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核聚变高价值部分（3）：关注真空室/堆内构件投资机会
A股计划 / 06月11日 08:12 发布
方正军工/机械：真空室是实现托卡马克可控核聚变的关键结构，它负责在聚变过程中容纳并约束高温的燃烧等离子体。在试验堆ITER中真空室+堆内构件占总造价比例可达15%，为托卡马克装置重要组成部分。 真空室作为放射性物质主要约束屏障的同时，为包层和偏滤器等内部件提供支撑。其中，偏滤器用于排出和屏蔽核聚变产生的氦灰和杂质；包层与第一壁板可提供中子和高热负荷的屏蔽，并起到移除热量的作用。 聚变包层的作用是捕获聚变反应过程中产生的能量和粒子。它在核聚变电厂中发挥三个重要作用：为反应堆制造新燃料、将核聚变能量转化为热能用于发电、以及保护核反应堆的磁体。包层不仅负责将聚变产生的能量转换为可用的电能，还要实现氚的自持和提供必要的辐照屏蔽。目前，核聚变反应堆的包层材料主要有以下几种：低活化铁素体马氏体钢(RAFM钢)、氧化物弥散强化钢(ODS钢)、改良RAFM钢 (CNA钢)、非机械合金化制备的ODS钢、钒合金、碳化硅复合材料以及复合块状非晶材料和高熵合金等新型材料。 第一壁的主要作用是防止杂质进入等离子体进而污染等离子体内部环境，并防止瞬态事件发生时所导致的其他部件损伤以及人身及设备损伤。 偏滤器是磁约束核聚变装置（如托卡马克、仿星器等）的核心部件之一，是未来聚变堆主机内部服役环境最严苛的部件，偏滤器材料在等离子体轰击下的性能演化关系着聚变堆的安全运行。 真空杜瓦（低温恒温器）是托卡马克真空室和限制超热等离子体的超导磁体周围的“保温瓶”。真空杜瓦不仅要保证系统运行过程中拥有一个恒定的真空环境，还承担着在例如氦气泄漏或等离子体瓦解等紧急情况发生时维护整个设施安全的责任。此外，还包括隔断外部环境对极向场、纵场真空室等大部件产生的热交换，同时承受装置大部件施加的载荷。 投资建议 可控核聚变或为人类能源终极解决方案，未来商业化发展前景广阔，近年来国内外可控核聚变项目持续推进，商业化进程有望加速，可控核聚变-托卡马克装置相关配套供应商。 1）链主企业：国光电气（混合堆总承/分系统、涉氚各类设备零部件）；合锻智能（聚变装置分系统；真空室扇区、窗口延长段、重力支撑，同时拓展其他部件制造）；联创光电（混合堆总承/分系统、超导磁体、核聚变设备）。 2）超导磁体：永鼎股份（高温超导带材），东方钽业（超导铌材、铍材料），西部超导（低温超导线材），精达股份（高温超导带材）。 3）电源类：旭光电子（真空开关、大功率真空器件、氮化铝核心材料），四创电子（PSM电源），英杰电气，王子新材（薄膜电容），百利电气，胜业电气（电容），威腾电气（母线），上海电气（杜瓦、真空室、TF线圈等），弘讯科技（聚变电源器），久盛电气（特种电缆），爱科赛博（电源总成） 4）结构件/功能件：安泰科技（钨铜偏滤器、钨铜限制器、包层第一壁、钨硼中子屏蔽材料），久立特材（TF、PF导管），海陆重工（结构件），航天晨光（杜瓦系统），斯瑞新材（耐高温高强高导原材料）。 5）核心模块建设及分系统制造：利柏特、中国能建。 风险提示：可控核聚变技术发展不及预期；ITER项目推进不及预期；国内项目推进不及预期。 
01 基本概况
1.1托卡马克核聚变装置中，真空室关键不可或缺，双功能核心稳态运行 真空室是实现托卡马克可控核聚变的关键结构，它负责在聚变过程中容纳并约束高温的燃烧等离子体。这个空间不仅是等离子体直接活动的区域，而且需要为室内的各个组成部分提供稳固的支撑。在反应器的运行过程中，在正常运行及非正常运行期间，还要承受自身和内部构件的重力、压力以及各种电磁力。 真空室在聚变系统中具有双重核心功能： ① 为等离子体提供稳态运行环境：等离子体运行需要一个真空环境，真空室就是用来提供这个环境的，它是装置内部最靠近等离子体聚变反应物质的密封安全部件，非常重要。 ② 安全屏障： 真空室不仅要承受自身和内部构件的重力，还会受到多种复杂电磁力的作用，因此其结构稳定性和使用功能安全性对聚变堆运行尤为重要。 在试验堆ITER中，真空室部分所占成本达8%。真空室系统为托卡马克装置重要组成部分。 图：真空室功能及ITER成本构成 
资料来源：真空聚焦，可控核聚变，《真空》杂志,， Superconductors for fusion: a roadmap ，方正证券研究所 1.2真空室内部结构：基于ITER项目的视角 真空室作为放射性物质主要约束屏障的同时，为包层和偏滤器等内部件提供支撑。其中，偏滤器用于排出和屏蔽核聚变产生的氦灰和杂质；包层与第一壁板可提供中子和高热负荷的屏蔽，并起到移除热量的作用。 以ITER项目中的真空室为例：其采用双层不锈钢结构，基本形状为中空的环形，其大环外径为19.4m，大环高度为11.3m，内部空间高度为10.263m，宽度为5.460m。真空室由9个尺寸一样的扇形单元组成，每个扇形的跨度为40°。其界面呈“D”形。内外壳体厚度均为60mm，双层壳体之间的间隙为300~800mm。 真空室内部有基本的室内部件和可置换的部件，包括孔栏、加热天线、包层模块、试验包层模块、偏滤器模块以及诊断模块等。这些部件需要通过容器上的窗口进入容器内部再进行安装。真空室上开有三层窗口，分别为上部窗口、赤道窗口、下部窗口。为了使国内的工程设计人员掌握相关的设计与分析技术，为国内的托卡马克装置设计建造积累经验，国内也启动了相关的配套项目，而首先开展的就是真空室的结构分析工作。 图：ITER真空室，真空室内部结构 
资料来源：可控核聚变，《真空》杂志,方正证券研究所 1.3 包层系统：由第一壁、屏蔽块、柔性支撑等组成 包层系统为整个ITER装置提供中子和高热负荷的屏蔽，是ITER的关键系统。包层系统包括覆盖于ITER真空室内壁的两个不同的子系统，分别是：覆盖面积为620m²的壁挂包层模块和覆盖40m²的端口挂载包层模块，以下描述中包层系统特指壁挂包层系统。整个包层系统采用模块化设计，共计440块，总重量约1500吨。如图所示，每个模块由第一壁(First Wall， 简称FW)、屏蔽块(Shield Module)以 及柔性支撑等组成。 聚变包层的作用是捕获聚变反应过程中产生的能量和粒子。它在核聚变电厂中发挥三个重要作用：为反应堆制造新燃料、将核聚变能量转化为热能用于发电、以及保护核反应堆的磁体。 覆盖600平方米表面积的ITER包层是ITER中最为关键和技术挑战最大的部件之一，每个包层模块的尺寸为1米×1.5米，重量高达4.6吨。存在超过180种设计变体（与模块在真空容器中的位置有关），但所有模块都有一个可拆卸的第一壁，直接面向等离子体并移除等离子体的热负荷，以及一个设计用于中子屏蔽的主屏蔽块。包层模块还为诊断视图系统和等离子体加热系统提供了通道。 图：包层模块渲染图、结构图 
资料来源：可控核聚变，聚变产业联盟，科普中国,方正证券研究所 1.3.1包层系统：积极探索包层材料结构 包层不仅负责将聚变产生的能量转换为可用的电能，还要实现氚的自持和提供必要的辐照屏蔽。尽管低活化铁素体马氏体钢（RAFM钢）作为包层材料已取得了显著进展，但在面对更高水平的中子辐照时，现有材料的性能仍显不足。为了克服这些挑战，研究人员尝试了各种材料的应用。目前，核聚变反应堆的包层材料主要有以下几种：低活化铁素体马氏体钢(RAFM钢)、氧化物弥散强化钢(ODS钢)、改良RAFM钢(CNA钢)、非机械合金化制备的ODS钢、钒合金、碳化硅复合材料以及复合块状非晶材料和高熵合金等新型材料。 图：包层材料及优点 
资料来源：可控核聚变，方正证券研究所 1.3.2 包层系统：第一壁由金属铍、 CuZrCr合金、316L（N）不锈钢组成 第一壁是聚变装置中面对等离子体的一层固体结构，它的主要作用是防止杂质进入等离子体进而污染等离子体内部环境，快速地将等离子体辐射产生的热量传输出去，并防止瞬态事件发生时所导致的其他部件损伤进而危及人身及设备安全。 第一壁结构：第一壁提供了包层系统与等离子体的界面，并屏蔽等离子体运行时产生的高热负荷。由面向等离子体材料（目前所选材料是铍）、中间热沉材料（CuZrCr合金）以及支撑背板材料（316L（N）不锈钢）三部分组成，主要连接工艺为热等静压（HIP）。根据不同模块所承受热载荷的不同，第一壁分为承担高热载荷和低热载荷两种类型，即普通热负荷型（NHF）和增强热负荷型（EHF）。 第一壁材料必须满足：强大的导热性能、熔点及抗热负荷性能、低的溅射产额、对于氢同位素的滞留应较低、低的放射性（即应是低活性材料）。 图：高、低热载荷分布图、第一壁及其结构 
资料来源：中国国际核聚变能源计划执行中心，可控核聚变，方正证券研究所 1.3.3包层系统：核聚变反应稳定进行的维护者——偏滤器 偏滤器（Divertor）是磁约束核聚变装置（如托卡马克、仿星器等）的核心部件之一，是未来聚变堆主机内部服役环境最严苛的部件。 偏滤器具备两大基本功能：一是排出来自高温等离子体的粒子和热流及未来核聚变产生的氦灰；二是有效地屏蔽来自第一壁材料产生的杂质，降低对等离子体的污染。偏滤器材料在等离子体轰击下的性能演化关系着聚变堆的安全运行。 ITER偏滤器位于聚变装置真空容器的底部。可提取聚变反应产生的热量和灰烬，将等离子体污染降至最低。 ITER偏滤器是由54个“盒式组件”构成，每个组件都采用不锈钢支撑结构。这些盒式组件就像是拼图的各个小块，组合在一起构成了偏滤器的主体框架。每个盒式组件包含三个安装在钢制外壳上的面向等离子体的部件：分别是内侧垂直靶、外侧垂直靶和圆顶。此外盒式组件内还安装了多个用于等离子体控制及诊断部件。 图：偏滤器、盒式组件 
资料来源：ITER官网，可控核聚变，中钨在线，方正证券研究所 1.3.4包层系统：真空室双层壁之间需嵌入壁内屏蔽块 屏蔽块主要起屏蔽中子的作用，主要由316LN不锈钢材料经锻造、焊接、钻孔（直径12-30mm）等工艺处理后成型所得，其关键技术是316LN不锈钢材料及深加工工艺。 ITER装置中的屏蔽模块共计440块，总重量约1500吨，中国与韩国各承担220块。中方除了2024年首批交付的49块模块外，还有172块模块预计将在2027年按期交付。包层屏蔽模块属于包层系统里的真空部件，可以为ITER装置提供中子屏蔽和高热负荷的热导出，保护真空室及外围设备和人员免受辐射危害，确保反应堆稳定运行，是未来聚变堆建造所需的关键技术之一 2013年，包层屏蔽模块全尺寸原型件通过ITER国际组织验收。2018年，我国率先完成制造ITER包层屏蔽模块全尺寸原型件，完成全球首台用于ITER包层部件的大型真空高温氦检漏设备的制造和调试，2024年首批产品制造完工并实现全球首发，该ITER包层屏蔽模块全尺寸原型件在所承担的220件屏蔽模块中结构最复杂、制造难度最大。 图：屏蔽块及其结构 
资料来源：中国国际核聚变能源计划执行中心，核工业西南物理研究院，可控核聚变，方正证券研究所 1.4真空杜瓦：圆桶状结构的“保温瓶” ITER的真空杜瓦（低温恒温器）是托卡马克真空室和限制超热等离子体的超导磁体周围的“保温瓶”。真空杜瓦由不锈钢制成，重达3850吨，其基座部分（1250吨）是ITER最重的部件。整体来看，真空杜瓦高30米、直径30米，体积达16000m³，可以说是有史以来最大的不锈钢高真空压力室。 真空杜瓦是ITER必不可少的重要组成部分，从上到下主要由顶盖、上环体、下环体、基座这4大部分组成，各部分通过焊接或螺栓形成一个完整的结构。 作用：真空杜瓦不仅要保证系统运行过程中拥有一个恒定的真空环境，还承担着在例如氦气泄漏或等离子体瓦解等紧急情况发生时维护整个设施安全的责任。此外，还包括隔断外部环境对极向场、纵场真空室等大部件产生的热交换，同时承受装置大部件施加的载荷。 图：真空杜瓦 
资料来源：可控核聚变，弈升科技，方正证券研究所 1.5海外真空室与偏滤器供应商：SIMIC 总部位于意大利的SIMIC公司成立于1977年，作为核心供应商自2006年起深度参与国际热核实验反应堆（ITER）项目，制造如真空容器原型、盒体、ITER偏滤器内垂直靶等。在ITER项目的18个环向场线圈中，SIMIC公司提供10个。第一批TF线圈于2020年成功运至法国卡达拉赫，该合同是SIMIC发展的重要里程碑。 公司的供应范围包括与ITER偏滤器盒体原型建造相关的工程和制造活动，该原型由各种不锈钢材料和铝青铜合金制成。盒体是Iter偏滤器的一部分，包含三个面向等离子体的组件（即内外垂直靶和圆顶）。盒体由316L（N）ITER级不锈钢制成，总质量约为4.7吨。 图：SIMIC真空室参数 
资料来源：SIMIC官网，方正证券研究所 图：SIMIC偏滤器盒体参数 
资料来源：SIMIC官网，方正证券研究所 02 相关企业
2.1合锻智能-聚变堆真空室制造工艺取得一定突破 合锻智能自2021年与合肥综合性国家科学中心能源研究院签订战略合作协议后，在聚变堆真空室制造工艺研究方面取得了一定的成果，相关工艺和方案已通过生产准备会 （MRR）。 公司与中国核工业二三建设有限公司在聚变堆真空室制造技术、聚变堆安装技术、大科学装置建造技术等方面开展长期战略合作。公司已承接核聚变真空室构件的研制工作，计划于2024年交付。 公司生产的多种液压机产品(模锻压机、等温锻造液压机、自由锻造液压机、双动充液拉深液压机等), 核燃料多压头预压体成型设备等可用于高温气冷堆核电站系统工程中球形核燃料元件的生产。 公司核聚变业务主要致力于解决聚变堆复杂部件的研发制造，已经参与了聚变堆、真空室、偏滤器等核心部件的制造预研工作。2024年，公司中标聚变新能（安徽）有限公司BEST项目核心关键部件——真空室扇区、窗口延长段、重力支撑等制造任务。 2025年5月19日上午，合锻智能承接的紧凑型聚变能实验装置（BEST）项目核心部件之一——“真空室首批重力支撑”交付仪式在合锻工业互联网平台中心成功举行。 图：BEST真空室重力支撑交付仪式、招标情况 
资料来源：合锻智能年报，合锻智能官微，公司公告，聚变新能官网，方正证券研究所 2.2国光电气-托卡马克装置第一壁板、偏滤器、包层系统满足ITER要求 成都国光电气股份有限公司的主要产品是微波器件、核工业设备及部件和其他民用产品。公司是我国“一五”时期前苏联援建的国家156 项重点建设项目之一，自成立以来，公司一直从事微波器件的研制生产，至今拥有超过60 年的研制生产经验。目前，公司已经发展成为国内专业从事真空及微波应用产品研发、生产和销售的高新技术企业。2024年，公司总营收5.37亿中，核工业2.03亿元，占比约为37.87%。 公司的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等。 在ITER项目中，公司供应偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备、包层第一壁（FW）、工艺设备（例如多功能快速钎焊炉产品）等。公司长期致力于托克马克装置相关系统与部件研制。2024年公司成功中标了包括聚变新能(安徽)有限公司氚兼容增压系统在内等项目。 2025年3月6日，国光电气在投资者互动平台回复表示，与天府创新能源研究院等股东共同出资成立先觉聚能科技(四川)有限公司（注册资本500万元），其中国光电气持股比例为7.5%，以分步实现电磁驱动聚变裂变混合堆能源为目标。 图：国光电气相关产品 
资料来源：wind，公司年报，可控核聚变，方正证券研究所 2.3航天晨光-真空杜瓦领域“小巨人”，核心供应商之一 航天晨光股份有限公司（简称“航天晨光”，股票代码“600501”）前身为中国近代民族工业的摇篮——1865年清朝洋务运动中创建的金陵机器制造局，现为中国航天科工集团有限公司控股的大型综合装备制造企业，在南京、上海等城市建有6个工业园区，拥有4家分公司、3家合资控股子公司、3家全资子公司。 航天晨光在聚变领域持续深耕。其曾与中国科学院等离子体物理研究所共同研制出世界上难度系数最高的ITER杜瓦多层矩形波纹管，它的成功交付标志着我国在核电级特种非标多层矩形波纹管的设计制造上取得零的突破，并跻身世界前列；成功研制D形真空室冷屏样件，掌握了空间双曲面薄壁冷屏研制的关键工艺参数；也是大科学工程紧凑型聚变实验堆（BEST）的制造者之一，主要承接了BEST装置关键部件——杜瓦系统和杜瓦波纹管制造任务，按照BEST项目战略规划要求，公司将在2025年之内实现BEST杜瓦底座部件的交付工作。此外，公司还签约了聚变新能杜瓦系统，并以发起单位身份加入国内核聚变产业联盟。 图：航天晨光相关产品 
资料来源：中国招标投标公共服务平台，聚变产业联盟，方正证券研究所 
资料来源：中国招标投标公共服务平台，聚变产业联盟，方正证券研究所 2.4上海电气-拥有真空杜瓦、真空室等多种核心技术 上海电气核电集团有限公司是上海电气集团股份有限公司下属专业从事核能、化工、海洋工程等机电设备成套与集成供货的产业集团，于2019年1月法人化。 上海电气核电集团在聚变领域拥有丰富业绩，曾经为中科院等离子所EAST项目提供超导托卡马克装置外真空杜瓦、为美国德克萨斯大学提供HELIMAK装置，为能量奇点公司提供HH70主机系统，为新奥公司提供EXL-50U真空室。核电集团陆续承接了CRAFT TF线圈盒先行件、整体制造、组装（入盒及焊接）项目， BEST真空室PS2段预研项目、BEST真空室、BEST TF线圈盒、BEST低温冷屏Mock-up模拟件、BEST中、底部冷屏制造加工，ITER测试杜瓦等项目。 2023年11月9日，公司中标BEST装置TF线圈盒采购项目，报价金额为3460万元。 公司核心技术能力：特种材料、精密焊接、加工能力、精密装配、精密测量等。致力于以先进的制造技术和强大的制造能力呈现于核电市场，以开放共赢的合作和高效集约的管理建树于海内外用户需求，服务上海制造，打响核电品牌。 图：上海电气相关产品 
资料来源：中国招标投标公共服务平台，聚变产业联盟，方正证券研究所 
资料来源：中国招标投标公共服务平台，聚变产业联盟，方正证券研究所 2.5核心标的：关注真空室、真空杜瓦等供应企业 聚变堆真空室部件主供商：合锻智能 与中国科学院等离子体所联合研发新一代磁约束装置，深度参与聚变堆、真空室、偏滤器等核心部件的制造预研工作。 混合堆链主企业：国光电气 长期深耕核聚变领域，已为EAST、HL系列装置配套关键部件，并参与BEST、Z箍缩混合堆等新项目的燃料系统建设和部件研发，可提供第一壁、偏滤器等重要部件。 真空杜瓦龙头企业：航天晨光 航天晨光打造以核工装备和智能制造为重点，覆盖后勤保障装备、环保装备、能源装备、工业基础件、航天防务配套、艺术工程等多个领域的2+N产业体系。 国内核聚变领域领先企业：上海电气 曾经为中科院等离子所EAST项目提供超导托卡马克装置外真空杜瓦、为美国德克萨斯大学提供HELIMAK装置，为能量奇点公司提供HH70主机系统，为新奥公司提供EXL-50U真空室。 包层系统核心供应商：安泰科技 核聚变领域控股子公司安泰中科作为全球可控核聚变装置的核心供应商，实现钨铜偏滤器、钨铜限制器、包层第一壁、钨硼中子屏蔽材料等全系列涉钨产品的研发和生产。 高温合金材料龙头：中洲特材 为核聚变装置第一壁核心供应商，产品应用于ITER项目超导线圈支撑结构，耐温性能突破2000℃。 2.6 投资建议 可控核聚变或为人类能源终极解决方案，未来商业化发展前景广阔，近年来国内外可控核聚变项目持续推进，商业化进程有望加速，可控核聚变-托卡马克装置相关配套供应商。 1）链主企业：国光电气（混合堆总承/分系统、涉氚各类设备零部件）；合锻智能（聚变装置分系统；真空室扇区、窗口延长段、重力支撑，同时拓展其他部件制造）；联创光电（混合堆总承/分系统、超导磁体、核聚变设备）。 2）超导磁体：永鼎股份（高温超导带材），东方钽业（超导铌材、铍材料），西部超导（低温超导线材），精达股份（高温超导带材）。 3）电源类：旭光电子（真空开关、大功率真空器件、氮化铝核心材料），四创电子（PSM电源），英杰电气，王子新材（薄膜电容），百利电气，胜业电气（电容），威腾电气（母线），上海电气（杜瓦、真空室、TF线圈等），弘讯科技（聚变电源器），久盛电气（特种电缆），爱科赛博（电源总成） 4）结构件/功能件：安泰科技（钨铜偏滤器、钨铜限制器、包层第一壁、钨硼中子屏蔽材料），久立特材（TF、PF导管），海陆重工（结构件），航天晨光（杜瓦系统），斯瑞新材（耐高温高强高导原材料）。 5）核心模块建设及分系统制造：利柏特、中国能建。
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