报告名称：可控核聚变深度报告：迈向终极能源
出 品 方：东吴证券
️可控核聚变的定义与原理
可控核聚变是指在人工控制条件下，使轻原子核(主要是氢的同位素氘和氚)在高温高压环境下融合成较重的原子核(主要是氦)，同时释放出巨大能量的过程。与核裂变不同，核聚变反应不会产生高放射性的核废料，燃料来源丰富，被誉为"人类终极能源解决方案"。
️主要技术路线对比
目前，实现可控核聚变主要有三种技术路线：磁约束核聚变、惯性约束核聚变和磁惯性约束核聚变。
磁约束核聚变(MCF)被认为是目前最有前景的实现大规模受控核聚变反应的方法，托卡马克是目前产业化重点方向。托卡马克装置利用极向磁场和环向磁场双重配合，将高温等离子体约束在真空环境中。磁约束聚变装置主要有托卡马克、磁镜、仿星器、反向场箍缩等路线，目前的研究多集中于托卡马克路线，且技术进展较快。国际热核聚变实验堆(ITER)和中国的EAST装置都采用托卡马克技术路线。
惯性约束核聚变(ICF)**是通过高能激光或粒子束瞬间加热并压缩燃料靶丸，利用惯性约束实现高温高压条件下的聚变。美国的国家点火装置(NIF)和中国的神光系列都是具有代表性的惯性约束核聚变研究装置。2022年，NIF首次实现了能量净增益，引起广泛关注。
磁惯性约束核聚变结合了惯性约束与磁约束两条技术路线的特点，约束时间和密度均处于两者之间。这种技术路线试图结合两种方法的优点，克服各自的缺点。
张杰院士表示，惯性约束聚变路线与磁约束聚变路线是人类实现受控核聚变反应的两条主要技术路线，目前这两条路线所处的发展阶段是类似的。磁约束被普遍认为更有可能率先实现聚变能源的商业化利用，而惯性约束在军事应用和基础研究方面具有重要意义。
从商业化潜力来看，可控核聚变的商业化发展路径为实验堆→示范堆→商用堆，需要逐级验证科学可行性与经济可行性。实验堆阶段需攻克能量净增益与稳定点火两大基础科学难题，通过高温等离子体约束技术实现可控的聚变；示范堆阶段则需要验证工程可行性和经济可行性；商业堆阶段则需要实现规模化部署和商业化运营。
️核聚变产业链全景分析
1 产业链总体结构
可控核聚变产业链包括上游、中游及下游三个环节，各个环节的协同发展将促使可控核聚变技术的商业化进程。
上游主要包括原材料供应，包括核聚变所需的氘氚燃料、高温超导材料及第一壁材料（金属钨、铜等）。这些原材料是建造核聚变装置的基础，其性能直接影响核聚变装置的运行效果。
中游是产业链的核心，涉及到聚变技术的研发、装备制造以及相关软件的开发。在这一环节，不仅包括了物理研究和工程技术的创新，还涉及到复杂装备的制造和优化，如反应器内的第一壁、偏滤器、蒸汽发生器和超导磁线圈等关键组件。
下游主要涵盖核电站运营及设备应用，主要目标市场为发电。虽然可控核聚变技术目前尚未实现商业化发电，但这一环节是产业链最终的目标所在。
图：飞跑的鹿
2 上游原材料与核心部件
上游原材料与核心部件是核聚变产业链的基础，主要包括超导材料、特种金属材料、氘氚燃料等。
超导材料与磁体系统是核聚变装置的核心部件，用于产生强磁场约束高温等离子体。超导材料主要包括低温超导材料(Nb3Sn、NbTi)和高温超导材料(ReBCO)。
低温超导材料中，Nb3Sn是ITER等传统装置的主流选择，在极低的温度下能够表现出优异的超导性能，满足高能物理、热核聚变等领域对强磁场的需求。国内相关厂商中，西部超导在低温超导领域具备全流程生产能力，核心产品NbTi和Nb₃Sn超导线材是核聚变装置中磁体系统的关键原材料，深度参与中国环流器系列装置（如HL-2M、CFETR）的研发。
高温超导材料如ReBCO（稀土钡铜氧化物），可在更高温度下维持强磁场，正在被一些商业聚变公司所试验应用。永鼎股份是国内唯一实现第二代高温超导带材量产的企业，采用独有的IBAD+MOCVD技术路线，形成自主的强磁通钉扎REBCO超导薄膜制备工艺，突破国际垄断，二代高温超导带材技术达国际领先水平，产品已成功应用于中国环流器二号M（HL-2M）、国际热核聚变实验堆（ITER）等重大项目；上海超导供应了世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置的全部高温超导带材，该加热装置由联创光电自主研制，并在黑龙江中铝集团东北轻合金公司成功投运。
特种金属材料主要包括钨、铜等，用于制作核聚变反应器的第一壁和偏滤器等关键部件。安泰科技为EAST提供钨铜偏滤器，形成从原材料到部件交付的全套技术体系，产品获法国WEST装置和ITER项目认可。斯瑞新材高强高导铜合金产品已成功应用于"可控核聚变"领域。此外，在材料和零部件领域布局厂商众多，还包括中洲特材（高温耐蚀合金）、东方钽业（热压ITER铍材）、大西洋（核级焊接材料）、久立新材、鑫宏业（电缆）、长光华芯（惯性约束技术路线激光芯片）、兰石重装（焊接式热交换器）、雪人股份（氦气螺杆压缩机）、融发核电（ITER部分部件）、国机重装（CRAFT TF线圈盒）、纽威股份（阀门）等。
氘氚燃料与特种气体是实现核聚变反应的必要原料。中国核电在核聚变技术研发中涉及重水中的氘元素应用。
3 中游设备制造与工程建设
中游设备制造与工程建设是核聚变产业链的核心环节，主要包括核聚变装置的总体架构设计、核心设备系统制造以及工程建设与集成。
核聚变装置总体架构通常包括真空室、等离子体约束系统、加热系统、诊断系统、燃料循环系统、能量转换系统等多个部分。根据FIRE数据，聚变实验装置建设成本中，设备费用占比约55%，其中主机部分占比约30%，包括磁体17%、包层7%、真空室4%等。
核心设备系统主要包括：
磁体系统：占总投资成本约40-50%，是核聚变装置的核心部件。超导磁体是核聚变装置运行的核心部件，用于产生强磁场约束高温等离子体。联创光电子公司江西联创光电超导技术有限公司先后完成了REBCO集束缆线及高温超导磁体的设计，2025年1月完成国内首个基于高温超导缆线的D型线圈20K温区低温实验，联创超导的磁体系统已进入交付阶段。
真空室与第一壁系统：真空室为聚变反应提供超高真空环境，防止等离子体污染。第一壁是包容等离子体区和真空区的部件。合锻智能已中标真空室2.1亿元订单，预计分批交付，此外与安泰科技在偏滤器等项目中共同竞标，形成"材料-制造"联盟。
加热与控制系统：用于对等离子体进行加热和控制，使其达到聚变所需的温度和稳定性。
其他关键系统：包括偏滤器、燃料循环系统、能量转换系统等。
设备制造技术要求与挑战极高，需要解决高温高压等极端条件下的等离子体控制、材料耐受性、能量转换效率等一系列技术难题。这些设备需要在极端环境下工作，如高温、强辐射、高真空等，对材料和制造工艺提出了极高要求。
工程建设与集成技术是将各个系统集成到一个完整的核聚变装置中的关键环节。国际热核聚变实验堆计划（ITER）是全球可控核聚变研究的标志性合作项目，它集合了中国、欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和印度等七方的力量，吸引了全球顶尖科研团队的参与，旨在加速核聚变技术的发展。中国核建承担ITER核心安装工程，掌握全超导托卡马克装置建造技术。
4 下游应用与市场前景
下游应用与市场前景是核聚变产业链的重要组成部分，主要包括电力生产与能源应用以及其他潜在应用领域。
电力生产与能源应用是核聚变最主要的下游应用，主要目标市场为发电。核聚变发电具有燃料无限（氘资源丰富）、零碳排放、能量密度高等优势，被视为解决全球能源危机的关键。
市场规模与增长预测方面，据国际原子能机构预测，2030年全球可控核聚变市场规模有望达到4965亿美元，2050年或突破万亿美元。申万宏源研究预测，2030年—2035年，全球核聚变装置市场规模有望达2.26万亿元，超导材料、真空室部件等细分领域将率先受益。
商业化路径与阶段方面，可控核聚变的商业化发展路径为实验堆→示范堆→商用堆。实验堆阶段需攻克能量净增益与稳定点火两大基础科学难题；示范堆阶段需要验证工程可行性和经济可行性；商业堆阶段则需要实现规模化部署和商业化运营。中国聚变工程实验堆（CFETR）计划在2025年启动建设，目标建成全球首个兼具聚变能量回收和工业级能源输出的反应堆，为商用化提供技术和运营经验。
除电力生产外，核聚变技术还有其他潜在应用领域，如核聚变制氢等。核聚变制氢技术可以实现高效、安全的氢气生产，为清洁能源转型提供支持。
可控核聚变产业链及部分厂商：
