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國(guó)務(wù)院確定方向:終極能源可控核聚變 一文看懂 產(chǎn)業(yè)鏈投資機(jī)會(huì)

中國(guó)電力網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2024-01-03 11:31:05

  一、什么是核聚變?

  核聚變,簡(jiǎn)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(huì)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(chǔ)備也更加豐富(核聚變的主要原料是氫的同位素,海洋儲(chǔ)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。現(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(huì)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(jiǎn)單可控,只要斷電,核反應(yīng)就會(huì)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(huì)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(guó)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(guó)聚變能源有限公司成立,國(guó)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(guó)家組織科研院所進(jìn)行建設(shè)。我國(guó)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(guó)際上,國(guó)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(guó)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(guó)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)


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