一、什么是核聚變?

　　核聚變，簡單來說，就是把兩個(gè)小的原子核合并成一個(gè)大的原子核的過程，這個(gè)過程會釋放出巨大的能量。

　　核聚變比我們目前使用的核裂變(比如核電站和原子彈)要更安全、能源儲備也更加豐富(核聚變的主要原料是氫的同位素，海洋儲量巨大，產(chǎn)出潛力幾乎是無限的)，而且產(chǎn)生的廢物也少得多。

　　常用的核聚變是氘氚反應(yīng)，氘氚的原子核聚合在一起生成氦，逃掉中子 ，并釋放大量的能量，其反應(yīng)為：

　　21H(氘)+31H(氚)→42He(氦6)+10n(中子)+17.6MeV(能量)

　　可以想象一下，兩個(gè)小朋友，他們各自擁有一些玩具?，F(xiàn)在，他們決定把玩具放在一起，成為一個(gè)大的玩具堆。在這個(gè)過程中，他們發(fā)現(xiàn)玩具堆比他們分開時(shí)的玩具還要多，這就是核聚變的原理。兩個(gè)小原子核合并成一個(gè)大原子核時(shí)，會釋放出額外的能量。

　　太陽和其他恒星就是通過核聚變產(chǎn)生能量的，太陽內(nèi)部的氫原子核在極高的溫度和壓力下合并成氦原子核，釋放出光和熱，這就是太陽能夠發(fā)光發(fā)熱的原因。

　　目前，人類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了核聚變，氫彈的基本原理就是利用原子彈爆炸瞬間制造的高溫高壓環(huán)境引發(fā)核聚變，但這屬于不可控的核聚變。

　　人類如果要將核聚變的能量真正利用起來，就必須對核聚變的速度和規(guī)模進(jìn)行控制，并將能量持續(xù)、平穩(wěn)的輸出。

　　科學(xué)家們一直在研究如何控制這個(gè)過程，這就是所謂的“可控核聚變”。如果我們能夠成功地控制核聚變，意味著能獲得幾乎無限的清潔能源，這對于解決全球能源危機(jī)和減少溫室氣體排放具有重要意義。

　　目前的可控核聚變實(shí)驗(yàn)的溫度一般都要1億度左右，目前根本沒有這樣的材料可以耐受如此高的溫度，于是就有人想出在巨大的螺旋型磁場中，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，通過強(qiáng)大的磁場將等離子體約束在中心，使其達(dá)到足夠的溫度和壓力，從而實(shí)現(xiàn)核聚變。這個(gè)磁約束裝置就是托卡馬克，托卡馬克反應(yīng)堆簡單可控，只要斷電，核反應(yīng)就會立馬停止。因此也是最有希望實(shí)現(xiàn)可控核聚變的技術(shù)。

　　除了磁約束聚變技術(shù)，還有慣性約束核聚變，該技術(shù)是通過激光或粒子束來壓縮燃料(通常是氘和氚的混合物)，使其達(dá)到極高的溫度和壓力。這種方法的挑戰(zhàn)在于，需要非常精確地控制激光或粒子束的強(qiáng)度和時(shí)間，以確保燃料在壓縮過程中不會過早地散開。

　　但是，想要最終運(yùn)用可控核聚變并不容易，在可控核聚變運(yùn)行后，還需要輸入的能量小于輸出的能量(運(yùn)行裝置需要輸入巨大的能量)。目前，盡管在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了能量增益(即輸出能量大于輸入能量)，但要達(dá)到商業(yè)規(guī)模的能量收支平衡仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，可控核聚變還面臨中子輻射防護(hù)、材料耐受性、經(jīng)濟(jì)可行性等一系列難題。

　　2023年12月29日，由中核集團(tuán)牽頭，25家央企、科研院所、高校等組成可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體，正式揭牌中國聚變能原有限公司(籌)，并發(fā)布第一批關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)任務(wù)。中國聚變能源有限公司成立，國務(wù)院明確可控核聚變?yōu)槲磥砟茉次ㄒ环较?。同花?天風(fēng)證券發(fā)布可控核聚變概念指數(shù)!

　　二、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

　　目前由于托卡馬克約束效果最好，具備商業(yè)化，但是巨型托卡馬克裝置規(guī)模大、投資成本高、技術(shù)要求復(fù)雜，主要由國家組織科研院所進(jìn)行建設(shè)。我國聚變研究的主要單位包括核工業(yè)西南物理研究院、中科院等離子體物理研究所，其中代表性裝置包括環(huán)流器系列、EAST。

　　國際上，國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER是全球在建的規(guī)模最大的可控磁約束核聚變裝置，由歐、中、俄、韓、日、美、印等7 方30 個(gè)國家聯(lián)合參與建設(shè)，其中中方實(shí)物+現(xiàn)金貢獻(xiàn)度達(dá)9%。

　　三、行業(yè)主要參與公司

　　目前ITER主導(dǎo)下的國內(nèi)可控核聚變托卡馬克產(chǎn)業(yè)鏈：主要集中于主體部分，包括磁體系統(tǒng)、包層模塊、偏濾器、面向等離子體材料(包層第一壁、偏濾器靶板材料)、增殖單元材料(中子倍增劑)等環(huán)節(jié)。

　　具體以ITER等聚變堆結(jié)構(gòu)為例，超導(dǎo)材料代表的磁體系統(tǒng)是目前實(shí)驗(yàn)堆裝置中價(jià)值量較大的環(huán)節(jié)，代表企業(yè)包括低溫超導(dǎo)企業(yè)西部超導(dǎo)、白銀有色，高溫超導(dǎo)企業(yè)上海超導(dǎo)、蘇州新材料、上創(chuàng)超導(dǎo)。未來，聚變裝置將從實(shí)驗(yàn)堆走向示范堆，放入氘氚燃料，包層模塊中的第一壁材料、增殖單元材料將成為關(guān)鍵，企業(yè)包括中色東方、上海太洋等。

　　本文源自：同花順財(cái)經(jīng)