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《华泰证券-工业行业专题研究：核聚变，人类终极能源的钥匙-250521》的文档内容，以下是核聚变领域的详细结构化梳理：
**1. 核聚变技术的基本原理**
核聚变的本质是通过高温、高密度和长时间约束等离子体，克服库仑力使原子核进入强相互作用力的范围发生聚合，从而释放能量。其三大核心条件包括：
- **温度T**：使原子核具备初始动能，克服库仑斥力。经典力学要求温度约为30亿度，但量子效应降低了这一要求至1亿度左右。
- **密度n**：增加原子核发生碰撞的概率。等离子体单位体积内粒子个数越高，聚变反应越容易发生。
- **约束时间T**：维持高温、高密度等离子体的稳态运行，以实现聚变反应的持续性。
核聚变在能量密度、清洁性、安全性和可持续性上显著优于核裂变，例如：
- 能量密度高：聚变的能量密度是天然铀快中子堆的14倍，是浓缩铀轻水堆的100倍。
- 清洁性：聚变燃料（如氢、氘、氚）属于轻元素，放射性产物半衰期短，而裂变产物半衰期长达几百万年。
- 安全性：聚变反应条件严苛，一旦条件不满足，反应会自动停止，而裂变反应是链式反应，难以控制。
- 可持续性：燃料资源丰富，如海水中的氘含量足以支持人类使用100亿年以上。
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**2. 核聚变技术路线**
核聚变技术路线多样，主要包括以下几种：
**(1) 磁约束技术**
- **托卡马克**：技术最为成熟，通过磁体系统产生螺旋形磁场约束等离子体。中国EAST装置已实现403秒等离子体约束，技术成熟度全球领先。
- **仿星器**：运行稳定，但结构设计复杂。德国Wendelstein 7-X装置曾实现8分钟连续放电，日本LHD装置首次实现氢-硼无中子聚变。
- **磁镜**：结构简单，但粒子损失严重。
- **场反位形装置（FRC）**：等离子体约束性能好，但参数远低于劳逊判据。
**(2) 惯性约束技术**
- **激光惯性约束**：通过激光或X射线驱动靶丸内爆，压缩燃料至高温高压状态实现聚变。美国NIF装置和中国神光-Ⅲ主机激光装置是代表。
- **快点火**：将燃料靶丸的压缩和点火分开进行，降低对称性和驱动能量要求。
- **体点火**：采用双壳层靶结构实现燃料整体同时点火，降低实验成本，提高燃料利用率。
**(3) 磁惯性约束技术**
- **Z箍缩**：利用洛伦兹力驱动内爆，能量转换效率高达15%。中国提出的局部整体点火方案通过改进结构设计，提高了性能。
- **磁化套筒惯性聚变**：通过直接驱动实现燃料压缩，抑制热传导损失，增加能量沉积。
- **磁化靶**：原理简单，利用液态金属压缩技术实现聚变，但尚需进一步验证。
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**3. 托卡马克装置的技术特点**
托卡马克装置是当前磁约束技术中最接近商业化的路线，其主要结构包括：
- **磁体系统**：核心部件，价值量占比55%。通过环向场线圈、中心螺管线圈和极向场线圈产生螺旋形磁场，约束等离子体。高温超导磁体的应用能够提高磁场强度，推动托卡马克小型化。
- **真空室及内部件**：价值量占比15%。真空室是聚变反应的发生场所，同时起到支撑结构的作用。
- **包层模块**：价值量占比27%。由第一壁和屏蔽模块组成，实现热屏蔽和辐射屏蔽，保护结构免受等离子体高热和中子辐照的伤害。
- **偏滤器**：用于排出杂质和氦灰，避免等离子体破裂。
- **冷屏和外真空杜瓦**：保证装置内部部件在工作温度运行。
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**4. 核聚变的商业化进程**
- **全球商业化预期**：超过70%的受访聚变公司认为2031-2040年能够实现商业化应用。
- **美国计划**：Helion项目计划在2028年实现50兆瓦的聚变发电，DIII-D国家聚变设施已完成20万次实验性“脉冲”测试。
- **中国计划**：
- **EAST装置**：已实现403秒高约束模等离子体运行，创造世界纪录。
- **BEST项目**：全球首个紧凑型聚变能实验装置，预计2027年建成并首次演示聚变能发电。
- **CFETR计划**：分三步走，即实验堆（2025年建成）、示范堆（2035年建成）和商用堆（2050年前完成）。
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**5. 托卡马克设备市场空间**
- **实验堆阶段**：全球托卡马克设备市场空间约911亿元，其中磁场线圈占比55%，第一壁部件占比27%，真空部件占比15%。
- **示范堆阶段**：全球市场空间有望超过24000亿元，主机部分价值量占比约51%。
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**6. 高温超导磁体的应用**
高温超导磁体（临界温度≥25K）能够提供更高的磁场强度（最高可达45T），显著提升等离子体约束性能，并推动托卡马克小型化，降低建设成本。
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**7. 人工智能技术的应用**
人工智能通过深度强化学习实现对等离子体的精确控制，例如：
- 普林斯顿团队通过AI技术提前300毫秒预测等离子体破裂，提高反应的可操作性和持续性。
- DeepMind与瑞士洛桑联邦理工学院合作开发AI系统，成功实现对托卡马克内部核聚变等离子体的控制。
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**8. 风险提示**
- 技术进步不及预期。
- 聚变技术路线变化。
- 聚变试验堆项目推迟。
- 测算与实际误差的风险。
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**9. 图表参考**
以下是相关图表的引用：
- 核聚变反应三大条件：温度、密度、能量约束时间
- 托卡马克结构示意图
- 高温超导磁体增强等离子体稳定性
- 激光惯性约束聚变的四种阶段
- 磁惯性约束的局部整体点火方案
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*10. 产业链公司**
**(1) 磁体系统**
- **联创光电**：专注于高温超导磁体设计，2024年中标《中核二三系统事业部超导线圈研制与测试服务分包项目》。
- **永鼎股份**：子公司东部超导研发高温超导带材，应用于可控核聚变磁体等领域。
- **精达股份**：持有上海超导股份，专注于高温超导带材的研发与生产。
**(2) 第一壁**
- **国光电气**：参与ITER项目，提供包层第一壁板及偏滤器等关键设备。
- **安泰科技**：子公司安泰中科为核聚变装置提供钨铜复合部件。
**(3) 真空部件**
- **合锻智能**：承担BEST项目真空室扇区、窗口延长段等制造任务。
- **海陆重工**：负责真空冷屏、冷瓶中间段的生产。
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以上是核聚变领域的详细结构化梳理，涵盖了技术原理、技术路线、商业化进程、市场空间、高温超导磁体应用、人工智能技术、风险提示以及产业链公司等内容。
