2025年电力设备行业分析：技术、政策、资本多维共振，聚变设备需求或已步入扩张前夜

1. 可控核聚变技术逐步验证，技术、政策、资本多维共振

可控核聚变：基本原理与实现路径？

核聚变反应遵循质能方程：重核裂变、轻核聚变与原子核衰变等过程释放的能量即为核能，其能量大小与反应前后参与反应的原子核的质量差有关，其与原子核的结 合能相关。从平均结合能曲线可看到，中等质量原子核的平均结合能较大，重核裂变或轻核聚变在产生中等质量原子核时会亏损一定的质量，这部分质量将转换为能 量，并在核过程中被释放出来，遵循相对论ΔE=Δmc 2。

单次核聚变的实现过程：聚变需要克服库仑斥力，即使在静电势垒较低的氘-氚（D-T)聚变反应中，也需要5.5-11千万度的高温为粒子提供动能方可克服库仑斥力、进 而发生聚变反应。主要的聚变类型有氘-氚（D-T)、氘-氦3(D-3He)、氢-硼(p-11B)及氘-氘(D-D)聚变。氘-氚（D-T)反应发展成为目前聚变研究的主流路线，主因其相 对其他类型聚变反应所需要的粒子动能更小，可以在较低能量处即拥有较高的反应截面（概率）。

自持核聚变的实现：实现自持核聚变，则需要做到能量增益因子Q=Pout/Pin≥1，才有可能使“点火”后由聚变本身产生的能量来驱动反应持续。以该要求导出自持核聚 变的温度和密度条件，被称作劳森判据。劳森判据由温度、密度和能量约束时间三个参数衡量，三者乘积被称为聚变三乘积，氘-氚（D-T)聚变的三乘积最低，量级为 1021keV·s/m-3,而氢硼反应的三乘积则需达到5×1021keV·s/m-3。因此，氘-氚（D-T)成为世界各国开展聚变研究的主流选择。

磁约束性能存在差异，托卡马克成主流路线

从核聚变实现方式上，除了类似于太阳或其他恒星的引力约束外，还有惯性约束和磁约束路线。其中，惯性约束包括激光约束、粒子数约束、Z箍缩驱动及弹丸弹射等; 磁约束装置则主要包括仿星器、磁镜、托卡马克。惯性约束核聚变装置是利用驱动器产生的强激光、电子束或离子束等，从各方向照射到一个极小尺寸的聚变材料靶 体上，使其在极短时间内达到劳逊条件。

磁约束聚变堆原理是利用合适的磁场位型约束高温等离子体，使其达到并维持聚变反应的点火或自持燃烧条件,在氘氚聚变的自持燃烧条件下,无需外部加热,利用聚变 产生的高能量阿尔法粒子自加热等离子体维持等离子体燃烧条件,并将聚变产生的中子携带的能量输出用于发电。

在创造聚变反应环境方面，由于存在粒子逃逸/偏移、等离子体湍流等影响等离子体内部电流稳定性（进而影响高温环境稳定性）和能量约束时间的问题，影响聚变三 乘积表现，因此磁约束装置的演化主要围绕着设计具备最佳约束性能的磁场位形而展开。而托卡马克以一种轴对称的环形磁约束位型,取得了最高的聚变三乘积，并因 其优越的约束和稳定性而迅速发展。

围绕提高等离子体关键参数，国际上先后探索包括仿星器、箍缩、磁镜在内的诸多技术路径，但均未达到期望的等离子体参数。1968年，英国T-3托卡马克实现1keV的 等离子体温度，此后托卡马克成为聚变装置主流研究路线。

聚变技术进入工程可行性验证，全球聚变装置数量已达百余个

欧盟的JET/美国的TFTR/日本的JT-60U是20世纪90年代三大托卡马克装置，不断验证托卡马克方案科学可行性。

欧盟JET装置：全球首个开展氘-氚（D-T）等离子体实验的托卡马克，实现聚变峰值功率产出16.1MW、能量增益Q接近1的氘氚聚变等离子体运行,验证了物理预测模型可靠性及 氘氚等离子体运行控制、第一壁材料、氚处理、核安全防护等关键技术。2021-2024年创造69MJ聚变能量记录，于2024年正式退役。

美国TFTR装置：于1982年建成并投入运行的大型托卡马克装置，在为期3年的D-T实验中，峰值聚变功率最高达到10.7MW。

日本JT-60U：于1989—1991年将JT-60改造成为JT-60U，获得了目前最高的聚变反应堆级的等离子体参数，聚变三乘积约为1.5×1021keV·s·m−3，能量增益Q等效值超过1.25。 而Q值大于1意味着达成聚变科学可行性，下一步将步入聚变工程可行性的验证（即QEng=1，输出电能与输入电能相等）。

放眼当下，全球重点在运聚变装置包括：美国DIII-D/德国ASDEX Upgrade/韩国 KSTAR/法国 WEST/日本 JT-60SA/中国 HL-2A，EAST，HL-3等。

聚变技术进入工程可行性验证，全球聚变装置数量已达百余个

根据IAEA统计，截至2025年5月，1）全球在运102个聚变装置：分类型看——托卡马克装置/仿星器/激光或惯性约束/其他分别为57/13/6/26个。分国家看——日本/ 美国/俄罗斯/中国最多，分别为22/21/10/8个。2）在建16个聚变装置：托卡马克装置/仿星器/其他装置分别为7/4/5个，主要分部在美国、中国、欧洲、日本等国 家或区域。3）规划48个聚变装置：托卡马克装置/仿星器/激光或惯性约束/其他类型装置分别为15/11/7/15个。

国际：ITER接近建造尾声，聚变即将迈进反应堆工程实验阶段

磁约束性能与磁场强弱/装置大小密切相关，基于ITER项目的国际聚变合作已开展20余年。多年实验研究证明，能量约束时间随装置尺寸、等离子体电流等的增加而增 加，装置规模大小与实现可控核聚变反应的难易程度具有较高相关性。基于此，2006年，中国及欧盟等7方签署ITER计划，目标建造一座实验堆以验证聚变堆科学和工 程技术可行性，同时各国以ITER计划为契机规划筹划本国聚变发展路线。ITER的启动意味着磁约束可控核聚变迈入反应堆工程实验阶段。

ITER目标：以50MW的输入加热功率产生500MW的聚变能，即Q=10。其他参数包括：聚变反应基于高温氘氚等离子体，环向强磁场强度达到5.3特斯拉，等离子体电流其 中15MA，实现并验证在400秒的时间内聚变功率增益Q大于10，在3000秒的时间内聚变功率增益大于5，验证点火（自持燃烧）条件所需的Q大于30等条件下聚变实验堆 的科学和工程可行性问题。

各国分工：1）美国：螺线管及支撑结构；2）欧洲：真空室；3）俄罗斯：超导磁体与母线系统；4）中日韩印：托卡马克堆芯关键部件。

ITER最新进展及时间计划：2025年5月ITER完成世界上最强大的脉冲超导磁体系统建造。目前ITER项目已进入组装阶段，正朝着既定目标加速推进。2024年发布新规划： 目标在2035年实现氘-氘聚变实验，并在之后逐步过渡到完整的磁场和等离子体电流的运行。

2. 三大系统成本占比近60%，国内聚变产业链初步形成

托卡马克装置关键设备有哪些？价值量几何？

从聚变实现方式看装置构成：氘-氚（D-T)聚变反应需要1亿度以上高温、并且需要通过约束提高等离子体的密度。因此装置设计面临的基本任务在于加热和约束。除 了以超导磁体打造的磁笼实现约束以外，加热一般通过感应电流、高能中性束注入、电子回旋共振实现；而在实际运行中涉及磁场位形控制、热传导、中子致材料损 伤、氚燃料增殖等问题/挑战，托卡马克还配置其他众多系统。

托卡马克聚变装置构成：包括主机系统、磁体、真空室、偏滤器、包层、氚系统、杜瓦、冷屏，以及抽气、供电、控制、加热和驱动、气体注入及弹丸注入、诊断、 水冷、聚变功率输出系统、热电转换系统、辐射防护、遥操作系统、低温制冷系统等。

各系统价值量集合？以中国聚变工程实验堆（CFETR)为例，按照核工业西南物理研究院谢金雨等预估造价评估，CFETR直接成本预估为152亿美元，磁体系统、真空室 及真空系统、第一壁相关结构（含偏滤器、包层、屏蔽层等）、辅助加热等直接建造成本占预估造价的比重分别为37.15%、12.71%、10.84%、6.76%。该占比与ITER 各部分设备造价占比相近。从造价影响因素来看，磁体系统预估造价会受线圈体积/排布/材料/结构等影响，第一壁相关结构中产氚和屏蔽材料的选择、以及结构工 艺等对成本有影响。

磁体系统：超导磁体是稳态运行基础 全高温超导是当前发展方向

托卡马克磁体系统的构成及各线圈功能：托卡马克磁体系统包括中心螺管线圈、纵场线圈、极向线圈等。其中1）纵场线圈运行稳态电流产生环向磁场，并与等 离子体产生的极向磁场叠加，形成螺旋磁场对等离子体进行约束；2）中心螺管线圈和极向场线圈运行变化电流用于击穿、加热和控制等离子体。

超导磁体是稳态运行的基础，托卡马克朝着全超导方向发展：早期托卡马克装置磁场线圈采用铜导体，但在大电流下铜磁体存在发热问题、只能以极短脉冲方式 运行，且中心螺管磁体和极向场磁体面临磁场强度大、需要快速交变运行。然而超导体在特定条件下电阻率低、载流性能好，可助力托卡马克实现长时间稳态运 行，因此业内逐步转向采用超导磁体并朝着全超导方向发展。

2006年中科院等离子体物理研究所建成世界上第一个全超导托卡马克装置EAST。就构造来看，EAST超导磁体系统包括16个D形纵场超导磁体、6个中心螺管超导磁 体和8个极向场超导磁体。ITER则是全球规模最大的超导托卡马克装置，其导体材料采用低温超导材料NbTi、Nb3Sn。

磁场强度与约束能力及经济性密切相关，高温超导崭露头角：聚变功率与约束磁场的4次方呈正比，建设强磁场紧凑型托卡马克有望显著提高聚变堆的经济性。 高温超导在相同工作条件下具备更高电流密度和临界磁场强度，有利于建造更加紧凑和更高磁场强度的聚变装置。美国CFS联合MIT拟建设的SPARC装置便采用稀 土钡铜氧（REBCO)高温超导材料。国内能量奇点公司则完成了首个全高温超导托卡马克装置的建设并实现等离子体放电。

真空室/真空杜瓦：承受复杂电磁载荷/热应力/中子辐照的大型结构装置

真空室：托卡马克的真空室主要由内真空室和外真空室组成。内真空室主要为等离子体的稳定运行提供清洁的超高真空环境，外真空室主要为超导磁体的正常运 行提供真空绝热及绝缘环境；同时提供抽气、加热、中心束注入、诊断、支撑等所需窗口。系统运行期间，真空室还要承担电磁载荷、热应力、中子辐照等。真 空室一旦发生泄漏,杂质气体将进入真空室,破坏真空条件并导致等离子体品质下降等离子体破裂等，同时也会损坏装置上的低温泵、分子泵及其他系统部件。

以EAST装置为例，内真空室是由16个D型截面的扇形全硬段焊接而成，主体材料为316L不锈钢，面向等离子体的第一壁为表面镀有约100umSiC涂层的GBST1308 （B1%、Si2.5%、Ti7.5%、C89%）掺杂石墨材料，体积约40m 3（含窗口管道），内表面积约162m 2(包括窗口管道，未考虑石墨)。外真空室主要包括装置主机部分 和电流引线段真空室，主机部分包含超导线圈和内外冷屏等复杂的低温系统部件，体积约160m 3。

真空杜瓦：杜瓦包裹托卡马克装置主机，主要由顶盖、上环体、下环体与基座四个部分组成，并通过焊接方式连接。在系统正常运行情况下，杜瓦要承受重力载 荷、热载荷、压力载荷、电磁载荷等的冲击；在氦气泄露、等离子体破裂、冷却水进入以及强烈的地震等极端情况下，外侧杜瓦必须有足够的强度。ITER杜瓦材 料主要采用通用性的304系列不锈钢，其具有很好的耐高温性。

3. 聚变设备需求或已在扩张前夜，相关标的值得重点关注

国光电气：具备偏滤器与包层部件生产能力，供货ITER及国内主要聚变项目

国光电气：以微波器件与核工业设备为两大核心主业。其中1）微波器件产品包括微波电真空器件和微波固态器件。2）核工业设备及部件产品主要包括ITER配套设备、 核工业领域专用泵以及阀门。2024年公司实现营收 5.37亿元，同比-28.01%；实现归母净利润0.47亿元，同比-47.93%。2024年业绩下滑主因：军工板块行业宏观环境 影响，收入略有下降；核工业板块，受国际ITER项目总部对技术要求更改的影响，多个项目合同签订延迟；同时国家磁约束可控核聚变项目由于前期试验论证的节点 延期，造成订单延迟下发，故2024年核工业板块下降幅度较大。

供货核聚变偏滤器、包层系统等核心部件：公司先后承制多个核聚变领域的关键设备及部件：偏滤器（人造太阳装置中面向超高温等离子体的核心部件）、ITER屏蔽 块热氦检漏设备（全球首台大型复杂超高氦本底热氦检漏设备）、氦气风机（适用于氦冷实验回路系统）、高热负荷测试系统、CFETR排灰气燃料内循环演示系统（包 含TEP系统、SDS系统、配气系统），氢同位素分离系统、VDS尾气处理系统、水精馏装置等。其中公司完成制造调试的真空高温氦检漏设备是全球首台满足ITER要求的 包层部件的大型真空高温氦检漏设备。国内方面：加强与国内知名院所及企业的合作开拓市场，目前已成功为“EAST”、“HL”系列等核聚变科学装置配套关键专用 部件与设备，并正在积极跟进“BEST”、“Z箍缩混合堆”等项目与装置的部件配套与燃料相关系统搭建。

安泰科技：涉钨全系列专用钨铜部件核心供应商

安泰科技：拥有难熔钨钼和稀土永磁两大核心产业。其中1）难熔钨钼制品主要应用于半导体、光伏、电子电力、高端医疗和核电领域，主要产品包括钨钼烧结制品、 钨基高比重合金制品、钨（钼）铜合金制品、钼溅射靶材、钨铜复合组件等是核聚变及其他核领域用高性能难熔复合材料制品；2）稀土永磁制品主要应用于新能源、 消费电子及机器人制造等领域，主要产品为钕铁硼磁体及制品；公司不断坚持技术创新驱动，积极开发新技术新产品，核心产业一直发挥着业绩压舱石的作用。2024 年公司实现营收75.73亿元，同比-7.50%；实现归母净利润3.72 亿元，同比+49.26%。

可为核聚变提供涉钨全系列专用钨铜部件：公司是全球第三代核聚变钨铜复合偏滤器部件的核心供应商,具备从原材料到部件交付的全套技术，为核聚变装置提供包括 钨铜偏滤器、包层第一壁、钨硼中子屏蔽材料等涉钨全系列专用钨铜部件。公司子公司安泰中科2014年研制并交付EAST全钨上偏滤器；2020年与中科与等离子所共同 完成法国聚变装置—WEST用全套钨铜偏滤器；2021年提供EAST下偏穿管型钨铜偏滤器。此外为EAST研制钨串型限制器、CRAFT包层第一壁，向国外提供多批次、多规格 的钨铜复合块、铜合金管。核裂变领域，开发的难熔钨钼、镍基高温合金带材、金属精密过滤装置等产品为“华龙一号”、AP1000、CAP1400等多项核电技术提供配套 产品。

报告节选：

编辑：火腿肠