紧凑型聚变装置正成为核聚变商业化的重要方向。方正证券研报显示,场反位形(FRC)装置尺寸远小于托卡马克,总耗资相对较低,结构与位形简单更易于工程实现。电源成本占比61.8%是最大价值环节(磁压缩电源55.7%),主机装置16.5%,诊断系统10.9%。国内瀚海聚能、中科大KMAX、中物院荧光-1等已布局FRC技术路线,紧凑型聚变堆投资窗口正在打开。
FRC成本优势:体积小、结构简单、耗资低
FRC聚变装置相比托卡马克、仿星器等大型磁约束装置具有显著的成本优势。第一,结构与位形简单——激励线圈只需极向场线圈,线性排列在石英管外部,无需级场线圈,易于安装与调试。第二,体积更小——FRC装置尺寸远小于托卡马克,有助于降低土建和工程成本。第三,高β值确保能量利用效率更高,同等聚变功率输出所需的外部磁场更弱,超导磁体成本更低。
FRC作为中子源与IFMIF(国际热核聚变材料辐射装置)相比优势明显。IFMIF造价昂贵且工程期长,仍处于验证阶段;FRC聚变装置体积小、建设工期短、更简单,同样通过聚变反应产生的中子与未来聚变堆中子能谱相同,非常适合材料测试。
国内FRC布局:瀚海聚能/KMAX/荧光-1三线并行
国内FRC装置布局已初步形成。瀚海聚能HHMAX-901装置采用自持等离子体环形成+等离子体传输与压缩融合的技术路径。装置两端分别产生FRC等离子体,通过线圈时序通电构造阶梯状磁场驱动等离子体向中心传输并进一步压缩融合。该技术路径无需依赖外部加热以及电流驱动、易于模块化、可直接发电。
中科大KMAX是我国首个碰撞融合FRC实验装置,长10.4m的轴对称串列磁场装置,已成功实现两个FRC通过磁重联在2-3个阿尔芬时间内合并成一个新的FRC。中物院“荧光-1”主要研究方向为FRC预加热磁化等离子体靶形成过程、高温高密度磁化等离子体约束性质,密度10^19 m^-3、温度200eV、寿命3μs。三线并行推进我国FRC聚变技术发展。
投资环节:电源/主机/诊断三大板块
FRC装置成本构成清晰指引投资方向。电源及开关类价值量最大,磁压缩电源占55.7%,建议关注旭光电子(真空开关/灭弧室、大功率电子管)、王子新材/胜业电气(电容器)、四创电子(PSM电源)、英杰电气/爱科赛博(电源总成)。
主机装置(真空室、线圈等)占比16.5%,建议关注合锻智能(真空室扇区、窗口延长段、重力支撑)、安泰科技(钨铜偏滤器、钨铜限制器、包层第一壁)、派克新材(聚变金属结构锻件)、上海电气(杜瓦、真空室、TF线圈)、斯瑞新材(耐高温高强高导原材料)。
诊断系统占比10.9%,涉及干涉、散射、辐射等光学和电磁系统,建议关注国光电气(传输分系统、涉氚燃料设备)、皖仪科技(检测设备)。超导磁体方面,永鼎股份/精达股份(高温超导带材)、西部超导(低温超导线材)、东方钽业(超导靶材、铍材料)受益。核心模块建设及分系统制造关注利柏特、中国能建。
投资节奏:技术验证→工程化→商业化
FRC聚变目前处于技术验证向工程化过渡阶段。电源及开关类设备率先受益于实验装置建设需求。随着技术成熟度提升,主机装置和诊断系统需求将逐步释放。商业化装置将增加燃料循环系统(预计价值量占比约20%),相关设备供应商中期受益。
国内FRC装置建设与海外TAE、Helion的技术进展形成共振,全球紧凑型聚变投资热度持续升温。预计未来3-5年国内FRC实验装置和示范项目将进入密集建设期,产业链各环节均将受益。
图表4:国内FRC装置布局| 机构/公司 | 装置名称 | 关键参数 | 技术特点 |
|---|
| 瀚海聚能 | HHMAX-901 | — | 自持等离子体环形成+传输与压缩融合 |
| 中科大 | KMAX | 10.4m装置,中心室1.2m | 首个碰撞融合FRC实验装置 |
| 中物院 | 荧光-1 | 10^19 m^-3, 200eV, 3μs | FRC预加热磁化等离子体靶形成 |