.6517.752.0资料来源：中国物理学会期刊网，布局：全球主要聚变项目梳理ITERITER302006ITER18（1研制出世界引线ITER各方之首，并率先交付ITER采购包首件产品，促使我（2）我国交付的线圈是ITER装置主机的最重要部分之一，位于ITER装置超导磁体的底部，是目PF6ITER100%，超导接头ITERPF6部分之一 图18：中国在ITER计划中负责的部分 图19：我国交付的PF6线圈是ITER部分之一 资料来源：中科院等离子体物理研究所， 资料来源：中科院等离子体物理研究所，EAST269EAST（1/3ITER10-15EAST是一个近堆芯高参数和稳态先进等离子体运行科学问题的重要实验平台，它将是在ITER202341221403式等离子体运行，刷新了2017年托卡马克装置高约束模式运行101秒的纪录。图0：“东方超环（EST） 图：EAST主要部件示意图 资料来源：中科院， 资料来源：中科院等离子体物理研究所，CFETRITERCFETR250~200MWQ=1~5，氚增值率>1GW，聚变增益Q>10，在中子辐照效应~50dpa的条件下进行托卡马克DEMO验证。CFETR装置大半径R=7.2m，小半径a=2.2m，可以兼容第一阶段和第二阶段的目标。图22：CFETR效果图 图23：CFETR装置主机 资料来源：中科院等离子体物理研究所， 资料来源：中国物理学会期刊网，投资建议伴随可控核聚变商业化进程加速，超导产业链带材及设备厂商和其他核心部件提供商有望全面受益。富；2）永鼎股份：主营产品包括第二代高温超导带材及其应用设备；3）精达股CFSTE6）安泰科技：EAST项目偏滤器部件供应商；7）天力复合：国家核电项目用复合材料唯一ITER；10）旭光电子：公司产品真空电子管可用于核聚变领域。证券代码证券简称股价（元）EPS证券代码证券简称股价（元）EPS（元）PE（倍）评级600363.SH联创光电34.462022A0.602023E0.942024E1.382022A572023E372024E25推荐600105.SH永鼎股份5.620.160.240.32352318推荐600577.SH精达股份4.170.180.210.26232016/688776.SH国光电气102.382.141.482.32486944/000969.SZ安泰科技9.400.210.290.41453223/873576.BJ天力复合29.990.780.760.86383935/688167.SH炬光科技108.881.001.372.191097950推荐600353.SH旭光电子9.010.170.150.28536032/资料来源：，预测注：股价为2024年1月2日收盘价，未覆盖公司采用wind一致预期联创光电公司超导感应加热设备市场化进程取得较为显著的突破，联合中铝东轻共同举办了世界首台高温超导感应加热装置投产仪式，在首台成功投产设备的示范效2023630606（N及半导体级磁控硅单晶生长炉领域。永鼎股份公司全资子公司（苏州有限公司是永鼎超导应用产业化基地，10（超导变电站公司子公司苏州新材料研究所有限公司是国内第二代高温超导企业，专业研发新型高温超导（HTS）HTSNMR交通、医疗、工业、科研装备。精达股份公司为上海超导科技股份有限公司第一大股东。上海超导从事第二代高温超CFSTE性能高温超导带材，用于强场磁体研制及超导可控核聚变。爱科赛博核聚变实验装置源装备或电源系统交钥匙工程总包。国光电气公司生产的偏滤器和包层系统是国际热核聚变实验堆计划（ITER）项目的关键部件（1（2）ITER（3TER（WTERFW（4）ITERITER安泰科技大ITER天力复合公司从事有色金属爆炸复合材料研究开发，主要产品有钛/钢、锆/钢、不锈钢//材料唯一批量化供应商。炬光科技公司主要从事光子产业链上游的高功率半导体激光元器件和原材料、激光光约束可控核聚变项目的重要元件（激光核聚变提供点火光源。百利电气百利电气下属控股子公司北京英纳超导技术有限