核聚变：技术升级和产业投资共振人类终极能源渐行渐近-中邮证券

证券研究报告核聚变技术升级和产业投资共振，人类终极能源渐行渐近行业投资评级：强于大市鲍学博

/马强中邮证券研究所

军工团队中邮证券2023年11月29日1投资要点•

核聚变发电具有更低的燃料成本、燃料资源充足、不会对环境造成危害以及更高的安全性等优势，被誉为“人类终极能源”。国际核能大国分别给出了聚变能发展规划，在关键节点DEMO的设计、建造、运行上，美国、欧盟、俄罗斯、日本和印度等分别给出了2035年左右的时间规划。•

聚变-裂变混合实验堆即将建设，加速核聚变商业应用。混合堆相当于热核聚变中子源与次临界裂变堆结合，相比于纯聚变堆，混合堆大幅降低堆芯等离子体性能及第一壁材料要求;相比裂变堆，混合堆铀资源利用率高，且燃料增殖能力强于快堆、乏燃料嬗变优势显著、建造成本低于快堆，是实现闭式燃料循环、解决千年能源需求最具前景的方案。国内聚变-裂变混合实验堆Q值大于30，实现连续发电功率100MW，总投资超200亿元，即将进入建设阶段。•

高温超导技术突破，新型核聚变装置已开始普遍使用。国外，美国CFS核聚变装置采用高温超导磁体实现装置紧凑型和小型化；英国Tokamak

Energy宣布已建造出世界首套新一代高温超导磁体；国内，即将建设的聚变-裂变混合堆、正在建设阶段的能量奇点“洪荒70”以及星环聚能正在完成设计的“CTRFR-1”都将采用高温超导磁体。•

民营资本涌入推进产业发展。根据FIA数据，2022年全球私营核聚变公司获得超过48亿美元的投资，比2021年增长139%，私人投资对核聚变的投资额首次超过政府资助。2023年，全球私营聚变公司获得的投资额从48亿美元增加至62亿美元。新增资金包括美国TAE技术公司2.5亿美元、中国新奥科技发展公司2亿美元、日本京都聚变技术公司7900万美元、中国能源奇点公司5500万美元等。2023年4月，日本推出《核聚变能创新战略》，旨在通过建立庞大的国内核聚变产业，在未来商业化利用核聚变能中占据主导地位，并提出在2050年实现核聚变发电目标。•

建议关注同时受益于国内外核聚变发展加速以及新建聚变装置中高温超导磁体推广应用的联创光电、永鼎股份等，建议关注核聚变相关设备、材料制造商国光电气、西部超导、安泰科技等。•

风险提示：核聚变技术进展不及预期；国内外核聚变产业政策支持不及预期；世界电力需求不及预期或其他替代技术快速进步等。请参阅附注免责声明一二三核聚变：解决人类能源问题的终极方案发展现状：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设目录超导磁体是托卡马克装置的关键，应用从低温超导发展至高温超导四民营资本涌入推进产业发展，日本已将核聚变上升至国家产业政策五六相关标的及风险提示3一核聚变：解决人类能源问题的终极方案1.1核聚变：人类终极能源，以托卡马克装置最成熟1.2

产生有效聚变功率输出有较高反应条件要求，目前面临三大技术挑战1.3国际聚变能发展规划4一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.1

核聚变：人类终极能源，以托卡马克装置最成熟•

核聚变，又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核聚变由质量小的原子（主要是指氘或氚），在一定条件下（如超高温和高压）发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦核），并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。因此，核聚变被视为几乎无限的能量来源，洁净、安全而自持，为解决人类未来的能源展示了最好的前景。•

核聚变能是人类未来更理想的新能源。核聚变产生的能量是核裂变的3-4倍，其副产品是惰性、无毒的氦气，不会影响环境安全。在燃料上，核聚变燃料之一的氘广泛地分布在海水中，1升海水中含的氘全部聚变反应所产生的能量与300升汽油完全燃烧所释放的能量相当，海水中氘的储量可供人类使用几十亿年。此外，核聚变反应需要在高温等离子体和外部磁场限制的环境下才可以进行，同时它可以在几秒钟内得到控制或停止，本质上是安全的。图表1：氘氚聚变反应资料来源：中核五公司微信公众号，中邮证券研究所5请参阅附注免责声明一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.1

核聚变：人类终极能源，以托卡马克装置最成熟•

MCF：托卡马克装置，用强磁场约束并加热等离子体，自20世纪60年代，目前已经建造了200多台功能性的托卡马克装置；ICF：高能脉冲激光或离子束将小燃料颗粒压缩到极高密度，产生的冲击波加热还未消散的等离子体；MTF：磁场约束低密度等离子体，用激光对其加热并压缩；图表2：磁约束聚变(MCF)图表3：惯性约束聚变(ICF)图表4：磁化靶聚变(MTF)资料来源：悦智网，中邮证券研究所6请参阅附注免责声明一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.1

核聚变：人类终极能源，以托卡马克装置最成熟•

FRC：在圆柱形等离子体内产生环形电流，用等离子体自身的磁场约束等离子体；Stellarator：螺旋带状结构产生高密度等离子体，较托卡马克装置等离子体更为稳定、对称，但几何形状使装置制造非常复杂，对环境条件非常敏感。图表5：场反向配置(FRC)图表6：仿星器(

Stellarator

)资料来源：悦智网，中邮证券研究所7请参阅附注免责声明一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.1

核聚变：人类终极能源，以托卡马克装置最成熟•

磁约束核聚变（托卡马克，俄语中“轴向磁场环形室”的缩写）成为可控核聚变的主要途径。根据IAEA数据，截至2022年年底，全世界约有130个国有或私营实验性聚变装置，其中90个正在运行，12个在建，28个计划中。其中约76个托卡马克、13个仿星器、9个激光点火设施以及32个所谓新概念装置。•

采用氘氚燃料是核聚变发电的主流。根据FIA，43个核聚变装置中，有28个采用DT燃料。图表7：托卡马克结构图表8：聚变燃料类型资料来源：《可控核聚变——未来世界的炽热之心-王怀君等》，《The

global

fusion

industry

in

2023-FIA》，中邮证券研究所8请参阅附注免责声明一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.2

产生有效聚变功率输出有较高反应条件要求，目前面临三大技术挑战•

实现核聚变反应，需要同时满足三个条件：足够高的温度、一定的密度和一定的能量约束时间，三者的−3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

·s·keV），才能产生有效的聚变功率输出。图表9：核聚变反应三要素•

三大技术挑战：➢

燃烧等离子体物理问题；➢

抗中子辐照的材料问题；➢

燃料氚的自持问题。资料来源：《超导磁体技术与磁约束核聚变-王腾》，中邮证券研究所9请参阅附注免责声明一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.2

产生有效聚变功率输出有较高反应条件要求，目前面临三大技术挑战•

氚的半衰期只有12.43年，因此在地球上并不存在天然氚。这使得保障氚的供应成为实现受控氘氚聚变反应所必须解决的重要挑战之一。1GW聚变电站每年需要消耗56kg氚，目前，氚只能从重水堆中获取，乐观估计重水堆每年产氚量大约3kg，难以维系聚变堆的运行需求。因此，聚变堆在投入首炉氚后，氚必须实现自持。图表10：氚循环原理图表11：聚变堆基本结构剖面•

氚可以由中子与锂原子的相互作用产生。天然锂由两种稳定的同位素组成，Li-6和Li-7，后者更为丰富。资料来源：激光评论《氘氚燃料可控核聚变的氚增殖-邹晓旭》，中邮证券研究所10请参阅附注免责声明一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.3

国际聚变能发展规划图表12：国际聚变能发展路线图•

国际核能大国分别给出了聚变能发展规划，在关键节点DEMO的设计、建造、运行上，美国、欧盟、俄罗斯、日本和印度等分别给出了2035年左右的时间规划。资料来源：《我国磁约束核聚变能研发战略与国际合作情况-钱小勇》中邮证券研究所11请参阅附注免责声明一、核聚变：解决人类能源问题的终极方案◼

1.3

国际聚变能发展规划•

我国核能发展“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略体系，聚变堆是核能发展的终极目标。图表13：中国磁约束聚变能发展路线图•

根据中国磁约束聚变能发展路线图的规划，中国磁约束聚变能的开发将分为3个阶段：➢

在2021年推动中国聚变工程试验堆（CFETR）立项并开始装置建设；➢

到2035年建成中国聚变工程试验堆，调试运行并开展物理实验；➢

到2050年开始建设商业聚变示范电站。资料来源：《CFETR物理与工程研究进展-高翔等》，中邮证券研究所12请参阅附注免责声明二发展现状：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步2.1ITER：35个国家合作，将建成世界最大托卡马克装置2.2美国：NSTX-U在升级中，NIF实现能量净增益2.3欧洲：JET氘氚聚变实验产生能量输出59MJ等离子体2.4日本：JT-60SA成功点火2.5

中国：西南物理研究院和等离子体物理研究所牵头，民企积极参与13二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步图14：各聚变装置的参数图图1155：：各各托托卡卡马马克克装装置置等等离离子子体体截截面面•

托卡马克装置是核聚变主要装置类型，目前，世界上主要的托卡马克装置包括35个国家合作建造的ITER，日本和欧盟合作建造的JT-60SA，我国的EAST，美国的TFTR，欧洲的JET，韩国的KSTAR，

法国WEST等。资料来源：JT-60SA《JT-60SAResearch

Plan》，中邮证券研究所14请参阅附注免责声明二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2.1ITER：35个国家合作，将建成世界最大托卡马克装置•

国际热核聚变实验反应堆（ITER）诞生于2006年，将建成全世界最大的托卡马克装置，整体重23000吨，环形空腔内的等离子体温度将达1.5亿℃，外部的超导磁体则需要在接近-270℃（液氦温度）的极低温度运行。ITER项目的核电站将产生大约500MW热能，如果持续运行并接入电网，将转化为约200MW的电能。图16：ITER

组件建造分工•

ITER项目35个合作国家中，欧盟（加上英国和瑞士）贡献45%，中国、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国各贡献9%。ITER成员国的贡献约90%以实物形式提供，完成后的托卡马克将由100多万个部件组成。•

欧盟估计，到2035年，仅欧盟在该项目中付出的成本就将达到181亿欧元（约合196亿美元）。据此推算，如果整个项目都在欧盟内进行，那么在此期间ITER的总成本将为410亿欧元。资料来源：悦智网，中邮证券研究所15请参阅附注免责声明二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2.1ITER：35个国家合作，将建成世界最大托卡马克装置•

2006年，中国正式加入ITER项目，主要参与建造磁体馈线（feeders）和极向场线圈（PFcoils）等18个部件研制制造任务。图17：ITER的中国采购包14-18.诊断系统01.极向场线圈导体02.磁体馈线系统03.环向场线圈导体07.包层第一壁08.包层屏蔽模块09.气体注入系统10.辉光放电清洗系统11.交直流电源系统12.脉冲高压变电站04.校正场线圈与磁体馈线导体05.校正场线圈06.磁体支撑系统13.无功补偿及滤波系统资料来源：《磁约束核聚变能研究进展、挑战与展望-刘永》，悦智网，中邮证券研究所16请参阅附注免责声明二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2.1ITER：35个国家合作，将建成世界最大托卡马克装置•

2020年7月28日，ITER在法国南部正式开始组装。ITER计划用4.5年完成安装，到2025年进行第一次等离子体放电，最终验证核聚变商业化应用的可行性。•

ITER项目面临工期推迟和成本超出。在2022年发现组件缺陷前，ITER项目已面临推迟和成本增加。2020年，项目负责人首次警告，2025年的启动日期无法实现。预计2024年底项目才能对推迟时长和额外成本做出估计。图表18：ITER项目时间表里根-戈尔巴乔夫峰会设计通过批准，选址产生第一束等离子体签署协议开始组装1985

1988

2001

2005

2006

2010

2020

2022

2028?

2035?启动设计工作发现组件缺陷确定选址动工氚实验资料来源：《ITER项目依然在稳步推进-苦山》，中邮证券研究所17请参阅附注免责声明二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2.2

美国：NSTX-U在升级中，NIF实现能量净增益•

TFTR：美国普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）在1982年至1997年运行TFTR反应堆，1993年，TFTR成为世界上第一个使用50/50氘氚混合物，并在1994年产生了10.7MW聚变功率。•

NSTX-U：NSTX于1999年首次投入使用，2012年到2015年，该设备耗费了9400万美元进行升级，使主磁场强度达到原来的两倍，并增加了注射中性原子的第二个端口，升级之后该装置命名为NSTX-U。•

NIF：美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置是目前世界上最大和最复杂的惯性约束聚变研究装置。耗资35亿美元的NIF旨在通过间接驱动惯性约束聚变来研究核武器中的基本物理过程，同时也肩负着推进惯性约束聚变能源研究的任务。2022年12月，NIF实现了人类历史上第一次核聚变净能量增益。（利用脉冲激光向实验氘氚靶丸输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量，能量增益达到1.5倍）图表19：NIF的激光传输系统资料来源：《核聚变再现净能量增益_武魏楠》，中邮证券研究所18请参阅附注免责声明二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2.3

欧洲：JET氘氚聚变实验产生能量输出59MJ等离子体•

JET（欧洲联合环状反应堆）从1983年开始运行，是在日本JT-60SA前规模最大的托卡马克装置。JET位于卡勒姆聚变能源中心，其科学业务由欧洲聚变能源发展联合会负责运营。•

1997年，JET产生约22兆焦耳聚变能量的图20：JET内部等离子体，创造了当时的世界能源纪录。•

2022年2月，JET产生了能量输出为59兆焦耳的稳定等离子体。这是自1997年以来，世界首次进行的氘氚核聚变实验。（JET在5秒内实现了平均超过11兆瓦的功率输出）资料来源：科技日报，中邮证券研究所19请参阅附注免责声明二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2.4

日本：JT-60SA成功点火•

JT-60SA，由日本和欧洲提供资金，利用日本Torus-60升级实验(JT-60U)的大部分现有站点基础设施开发，大多数主要部件都经过了重新设计和制造。

JT-60SA于2020年竣工，中央装置高约16米，直径约13米，是世界第二大等离子体研究设施，仅次于正在建设的ITER。JT-60SA开展的工作将为ITER提供支持。•

据中国科学报2023年11月2日报道，世界上最新、规模最大的核聚变反应堆——JT-60SA成功点火。预计在两年内达到满功率，即将等离子体加热到2亿度，约束时间100秒。图21：JT-60SA将为ITER和DEMO奠定基础资料来源：Fusion

for

Energy官网，中邮证券研究所20请参阅附注免责声明二、国际重要核聚变装置：ITER项目稳步推进，各国装置取得快速进步◼

2.5

中国：西南物理研究院和等离子体物理研究所牵头，民企积极参与图22：国内核聚变实验装置单位聚变试验堆简介西南物理研究院

HL-2M：HL-2A的改造升级装置，用于研究高比压、高参数的聚变等离子体物理,为下一步建造聚变堆打好基础。EAST：先进实验超导托卡马克，是我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置，针对近堆芯等离子体稳态先进运行模式的科学和工程问题，将能产生≥100万安培的等离子体电流；持续时间将达到1000秒，在高功率加热下温度将超过中科院等离子体

一亿度。物理研究所

CRAFT：聚变堆主机关键系统综合研究设施，是国际聚变领域参数最高、功能最完备的综合性研究平台，2019年开建。CFETR：中国聚变工程试验堆，填补ITER和DEMO之间的空白，主要目标包括：实现200-1500MW聚变功率输出；实现稳态或长脉冲等离子体运行，运行因子达到0.3-0.5；实现氚燃料自持，氚增殖比（TBR）大于1.0。玄龙-50：2019年8月，新奥集团自主设计建成的中国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置——新奥“玄龙-50”，在新奥集团河北廊坊建成，并实现第一次等离子体放电。能量奇点星环聚能洪荒70：全高温超导托卡马克装置，计划于2023年底建成运行，将成为全球首台建成运行的全高温超导托卡马克装置。SUNIST-2：球形托卡马克，验证重复重联原理和1T磁场球形托卡马克的约束性能。2023年6月建成，并获得第一等离子体。CTRFR-1：等离子体参数接近聚变堆要求的中型高温超导球形托卡马克，星环聚能正在完成CTRFR-1的设计。资料来源：西南物理研究院官网，中科院等离子体物理研究所官网，中科院官网，新奥集团官方微信公众号，能量奇点官网，星环聚能官网，《CFETR氚自持分析评估与验证策略_冉光明等》，中邮证券研究所21请参阅附注免责声明三聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设3.1

铀资源有限推动混合堆发展，安全性和高放核废料处理优势显著3.2

我国混合堆研究以三大院所为主，实验堆即将进入建设22三、聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设◼

3.1

铀资源有限推动混合堆发展，安全性和高放核废料处理优势显著•

核资源：U-235资源有限，快堆燃料增殖能力有限，难以满足迅速增长的核能需求，需要依赖混合堆高效燃料转换效率来解决；•

核安全：包层为k

小于1的次临界系统；eff•

高放核废料处理：核电站乏燃料具有放射性强、毒性大、寿命长等问题，混合堆中子通量密度高、能谱硬，是处理锕系核裂变产物的理想装置。图23：聚变-裂变混合堆设计U资源短缺、经济性和安全性、乏燃料后处理…裂变聚变裂变能源堆次临界裂变聚变堆芯聚变-裂变混合堆核能聚变能源堆聚变增益Q、氚自持、包层材料…资料来源：《中物院Z箍缩驱动聚变裂变混合堆研发进展-谢卫平》，中邮证券研究所23请参阅附注免责声明三、聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设◼

3.1

铀资源有限推动混合堆发展，安全性和高放核废料处理优势显著•

聚变-裂变混合堆=热核聚变中子源+次临界裂变堆。•

聚变-裂变混合堆基本原理：利用氘氚聚变中子与Li反应生产氚以满足内部聚变反应所需，剩余中子将可转换材料（U-238和Th-232）转变为可裂变材料Pu-239和U-233，直接裂变产生能量。图24：混合堆原理示意图图25：混合堆的类型堆型工作方式特点在包层中放入大量的铍等慢化材料，使聚变不能有效生产核燃料，后处理增加成本。但裂变包层中裂变几率少，简化包抑制裂变型

产生的高能快中子很快慢化为热中子。热中混合堆

子难以使U-238、Th－232裂变，主要使它们变成Pu-239、U-233，并通过频繁后处理提取

层内裂变热的导出问题。利用聚变产生的高能快中子，在裂变包层产快裂变型混

生一系列串级的核过程，大量生产Pu-239或合堆

U-233核燃料。同时，U-238、Pu-239或U-233的大量裂变在裂变包层产生大量裂变热快裂变型混合堆可以有效地生产核燃料资料来源：《聚变——裂变混合堆在未来核能系统中作用和发展前景-张国书》，中国科普博览，中邮证券研究所24请参阅附注免责声明三、聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设◼

3.1

铀资源有限推动混合堆发展，安全性和高放核废料处理优势显著•

混合堆优势1：大幅降低堆芯等离子体性能及第一壁材料要求;•

混合堆优势2：U资源利用率高，相比快堆，不需要U-235或Pu-239的初始装量，燃料增殖能力强；支持比N：一个混合堆生产的核燃料能支持同等功率裂变堆的数量图表26：混合堆的类型图表27：混合堆和快堆支持比对比等离子体能量增益因子中子壁负载堆型支持比N0.25-0.7≤1堆型QWn（MW/m2）氧化物快堆纯聚变堆15-253-5碳化物快堆抑制裂变混10-152-31-1.51金属铀快堆≤1.254-6合堆快裂变燃料U/Pu快裂变混合堆Th/U快裂变混合堆Th/U抑制裂变混合堆53生产堆8-12快裂变能量12-25生产堆资料来源：《聚变——裂变混合堆在未来核能系统中作用和发展前景-张国书》，中邮证券研究所25请参阅附注免责声明三、聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设◼

3.1

铀资源有限推动混合堆发展，安全性和高放核废料处理优势显著•

混合堆优势3：核废料嬗变，核聚变反应产生的中子可以将长期具有放射性的核反应废物超铀元素分解成寿命较短的元素；图表28：混合堆对LWR乏燃料的嬗变能力•

混合堆优势4：建造成本优势，100万千瓦的核电机组，纯聚变堆建堆成本大于100亿美元，快堆为50-60亿美元，热堆为20亿美元左右，而Z篐缩驱动的混合堆在30亿美元左右。资料来源：《聚变——裂变混合堆在未来核能系统中作用和发展前景-张国书》，中邮证券研究所26请参阅附注免责声明三、聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设◼

3.2

我国混合堆研究以三大院所为主，实验堆即将进入建设•

1983年，中国提出了中国核能发展“三步走”，即“压水堆-快堆-聚变堆”以及“坚持核燃料闭式循环”方针。聚变堆包含聚变-裂变混合堆、聚变驱动嬗变堆及纯聚变堆。•

西南物理研究院：在国家“863”计划支持下，我院自“七五”期间开展了聚变-裂变混合堆研究，先后完成了试验混合堆、商用混合堆的概念设计以及试验混合堆的联合设计；“九五”期间完成了实验混合堆工程概要设计，开展了包层和偏滤器方面的设计研究，建立了工程材料数据库；在用聚变中子处理长寿命放射性核废料的新堆型设计方面，也取得了重要成果。图表29：聚变-裂变混合堆结构模型•

聚变-裂变混合实验堆即将建设：联创超导和中核聚变（成都）设计研究院有限公司签订协议，采用全新技术路线，联合建设聚变-裂变混合实验堆项目，技术目标Q值大于30，实现连续发电功率100MW，工程总投资预计超过200亿元。资料来源：核工业西南物理研究院官网，中邮证券研究所27请参阅附注免责声明三、聚变-裂变混合堆：千年能源方案，实验堆即将建设◼

3.2

我国混合堆研究以三大院所为主，实验堆即将进入建设•

九院：2010-2015年以后，在科技部ITER国内配套重大专项经费支持下，由九院彭先觉院士提出并牵头开展基于ITER堆芯的U-Pu及水冷快裂变次临界混合堆概念研究项目；2010年前后，在核能开发等科研项目支持下，九院开展了基于Z-箍缩堆芯的U-Pu水冷快裂变次临界聚变-裂变混合堆

(Z-FFR)概念设计及预研;➢

电磁驱动聚变大科学装置研制：50兆安Z-箍缩驱动器实验装置，驱动器主体直径约78米，高约11米。➢

装置园区位于成都天府新区，总投资约50亿元。图表30：Z箍缩聚变-裂变混合堆电站设计图•

中科院等离子体物理研究所：2000年后，合肥等离子体所在国家自然基金及中科院知识创新共层项目支持下，开展了系列聚变-裂变混合堆概念的创新性设计，如球马克堆芯、多功能包层及聚变驱动嬗变堆等。资料来源：《中物院Z箍缩驱动聚变裂变混合堆研发进展-谢卫平》，中邮证券研究所28请参阅附注免责声明四超导磁体是托卡马克装置的关键，应用从低温超导发展至高温超导4.1超导材料4.2托卡马克装置需要强磁场，低温超导应用成熟4.3高温超导材料进步，将应用于核聚变产业29四、超导磁体是托卡马克装置的关键，应用从低温超导发展至高温超导◼

4.1

超导材料图表31：各超导材料的发现年代和临界温度•

超导材料：完全导电性、完全抗磁性、通量量子化。•

超导材料市场规模持续增长，根据欧洲超导行业协会，2022年，全球超导产品市场规模达68亿欧元。•

低温超导电材料应用成熟：目前，低温超导材料占国际超导材料市场90%的左右，全球仅有少数几家企业掌握低温超导线生产技术，主要分布在美国、英国、德国、日本和中国。•

低温超导（T

<25K）c➢

NbTi（T

=10.2K）；Nb

Sn（T

=18.3K）c3c•

高温超导（T

>25K）c➢

YBCO（T

=90K）；BSCCO（T

=85K,110K）；MgB

（T

=40K）cc2c资料来源：《高压室温超导电性的新进展_罗会仟》，中邮证券研究所30请参阅附注免责声明四、超导磁体是托卡马克装置的关键，应用从低温超导发展至高温超导◼

4.2

托卡马克装置需要强磁场，低温超导应用成熟•

聚变反应堆等离子体约束需要强磁场，等离子体约束时间随着磁场的增加而增加。过去，包括ITER在内的托卡马克装置都使用低温超导材料。•

在ITER项目中，超导磁体占ITER成本的28%。图32：ITER成本构成图33：部分聚变装置磁体参数资料来源：《Superconductors

for

fusion:aroadmap-Neil

Mitchell

et

al.》，中邮证券研究所31请参阅附注免责声明四、超导磁体是托卡马克装置的关键，应用从低温超导发展至高温超导◼

4.3

高温超导材料进步，将应用于核聚变产业•

美国CFS和MIT提出采用高温超导磁体，以实现聚变装置的小型化和紧凑型。基于高温超导的磁体可以实现最高20T的磁场强度，该磁体将用于聚变反应堆SPARC。图表34：CFS测试磁体（2021年）及SPARC中高温超导磁体示意图图表35：YBCO超导材料资料来源：CFS官网，《Development

and

large

volume

production

of

extremely

high

current

density

YBa

Cu

O

superconducting

wires

for

fusion-A.Molodyk

et

al.》，中邮证券研究所23732请参阅附注免责声明四、超导磁体是托卡马克装置的关键，应用从低温超导发展至高温超导◼

4.3

高温超导材料进步，将应用于核聚变产业•

国内超导带材制造处于国际领先水平。上海超导基于物理气相沉积法制备的ReBCO带材具有全球领先的低温高场电性能，一流的自场电流密度、优异的磁体绕制性能、极低的交流损耗（0.36-0.5W/m）。•

上海超导：上海超导已为CFS批量提供超过一百余公里采用30微米超薄基带的高性能高温超导带材，用于聚变导体和磁体研制；上海超导与英国TE公司深度合作，于2017-2020年间分批陆续供应宽幅高性能高温超导带材，用于强场磁体研制及超导可控核聚变。图表36：上海超导第二代高温超导带材资料来源：上海超导官网，中邮证券研究所33请参阅附注免责声明四、超导磁体是托卡马克装置的关键，应用从低温超导发展至高温超导◼

4.3

高温超导材料进步，将应用于核聚变产业•

永鼎股份：专业研发新型千米级第二代高温超导（2G-HTS）带材，发展新型高温超导材料应用技术，实现2G-HTS带材的产业化及相关应用技术的研究开发。•

2023年11月20日，永鼎承担建设的我国首条高温超导低压直流电缆，在江苏苏州并网投运，填补了我国在超导电缆低压直流系统的应用空白。图表37：永鼎股份制造的高温超导电缆•

相比于第一代高温超导带材，第二代YBCO优势明显，其成本更低，载流能力等性能保持更加优异。永鼎股份第二代（YBCO）高温超导带材产品已在超导感应加热设备、可控核聚变、超导电缆等下游应用中广泛应用。资料来源：永鼎股份官网，中邮证券研究所34请参阅附注免责声明五民营资本涌入推进产业发展，日本已将核聚变上升至国家产业政策5.1民间资本涌入推进核聚变产业发展5.2日本将核聚变上升至国家产业政策35五、日本已将核聚变上升至国家产业政策，民营资本涌入推进产业发展◼

5.1

民间资本涌入推进核聚变产业发展图表38：聚变企业成立时间线•

根据FIA数据，2022年全球私营核聚变公司获得超过48亿美元的投资，比2021年增长139%，私人投资对核聚变的投资额首次超过政府资助。2023年，全球私营聚变公司获得的投资额从48亿美元增加至62亿美元。新增资金包括美国TAE技术公司2.5亿美元、中国新奥科技图表39：私营聚变企业数量发展公司2亿美元、日本京都聚变技术公司7900万美元、中国能源奇点公司5500万美元等。资料来源：《The

global

fusion

industry

in2023-FIA》，中邮证券研究所36请参阅附注免责声明五、日本已将核聚变上升至国家产业政策，民营资本涌入推进产业发展◼

5.1

民间资本涌入推进核聚变产业发展•

FIA调研的30家从事核聚变的企业中，有4家给出预计2030年前向电网供电，有15家给出预计2030-2035年间实现向电网供电。•

FIA调研的40家从事核聚变的企业中，有6家认为核聚变发电有望在2030年之前实现，20家认为核聚变发电有望在2031-2035年间实现。图表40：各企业预计向电网供电的时间图表41：核聚变实现发电的时间资料来源：《The

global

fusion

industry

in2023-FIA》，中邮证券研究所37请参阅附注免责声明五、日本已将核聚变上升至国家产业政策，民营资本涌入推进产业发展◼

5.1

民间资本涌入推进核聚变产业发展•

美国HelionEnergy：2023年5月，美国HelionEnergy宣布将在2028年之前建成世界上第一座聚变发电厂。HelionEnergy成立于2013年，已筹集超过5.7亿美元的私人资本。ChatGPT母公司OpenAI首席执行官SamAltman在2021年对HelionEnergy投资3.75亿美元。HelionEnergy预计核聚变电厂投产后将在1年内实现至少50MW的发电能力。微软已与HelionEnergy签订了电力购买协议。•

Helion装置将氘和氦-3加热成等离子体，通图表42：HelionEnergy核聚变装置示意图过磁场限制（FRC），从设备两端两个FRC将等离子体加速到100万英里每小时，在中心相撞并被进一步压缩，直到达到超过1亿℃（9keV）的聚变温度。氘和氦-3发生聚变反应，随着聚变能产生，等离子体膨胀并将磁场推回，磁场变化产生电流并直接转化为电能。D+3He

→

p(14.67MeV)+4He(3.67Mev)（反应无需氚，也无中子产生）资料来源：Helion

Energy官网，中邮证券研究所38请参阅附注免责声明五、日本已将核聚变上升至国家产业政策，民营资本涌入推进产业发展◼

5.1

民间资本涌入推进核聚变产业发展•

美国CFS：CFS（CommonwealthFusionSystems）源于MIT的等离子科学和聚变中心，成立于2018年，2021年完成18亿美元B轮融资，新参与者包括比尔盖茨、谷歌等。CFS计划在美国建立一座聚变反应堆SPARC，预期在2030年代初期实现商业核聚变发电。SPARC目标实现Q>2，并为ARC聚变核电站建设奠定基础。图43：CFS的聚变能应用商业路径•

SPARC是一个强磁场（轴上环形磁场强度B

=12.2T）紧0凑型（大半径R

=1.85m，小0半径a=0.57m）的托卡马克装置，可以进行氘-氚反应，聚变功率P

=140MW，Q=11。fus强磁场和紧凑结构通过采用2025年获得净能量2025年开始，30年代初实现CFS和MIT研发的新型高温超导磁体获得。资料来源：CFS官网，中邮证券研究所39请参阅附注免责声明五、日本已将核聚变上升至国家产业政策，民营资本涌入推进产业发展◼

5.1

民间资本涌入推进核聚变产业发展•

英国TokamakEnergy：由来自世界领先的卡勒姆聚变研究机构的前沿科学家创立，成立于2009年，总部位于英国牛津郡。TokamakEnergy计划在2026年完成ST80-HTS以展示高温超导磁体的全部潜力，并为其核聚变试验工厂ST-E1的设计提供信息，该工厂计划在2030年代产生200MW电力。2023年4月，TokamakEnergy宣布已建造出世界首套新一代高温超导(HTS)磁体，将在美国实验室极端条件下进行测试。•

日本KyotoFusioneering：由京都大学的研究人员于2019年成立，从事核聚变相关技术。三菱商事、关西电力、日本政府旗下基金等16家企业和政府组建的联盟，正准备向KyotoFusioneering投资100亿日元。KyotoFusioneering已完成聚变电厂设备综合测试设施的初步设计，计划于2024年示范使用聚变相关技术发电。•

加拿大GeneralFusion：成立于2002年，2006年公司创始人物理学家米歇尔·拉贝博士完成了原理验证实验，吸引到了包括亚马逊的杰夫-贝索斯（JeffBezos）、微软和其他许多公司以及加拿大官方作为自己的投资方和合作伙伴。资料来源：TE官网，中国核电网，核技术网，财联社，澎湃新闻，中邮证券研究所40请参阅附注免责声明五、日本已将核聚变上升至国家产业政策，民营资本涌入推进产业发展◼

5.2

日本将核聚变上升至国家产业政策•

日本能源匮乏，能源自给率只有13%左右，在全球推进碳中和的背景下，日本政府将核聚变能视为支撑未来超智能社会的重要基础。•

2023年4月，日本推出《核聚变能创新战略》，旨在通过建立庞大的国内核聚变产业，在未来商业化利用核聚变能中占据主导地位。《战略》确立了两大重要抓手——核聚变技术开发和核聚变产业培育，力求通过产学官通力合作先于其他国家制造出商业核聚变装置，在2050年实现核聚变发电目标，积极抢占国际市场。•

《战略》以“推进全球新一代能源——核聚变能实用化，利用本国技术优势，占领市场，实现核聚变产业化发展”为愿景，提出了未来十年日本支持核聚变能发展的主要举措，涉及核聚变技术开发、核聚变产业培育和相关体制机制等。资料来源：科情智库微信公众号，中邮证券研究所41请参阅附注免责声明五、日本已将核聚变上升至国家产业政策，民营资本涌入推进产业发展◼

5.2

日本将核聚变上升至国家产业政策图44：日本《核聚变能创新战略》（部分）分类举措内容支持小型化、精密化、独创

扩大核聚变技术研究范围，从2023年开始启动专项支持政策的制定，促进研究机构与企业的大力支持核聚变技术开发性的新兴技术合作。日本在ITER计划中承担核反应堆制造的任务，将其他国家开发的技术用于本国研发。通过ITER等获得核心技术构建相关框架，吸引更多企业参与，共同推进核反应堆研发。加速未来核反应堆原型开发明确核聚变能的社会定位，

支持核聚变能在社会各领域的应用，明确将核聚变能作为日本能源结构坚强后盾的定位。日提高产业预见性本文部科学省制定的核反应堆研发路线图（2018年7月），在2050年前后实现核聚变发电。主动培育核聚变产业日本将重点选择以下领域进行支持。一是，核聚变核心技术领域。二是，核聚变有望产生重大影响的领域，包括资源与能源、医疗、安全保障等领域。三是，有望与其他领域现有或新技术进行整合的领域，包括人工智能解析与模拟、大数据通信、量子、发电等领域。制定核聚变技术路线图和产业路线图设立核聚变产业协会，促进企业之间进行核聚变相关信息交换和商业对接，培育核聚变产业；促进产学官合作，吸引学术界和企业参与创业基地建设。建立核聚变创业基地推进机制由内阁府牵头，相关部委合作推进；由量子科学技术研究开发机构（QST）主导开发核反应堆，并建立学术界和产业界合作开发机制与企业培育机制；由QST主导构建核聚变技术创新基地，对通过ITER计划和共同研发获得的技术消化吸收并进一步开发，推动核聚变产业化发展；明确核聚变职业路径，产学官合作培养相关人才推进机制资料来源：科情智库微信公众号，中邮证券研究所42请参阅附注免责声明六相关标的及风险提示6.1

相关上市公司6.2

风险提示43六、相关标的及风险提示◼

6.1

相关上市公司•

国内部分上市公司例如西部超导、国光电气、安泰科技等，从为ITER项目配套开始建立起核聚变相关核心设备、产品的研制生产能力，并供应国内外核聚变项目。磁体是核聚变装置的核心，随着新装置对磁场强度的要求越来越高，超导磁体在核聚变装置中广泛应用，基于第二代高温超导材料，可以获得更强的磁场进而实现聚变装置的小型化、紧凑型，国内高温超导磁体、带材供应商包括联创光电、永鼎股份等。图45：国内核聚变相关上市公司公司核聚变相关产品联创光电永鼎股份国内高温超导磁体供应商，联创超导和中核聚变(成都)设计研究院有限公司签订协议，联合建设可控核聚变项目高温超导带材主要供应商国光电气西部超导实现了核工业聚变领域专用泵和阀门国产化，为ITER提供了核心设备，包括偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备等；公司突破了CRAFT项目用Nb

Sn超导线材批产稳定性控制技术；开发新一代高性能电流密度Nb

Sn线材并实现量产，为33核聚变新项目BEST提供高指标的产品；已开始向CFETR项目供货。EAST钨铜偏滤器、ITER钨铜复合部件、WEST钨偏滤器；高性能钼合金材料用作EAST核聚变装置的第一壁；为BEST研制钨铜复合片完成交付安泰科技高澜股份曾参与EAST建设项目及相关核物理实验室项目，并为其提供相应的热管理产品资料来源：上海证券报，国光电气公告，西部超导公告，安泰科技公告，高澜股份公告，中邮证券研究所44请参阅附注免责声明六、相关标的及风险提示◼

6.1.1

联创光电：高温超导磁体在多领域进入1到N加速发展阶段•

联创光电由江西省电子集团整合旗下部分优质军工资产于1999年6月设立。近年来，公司围绕“进而有为，退而有序”的经营方针，重点打造了激光和超导两个高科技新兴产业。公司超导产业依托参股子公司联创超导（持股40%）。•

联创超导有望并入上市公司：控股股东电子集团的发展规划，联创超导不考虑独立上市，在产品加速进行商用推广阶段，将联创超导整体并入联创光电。图46：超导单晶硅生长炉•

高温超导多项产品实现0到1突破，进入1到N的加速发展阶段：➢

高温超导感应加热设备：兆瓦级高温超导感应加热设备于2021年12月起运客户中铝集团东北轻合金，于2023年4月正式商业化投产使用。目前，在手订单已超60台，2023H1交付6台设备。➢

高温超导磁控单晶生长炉：2023年3月，联创超导联合宁夏盈谷实业股份有限公司启动高温超导磁控硅单晶生长炉研制工作。➢

可控核聚变：2023年11月，联创超导和中核聚变(成都)设计研究院有限公司签订协议，联合建设可控核聚变项目，技术目标Q值大于30，实现连续发电功率100MW，工程总投资预计超200亿元人民币。资料来源：联创超导官网，联创光电公告，上海证券报，中邮证券研究所45请参阅附注免责声明六、相关标的及风险提示◼

6.1.2

永鼎股份：第二代高温超导带材产业化加速落地•

公司于1994年成立，1997年成为国内光缆行业首家民营上市公司。经过数十年持续发展，目前已形成“光电交融、协同发展”的战略格局，业务覆盖光通信和电力传输两大领域。公司于2011年开始投资超导业务，主要生产第二代高温超导材料。超导带材代替传统的铜材的应用产品有超导感应加热设备、超导电缆、高温超导磁体、全高温超导可控核聚变堆、超导故障电流限流器、超导发电机、超导风机等。•

公司以业内独有的“磁通钉扎”技术，研制应用于高强磁场工况下的高载流超导带材，推进了在超导感应加热和可控核聚变堆的应用。公司与江苏国网合作的“高温超导直流电缆示范工程”项目，先后完成了超导电缆本体的敷设、支架安装等，在2023年下半年挂网运行，是江苏省第一根超导电缆，也是目前国内第一根基于国产第二代（YBCO）高温超导材料的冷绝缘高温超导直流电缆。图47：二代高温超导带材•

公司超导业务由全资子公司东部超导承担。2021年、2022年和2023H1，东部超导净利润分别为-823万元、-2581万元和-815万元。资料来源：永鼎股份公告，中邮证券研究所46请参阅附注免责声明六、相关标的及风险提示◼

6.1.3

国光电气：第一壁、偏滤器及泵阀产品优势显著，核工业领域收入快速增长•

成都国光电气股份有限公司源于1958年，是我国微波电子器件主要科研生产基地之一。公司产品门类主要包括各类微波器件（电真空、固态）及组件、真空接触器、真空灭弧室等。•

在核聚变领域，在技术层面上，公司擅长领域包括第一壁、偏滤器、风机、阀组箱、专用阀门、管路及相关配套系统建设等。公司核工业设备及部件产品主要包括ITER配套设备、核工业专用泵以及阀门等其中，ITER配套设备包括偏滤器、ITER屏蔽模块热氦检漏设备、ITER包层第一壁板、ITER工艺设备等。•

2022年，公司核工业领域收入3.68亿元，同比增长180%，占公司营收的40%。2023Q1-Q3，公司营收5.78亿元，同比下滑19%，归母净利润0.54亿元，同比下滑58%。图48：核工业设备及部件收入图49：核工业设备及部件毛利率43210200%150%100%50%40%30%20%10%0%3.6836.49%180%34.81%34.08%32.24%26.84%101%90%1.3178%0.690.390.190%20182019202020212022YoY核工业设备及部件收入（亿元）20182019202020212022资料来源：iFinD，中邮证券研究所47请参阅附注免责声明六、相关标的及风险提示◼

6.1.4

西部超导：成立背景为ITER用低温超导线材，超导业务保持较快增长•

西部超导成立于2003年，成立之初以ITER用低温超导线材产业化为主要业务。公司立足核心技术、紧跟市场需求，目前形成了高端钛合金材料、超导产品和高性能高温合金材料三大主业。其中，超导产品经历ITER项目交付完结（2019年）以及向MRI、MCZ、CFETR等领域的拓展。•

核聚变领域，公司突破了CRAFT项目用Nb

Sn超导线材批产稳定性控制技术；开发新一代高性能电流密度3Nb

Sn线材并实现量产，为核聚变新项目BEST提供高指标的产品；已开始向CFETR项目供货。3•

2022年，公司超导产品收入6.23亿元，同比增长161%，占公司营收的15%。2023H1，公司超导产品收入4.02亿元，同比增长61%，占公司营收的19%。图50：超导产品收入图51：超导产品毛利率76543210200%150%100%50%40%30%20%10%0%6.23161%30.44%4.022.3916.33%1.9535%61%1.4432%1.0910.57%23%4.64%20194.51%20200%20182019202020212022YoY2023H1超导产品收入（亿元）201820212022资料来源：iFinD，西部超导公告，中邮证券研究所48请参阅附注免责声明六、相关标的及风险提示◼

6.1.5

安泰科技：钨铜复合材料技术领先，供货国内外主流核聚变装置•

安泰科技核聚变相关业务主要由子公司安泰中科开展。安泰中科成立于2012年，安泰科技持股65%，合肥科聚高技