机械一周解一惑系列：可控核聚变最新进展及其系统结构拆分_21页_1mb

可控核聚变最新进展及其系统结构分析总结

核心内容概览

可控核聚变作为未来清洁能源的重要方向，近年来取得了多项重要进展，尤其在商业化应用和科学研究方面。多个国家和企业正在积极推进相关技术的研发与应用，中国也在其中扮演了重要角色。本文主要分析可控核聚变的最新进展、系统结构拆分以及相关投资标的，并提示潜在风险。

主要观点与关键信息

1. 可控核聚变商业化进展

• 全球投资增长：2024年全球核聚变产业吸引投资超过71亿美元，全球核聚变企业总数达45家，中国的新奥能源、能量奇点等企业也积极参与。
• 技术突破：
  • EAST装置：2025年1月，EAST装置实现了1亿摄氏度1066秒的“高质量燃烧”，标志着我国在聚变能源研究上取得重大突破。
  • 国光电气：与天府创新能源研究院合作，布局聚变裂变混合能源产业。
  • 中国核电与浙能电力：分别增资10亿元和7.5亿元参股中国聚变能源有限公司，推动聚变商业化进程。
  • Helion Energy：计划在2028年建成全球首座核聚变发电厂，容量为50MW。
• 我国目标：计划在2050年前后建成商业聚变示范电站，实现磁约束聚变能源的商业化应用。

2. 我国磁约束聚变研究规划

• 发展路线图：我国制定了磁约束聚变能源发展路线图，分为三个阶段：
  • 第一阶段：推动CFETR立项并开始装置建设。
  • 第二阶段：计划2035年完成CFETR建设，进行调试和物理实验。
  • 第三阶段：2050年前后建成商业聚变示范电站，实现商业化应用。
• 关键突破：
  • EAST装置：多次打破世界纪录，包括实现超导托卡马克准稳态双输运垒。
  • CFETR项目：已全面进入关键部件研制阶段，计划2035年完成建设。
• 技术挑战：
  • 能量平衡：实现Q（聚变输出能量与输入能量比）=1是工程可行性的门槛，Q=5是商业化可行性的门槛。
  • 氘自持：实现氘的自持燃烧是商业应用的必要条件。
  • 可利用率：目前聚变堆的可利用率远低于裂变堆，需提高模块化和维护效率。
  • 耐辐照材料：需开发能承受高能中子辐射的材料，如铍和铬锆铜合金等。

3. 托卡马克装置系统结构拆分

• 磁体系统：产生约束磁场，对装置性能与效率有重要影响。
  • TFTR（美国）：采用水冷无氧铜导体，环向磁场达5.2T。
  • JET（欧盟）：采用水冷铜导体，环向磁场达3.45T。
  • JT-60（日本）：环向磁场达4.5T，使用含银无氧铜。
  • HL-3（中国）：环向磁场达3.0T，采用铜导体水冷线圈。
• 偏滤器系统：由穹顶板、内外靶板、抽气系统和冷却系统组成，承担等离子体与器壁之间的热与杂质排出功能。
  • EAST装置：内、外靶板是等离子体轰击最剧烈的区域。
  • 联创光电：已参与HL-3偏滤器系统研发，具备偏滤器模块加工、装配与检测能力。
• 真空室系统：位于磁体与冷屏之间，双层结构，用于维持高质量真空环境并提供中子防护。
• ITER屏蔽包层：
  • 结构：分为内包层和外包层，共440个模块，每个模块由第一壁和屏蔽模块组成。
  • 第一壁：由钨、CuCrZr合金和316L不锈钢构成，需冶金结合技术。
  • 屏蔽模块：用于减少中子辐射和放射性扩散，需高精度制造和测试技术。

关键技术指标与里程碑

• 节点1：当前领域最优水平
• 节点2：ITER水平
• 节点3：聚变商业示范堆（DEMO）水平
• 节点4：第一代商业堆水平

相关投资标的

3.1 联创光电

• 主营业务：激光、LED芯片、智能控制、背光源、光电通信及智能装备线缆与金属材料。
• 核聚变相关业务：
  • 创建高温超导应用技术重点实验室。
  • 完成光伏级高温超导磁控单晶生长设备样机生产及安装调试。
  • 实现高温超导磁控单晶生长设备产业化，获取批量化订单。
  • 成功将高温超导集束缆线技术应用于聚变高场磁体研制。
  • 与中核集团合作推进“星火一号”聚变-裂变混合示范堆建设。

3.2 国光电气

• 主营业务：微波器件、真空设备、核工业设备。
• 核聚变相关业务：
  • 生产ITER配套设备，包括偏滤器和包层系统。
  • 参与ITER屏蔽模块热氦检漏设备研发，该设备为全球首台满足ITER要求的设备。
  • 生产ITER第一壁板，采用钨、CuCrZr合金和316L不锈钢复合材料。
  • 研发多种制造工艺设备，如球床材料测量系统、高温环境箱电子万能试验机等。

风险提示

1. 技术突破不及预期：可控核聚变技术仍处于研发阶段，商业化进程存在不确定性。
2. 下游需求波动风险：目前产业尚处于孵化阶段，应用场景和市场需求尚未明确。
3. 政策推动不及预期：核聚变技术发展依赖政策支持，若政策落地力度不足，可能影响行业发展。

总结

可控核聚变作为未来能源的潜在解决方案，近年来在全球范围内取得了显著进展。我国在磁约束聚变领域拥有完整的研发体系和工程经验，EAST装置的突破和CFETR项目的推进标志着我国在该领域的重要地位。然而，实现商业化仍需克服能量平衡、氘自持、可利用率和耐辐照能力等关键技术难题。托卡马克装置作为主要技术路线，其磁体、偏滤器、真空室和包层系统是实现聚变反应的核心部件。联创光电和国光电气作为国内重点企业，已积极参与核聚变相关技术研发和设备制造，具备较强的技术实力和产业化能力。尽管前景广阔，但可控核聚变仍面临诸多挑战，需持续关注技术突破和政策支持。