国防军工行业深度报告：可控核聚变系列深度②，新一代托卡马克的建成，是实现聚变点火的重要节点

证券研究报告行业深度报告，国防军工东吴证券 国防军工行业深度报告SOOCHOWSECURITIES 可控核聚变系列深度：新一代托卡马克 成，是实现聚变点火重要节点 2025年02月24日 证券分析师苏立费 增持（维持）执业证书：S060052111000 证券分析师许牧 sulzdwzqcomcn 投资要点 执业i证书：S0600523060002 追溯人类研究核聚变质史，为何可拉核聚变至今尚未实现？可控格聚 xumudwzqcomcn 变至今尚末实现，主要是出于技术欢度、研完进展前新性以及聚变点研究助理高正泰 火复杂性等多方面国高共同作用，平期，人类在二战后开启了燃聚 变技术探索，尝试了多种技术路径，托卡马壳技术在20世纪60年代执业证书：S0600123060018 脱额而出并成为主流研究方向，但在后续发展中，尤其是20世纪80年gaozhtdwzqcomcn 代，科学案们发现等离子体中存在非线性微观不稳定性引发满流，手 致反常输运现象，严重政坏了托卡乌克对等离子体约束来效采，使得聚行业走势 变点火目标欢以达成， ITER延生背景及其设进程终低于预期原因？ITER认生源 于20纪80年代核聚变研究控折，聚变点火希望被寄托千下一代参至一一ITER。位由千其造成本高昂，美苏等超级大国难以独自承权，周比1985年在助内表峰会上惕议由多回共同启动该项目。然而，ITER 设进程终低于预期，主表原固是其规模过大导效技术难题颠发： 法回核安全局对辐射防护指施提出更高委求，暂停了组装工作；供应链 问题，监管需局以及多回合作协调难度也严重影响了项目进度。ITER 项目涉及35个国家，冬国在技术标准、资会投入和管理流程上存在差 异，决策过程线慢，科研因队在技术细节和设计理念上存在分歧，进一 相关研究 步增加了协调成本，这些同素共同导致了ITER项目自启动以柔多次延可控核表实系列源度：科等，从 期。成本超支，设进度运未达到预期。航或反点列托卡马元 商业聚变公司定位是什么，其中其有代表性企业有哪些？商业乘变2025102115 公司定位主要安集中在通过技术创新和工程化落地非动核聚要技术有业化应用，目标是实现聚变发电经济性和可行性，这出公可统力于开发小型化、低成本聚装置，以加追技术选代和降低研发风险、代 表企业包指美同CommonwealthFusionSystems（CFS）公司，其理 理高深超导磁体技术，亚著统小了托卡马充装更尺寸，降低了设点本和周期。商业公司发展逐轻普追遵确“小表置，低成本，快违选代” 原别，为核聚变技术商业化提供了灵活路径，非动行业按计划逐 步非连，预计在2030至2040年间实现告次并网发电， 中国格聚变研完主力军是谁，分别对应哪些托卡马克装置？中国核定研究主力军定中围科学院等高子体物理研究所和款工业西尚物理研究院，BEST项目与HL3项目分别是中科院等离子所与西南物理研 究院正在设或升级改造托卡马克研究装置，承来重点将在我因继约 来主力装置BEST与HL3上开展与CFETR物率相关验证性实验， 为CFETR设美定坚实益，CFETR核心标足实见可控核 变能工程验证与商业化应用，骨在弥合晚实验策置与未来聚安示范发电厂之间装术鸿沟：动聚定能累从实验室走向实际应用， 可拉核聚变何时能够实现？可控核聚变实现时阅邓以确定，国为当前 人类尚未突致多维技求瓶致，尽管现有托卡马壳装置取得了一定突碳，但距离持续能量净均益仍差距惠速、新一代卡马壳装置（加ITER、CFETR、SPARC设在系统性验证这些效理参数协同运行板限 其设落范产实现聚变点火重要节点，然而：在未获取会参获运行数 据前，基于现有实验结采外非时同表是不谨慎。从历史实验数据和当 前进展来看，ITER与SPARC实现可控核聚变可能性较高，但伤需时阅和持续技术创新、 风险提示：1）找术成熟度不足：2）技术更新连代：3）市场需求不确定性；4）商业化进程线慢。 123 请务必阅读正文之后免责声明部分东吴证券研究所 行业深度报告 东吴证券 SOOCHOWSECURITIES 内容目录 1追溯人类研究核聚变历史，为何可控核聚变至今尚未实现？ 11前期模索阶段：第二次性界大战后至20性纪60年代 12聚变研究热潮：20世纪60年代至90年代 12120世纪60年代至70年代：托卡马充路线高速发展 12220性纪80年代：乐观情绪顶峰 12320世纪80年代至90年代：一盆冷水 2ITER诞生背景及其设进程终低于预期原固？ 21ITER是人类历史上最大托卡马克 22过大装置带来了过多问题：多种因素导致ITER设进度不及预期 3商业聚变公司定位什么，其中具有代表性企业有哪些？12 31为聚变能公司提供资金正在全球范国内激增12 32高溢超导磁体技术推动托卡马克装置小型化13 4中国核聚变研究主力军谁，分别对应哪些托卡马克装置？16 41“中科院等离子所”与“西南物理研究院”是我国核聚变研究主力。 411中科院等离子所16 412西南物理研究院16 42未来中国托卡马克研究将为CFETR设奠定基础17 43国家项目与商业公司并举，中国商业核聚变公司加速崛起18 5可控核聚变何时能够实现？20 6风险提示 223 请务必阅读正文之后免责声明部分东吴证券研究所 行业深度报告 东吴证券 SOOCHOWSECURITIES 图1前苏联T1是全球第一台托卡马克 图表目录 图2前苏联T3撤起了全球托予马充研究热 图3聚变三重积（图中蓝线）提升逸度一度拱比摩尔定律（图中红线） 图420世纪80年代四大托卡马克 图51985年戈尔已乔夫在日内瓦峰会上向里根提出开发聚变能源国际合作项目想法 图621世纪前托卡马克装宜越越大（图中更大回代表托卡马克更大体积） 图7ITER成后将成为人类最大托卡马克装置（图中有三个人） 图8ITER设进度与设预算终不及预期11 图920102024年全球对聚变能公司权益投资12 图10全球商业聚变公司成立时间线，13 图11预计聚变公司何时将向电网供电？13 图13 CFS使用一种新型高温超导体（稀土领铜氧化物）例造同类中最强聚变磁体 图14 SPARC是一个小型化托卡马克装置（图中有两个人） 15 图15 中国托卡马克装置发展主线 17 图16 EAST（中国） 17 图17 HL2M（中国） 17 图18图19 CFETR总体乌最图及装定核心组件解图 中国领先核聚变商业公司 18 图12第一座核聚变发电厂何时将电力输送到电网？13 19 图20历史实验数据预测ITER与SPARC可以实现案变点火（图中右上角）21 表1 托卡马克路线上高速发展 表2： SPARC里程碎 15 表3： 全球各个核聚变项目在2040年之前实验成功主观概率 20 请务必阅读正文之后免责声明部分东吴证券研究所 行业深度报告 东吴证券 SOOCHOWSECURITIES 本文作为可控核聚变系列深度次篇，尝试探讨一个核心议题：可控核聚变何时能 然而若必须给出一个时间框架，稳健回答或许在2035至2040年之问，激进回答或 许在2030年左右。 图绕这一终权问题，衍生出一系列子问题：本文将尝试逐一回答：1，追溯人类研究核聚变历史，为何可控核录变至今高未实现？ 2、全球最大核聚变实验装置一一国际然核聚变实验举（TTER）延生背景及其 设进程终低于预期原固？3、商业聚变公司定位是升么：其中具有代承性企业有部业？ 4，中国核聚变研究主力军是诈，分别对应部些重要托卡马克装至？ 1，追溯人类研究核受历更，为何可控核录变至今尚未实现 11前期摸索阶段：第二次世界大战后至20世纪60年代 为了实现可拉核聚变，人类在21世纪品年代尝试了多种技术路径，开启了可控核聚变技术探索百花齐放时代。这一时期，各国科学家积极探索不同技术方案，试图找到一种能够有效控制核聚变反应方法：色括磁镜、链缩以及伤呈器技术等等， 在众多技术路径竞相发展前夕，托卡马充技术凭借卓越性能脱题而出，如今已 成为可控核聚变研究领域最主流技术路线，追溯其发成历程，1958年，首合兴卡马克 装置T1正式报入运行，进入20世纪60年代中期，高三代托卡马克T3设计迎来量 大实碳，其性能大幅规升、苏联科学家在T3托卡马克上取得了电子温度IkeV、质子过 度05kcV，以及nT10mg显等成采，一突效在图际上引发了托卡马克技术热 期，此后，各固纷纷投入资源，造或改了一铭大型托下卡马克表置 围1：前苏联T1是全球第一台托卡马克2：前苏联T3抵起了全球托卡马克研究热游 TOTDNOL 数据来源：ITER，东吴证券研究所数据来源：FusionEnengyBase：东吴证券研究所 423 请务必阅读正文之后免责声明部分东吴证券研究所 行业深度报告 东吴证券 SOOCHOWSECURITIES 12聚变研究热潮：20世纪60年代至90年代 自20世纪60年代至90年代，可控核聚变研究迎来了黄金发展期。在此期间，衡 量聚变装置性能核心指标一一聚变三重积（nTTE，即等离子体密度、温度与约束时间 秉积）至现出惊人指数增长态势，全球主要案变实验装置三重积指标平均每18 年印实现科备：这一发展速度超越了同期降尔定律，20世纪80年代，美国TFTR、欧测JIFT，日本JT60等大型托卡马克发置相策成：使得三重积指标从70年代约 101keVsm跃升至90年代1021keVsm，实现了五个数量级跨越式提升 图3：聚变三重积（图中蓝线）提升速度一度堪比摩尔定律（图中红） Fusionfigureofmeritthetripleproducr 1000FCommercialreactor TargetITER JT60UJT60U JET 100irputpowercutputpower JT60U n091r JT60U TFTR DIIIDPentium43 10JT60UO 1 01 AlcatorAo TFTR AcatorCJET JET PDX PLT80368 80486 PentiumProP6PentiumP5 MercedP7 TFR80286 001ST6086 8080 0001E 400g MooresLawnumberoftransistors doublesevery2years 196519701975198019851990199520002005 5ourteA3webster203PrssEdsr35135 数诺来源：FusionPowerforthefuture3，东天证务研究所 121，20世纪60年代至70年代：托卡马克路线高速发展 在20世纪0年代至70年代，托卡马充技术不断取得进展，1968年，苏联T3 装置成动实现了显著更好约表效果。随1970年，T4装置在实验中首次双塞到中子，标志看在磁约求环域下实现聚走市次成功1973年，T3装宜通过微波辅助加热扶水，使电子立度黄次上升至一亿度，1978年，托卡马克技水造展迅速，前先：美国PLT装 至通过中性来编助加热技术，使离子温度首次达到一亿度、这一成果不仅提升了等离子 依加总效率，还为实测更高湿度和更长时间签高于体约末提供了可能，同年，苏联 T7装置作为世界上第一个全超导托卡马克投入逐行，全超手技术应用极大地高了醛稳定性和装置运行效率，使得长时问稳定运行案变反应成为可能， 523 请务必阅读正文之后免责声明部分东吴证券研究所 行业深度报告 东吴证券 SOOCHOWSECURITIES 表1：托卡马克路线上高违发展 时间 装置 事件 1968 T3（苏联） 观察到显著更好约束效果，花卡马克装置成为主流 1970 I4（苏联） 实验中观察到中子，标志新首次在磁约环境下实现聚变 1973 I3（苏联） 通过微液输助加热：电子湿度首次上升至一亿度 1978 PLT（美国）通过中性求销助加结、高子源度首次上升至一亿向 第一个全超乎托卡马克投入运行，标志券长时问稳定运行 1978T7（苏联） 聚变反应成为可能 数诺来源：中同科学院：东吴证券研究所 122，20世纪8