国防军工行业深度报告：可控核聚变系列深度①：科普，从氘氚反应到托卡马克

（以下内容从东吴证券《国防军工行业深度报告：可控核聚变系列深度①：科普，从氘氚反应到托卡马克》研报附件原文摘录）
投资要点
本文作为可控核聚变系列深度的首篇，将尝试阐述经典可控核聚变技术路线原理：长久以来，可控核聚变被视为解决人类能源危机的终极方案，却因技术壁垒高筑而遥不可及。随着高温超导材料、人工智能控制系统的突破，仿星器的磁场优化路径、球形托卡马克的紧凑化设计等创新路线正持续拓宽技术可能性边界，可控核聚变研发进展显著加速，商业化曙光初现。然而，可控核聚变技术复杂度高，对于投资而言，清晰理解其原理和发展路径至关重要。本文将尝试阐述经典可控核聚变技术路线原理。通过对核聚变反应的基本条件、主要技术路径的剖析，帮助把握这一前沿领域的核心要点。
核聚变原理，两个轻原子核结合成一个重原子核并释放能量：核聚变是指轻原子核在高温、高压等极端条件下克服电磁力，接近到强核力作用范围内，从而结合成较重原子核并释放能量的过程。核聚变的能量来源于反应前后质量的微小亏损，根据质能方程E=mc2，这部分亏损的质量转化为巨大能量。要实现核聚变，必须满足三个条件：足够高的温度、一定的密度和足够长的能量约束时间，三者的乘积称为聚变三重积。只有当聚变三重积达到或超过某一阈值时，聚变反应才有可能实现能量的净输出，这一判断标准被称为劳森判据。在氘氚反应中生成的高能氦核可以将能量传递给周围等离子体，维持反应所需的高温，从而实现自持燃烧。这种自持燃烧状态意味着反应可以在没有外部能量支持的情况下持续进行，是实现可控核聚变的关键目标之一。
可控核聚变原理，只有力场才能约束上亿度的热核聚变燃料，磁约束被公认为人类最接近实现聚变能应用的途径：在核聚变反应过程中燃料通常被加温到上亿摄氏度，鉴于如此高的温度，唯有通过特定的场约束技术，才有可能实现对热核聚变燃料的有效约束，而采用实体容器来容纳如此高温的燃料显然是不可行的。引力场、惯性力场、磁场以及多种力场组合等约束方式，从理论层面而言，均具备约束聚变燃料并实现热核聚变反应的潜力。然而，相较于磁场约束技术，其他约束方式在实际应用中面临诸多挑战：部分力场在地球环境条件下难以实现，部分力场的控制难度极高，部分力场的约束性能尚不理想，此外还存在诸多其他方面的技术难题。综合考量上述因素，磁场约束技术凭借其相对成熟的理论基础、可实现性以及可控性，在当前阶段被公认为人类最接近实现聚变能应用的途径。
托卡马克，约束等离子体的磁笼，是磁约束聚变路径的主流装置：托卡马克是一种用于约束等离子体的磁约束装置，其核心是通过磁场约束上亿度的聚变燃料。聚变燃料以离子和电子形式存在，磁场对带电粒子产生约束作用，关键在于磁力线闭合且对带电粒子运动影响各向异性的特点，这两大特点决定了托卡马克装置的设计。托卡马克由环向场线圈、极向场线圈和欧姆变压器线圈组成，形成螺旋状磁场约束等离子体。强磁场环境中的聚变等离子体运动却极为复杂，因此磁约束核聚变等离子体的研究极度依赖于实验。基于托卡马克装置的大量实验数据，形成了关键的定标率，它决定了托卡马克在特定条件下能达到的约束性能，进而影响聚变三重积和聚变点火的可能性。定标率公式基于全球多个托卡马克装置的数百次实验数据拟合而成，是目前最为可靠的托卡马克聚变规律。
风险提示：1）技术成熟度不足；2）技术更新迭代；3）市场需求不确定性；4）商业化进程缓慢。