从“人造太阳”到超导，一文看懂“人造太阳”概念股

据新华社报道，4月12日21时，有“人造太阳”之称的中国全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，刷新2017年的101秒世界纪录。这是历经十二万多次实验取得的成功！

据悉，EAST装置上有核心技术200多项、专利2000余项，汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一炉，共有上百万个零部件协同工作。这次成功突破，离不开等离子体控制、加热、壁处理、先进诊断等技术提升和内真空室改善。

人造太阳就是人为创造一个模拟太阳内部环境，可以持续进行核聚变反应的核反应堆。而核聚变能源的原材料又大量存在于占地球面积70%的海水之中，在地球上近乎取之不竭，且排放无污染，所以被视为人类“终极能源”！

核聚变的概念及聚变核电站

核聚变是结合原子核以产生能量的过程，其释放的能量是裂变的数倍，并且不会产生长期的放射性废物（现在核电站都是采用核裂变，但是核裂变过程中会有很多长期放射性废物，这也是日本福岛核电站废水、燃料碎片难以处理的原因）。

运行方式上，聚变核电站与裂变核电站类似，利用原子反应产生的热量来加热水、产生蒸汽、驱动涡轮机和发电，但要在聚变反应堆中创造发电条件，同时满足能量消耗低于能量生成，一直是个难以克服的挑战。

核聚变反应堆通常使用一种可从海水中提取的氢同位素，称为氘（氢-2）。当受到高热和高压时，电子被迫离开氘原子，产生等离子体。这种等离子体是一种过热的电离气体，需要用强磁场来控制，因为它的温度可以达到1亿摄氏度以上，是太阳核心温度的十倍。辅劣加热系统将温度提高到核聚变所需的水平（1.5-3 亿摄氏度），通电的等离子体粒子发生碰撞并加热。这些条件允许高能粒子在碰撞时克服其自然电磁排斥力，将它们融合在一起并释放出巨大的能量。

实现可控核聚变的主要两种方式

可控核聚变，一定条件下，控制核聚变的速度和规模，以实现安全、持续、平稳的能量输出的核聚变反应。人类目前有激光约束核聚变（也成为惯性约束）、磁约束核聚变两种主要形式。

激光约束。根据牛顿第二定律：F=ma，对质量为 m 的物体施加外力 F，物体会获得加速度 a。惯性约束是用多台超大功率激光器，对准封装着核燃料的小球，同时发射激光。小球表面瞬间向外气化，对内部产生反作用力，猛烈地挤压核燃料，由于作用时间非常短，核燃料获得的速度还来不及将其带走，就已经被推到一起发生核聚变了。

把核聚变燃料(氘[dao]、氚[chuan]等)加热，直到电离成等离子体，这样，质子不再被电子包裹着，而是在”赤裸裸”地做高速热运动，温度越高，运动速度越快，于是两个质子间发生碰撞的概率越高，当能量足够时便会发生核聚变反应。但是如何盛放如此高温的等离子体呢？要知道任何物体碰到上亿摄氏度的高温都会瞬间气化。科学家想到，既然质子带正电，那么可以用磁场来限制质子运动，避免接触到容器，于是发明了各种装置，其中一种效果特别好的装置叫作”托卡马克”（也是此次实验采用的装置）。

此外，还有一种核聚变方式，引力约束核聚变，例如很多恒星像太阳一样，自身质量很大、内部压力也非常大，通过自身巨大的引力，把核燃料束缚在一起，在极端高温高压的环境下发生核聚变。但是人类没有能力制造出这么大质量的物体，对引力的本质也没弄清楚，引力机器无从谈起，引力约束核聚变只能是大自然的专利了。

托卡马克技术比激光约束的技术应用更加广泛。采用托卡马光装置的磁约束技术路线，通常被认为是主流的核聚变技术路线，是最有可能率先成功的方式。全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆(ITER)，即采用了托卡马克装置。ITER 是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，也是中国以平等身份参加的最大国际科技合作项目，中国承担了其中约 10%的研发制造仸务。

托克马克装置示意图

可控核聚变的商业化进程

目前可控核聚变的实验结果离商用还有很远的距离，真实增益小于1（增益=核反应释放的能量/使核反应发生要消耗的总能量，小于1即核反应释放的能量小于发生核反应消耗的能量），这还是不考虑维持实验环境、制作靶丸、产生激光所需要的能量。

托卡马克装置是上世纪五十年代苏联库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人发明的一种可控聚变实验装置，受控核聚变在常规托卡马克装置上已经实现。但常规托卡马克装置体积庞大、效率低，突破难度大。托卡马光装置的核心就是产生强磁场，要产生磁场，仅仅依靠磁铁、永磁体不可能达到要求，那么就要用线圈、通电产生磁场。而线圈由导线缠绕组成，无论哪种材料，只要在超导温度以上，电阻是必然存在的。托卡马克装置要想产生极强的磁场，导线中必须通以极大的电流，但电阻使得线圈的效率降低，产生能耗、得不偿失。上世纪末，科学家们把新兴的超导技术用于托卡马克装置，运用超导技术解决电阻、损耗和磁场强度的问题，使基础理论研究和系统运行参数得到很大提高。超导技术已经成为可控核聚变的必然选择。

据科学家估计，可控热核聚变的演示性的聚变堆将于2025年实现。近年来，私人投资者已向聚变初创企业投入大量资金，且集中在小型的商用托卡马光。

高温超导材料最受益

未来随着新一代核聚变装置的建设，核聚变行业的投入将不断加大，所带来的核工业设备市场规模也不断扩大。但是无论是大型还是小型托卡马克，前期实验过程中都需要先消耗高温超导材料。

从产业链来看，超导产业主要由三部分组成：上游是铌、钛、钡、铋、锶等金属，是超导行业的基础，上游原材料的成本占超导材料比重较低；中游是超导材料如 YBCO 和 BSCCO 等带材，是超导行业的核心，也是毛利率最高的部分，其中，基带主要依赖美国进口，有国产化降价空间；下游是超导应用产品，如超导电缆、超导限流器、超导储能器、超导发电机、超导滤波器和超导变压器等，是超导行业的应用载体，毛利率相对超导材料较低，而且超导应用一半以上的成本来自超导材料。

虽然目前国内从事超导材料制备和超导应用的企业都处于持续投入阶段，难以盈利，但业内认为超导更有着光明的应用前景。电力设备是超导技术应用的一个重要领域，主要利用超导体可以无电阻传输大电流的特点。目前世界各国开发的主要超导电力设备包括超导电缆、超导限流器、超导风机和超导储能装置等。

高温超导电缆。传统电缆输电损耗主要为导体损耗、介质损耗和屏蔽损耗。一般陆地电缆，导体损耗约占传输损耗的绝大多数。高温超导电缆与常规电缆相比，具有明显的优势：一是损耗低，高温超导电缆的导体损耗不到常规电缆的10%，加上制冷的能量损耗，其运行总损耗也仅为常规电缆的50%～60%；二是容量大，同样截面的高温超导电缆的电流输送能力是常规电缆的3～5倍。
高温超导限流器。高温超导限流器是最有效的短路电流限流装置，高温超导限流器系统具有正常运行时，阻抗尽可能小；系统发生故障短路时，立即呈现出较大的阻抗；系统故障消除后，立即恢复正常运行并能长期和重复使用的优点。高温超导限流器主要用于输变电系统，能有效地抑制事故扩散，解决由于短路电流过大而无法联网的问题，为降低高压电网的脆弱性提供新的技术保障。
高温超导风力发电机。高温超导电机中用高温超导线圈取代常规铜线圈，低温下具有零电阻特性，载流能力远大于铜导线，在给定空间内能产生很强的磁场，良好设计的大容量高温超导电机的体积和质量仅为常规电机的约1/2和1/3，具有高功率密度、高效率、低振动噪声、过载能力强、无周期热负载等优点。在船舶电力推进、直驱风力发电、大功率电气传动、工业发电、航天发射等许多大中型电机应用领域，特别是对电机体积、质量有严格要求的船舶电力推进和直驱风力发电领域有着十分诱人的应用前景。
高温超导储能。高温超导储能利用超导体的零电阻特性，超导体的载流密度比常规铜导线的载流密度大 4 个数量级，利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时将电磁能返回电网或其它负载。高温超导储能具有以下主要优势：无需能量形式转换，响应速度极快；功率密度极高，快速以大功率与系统进行能量交换；提高电能质量、不间断电源、限制短路电流等优势。

高温超导材料方面，第一代铋系高温超导材料虽然近年来得到了发展，但在性能和造价上仍有较大缺点。第二代高温超导材料与第一代有显著不同和巨大优势。稀土钡铜氧化物（REBCO）超导带材具有较好的磁场特性和较高的机械强度，因而适合磁分离器磁体、磁能存储器、电动机、发电机、磁共振成像、核磁共振、粒子加速器等电磁线圈类应用。此外，第二代高温超导带材相比第一代有低成本潜力的优势，产业化前景更被看好。目前第二代高温超导材料已在核聚变、电流传输、医疗、储能、风电等领域建成多个应用示范工程。

根据互动平台、公司公告等市场公开资料，人造太阳及高温超导概念股主要有：

国机重装：公司研制的与“人造太阳”相关产品的专利证书已申请成功。公司已开展多个核聚变相关项目极端条件下基础材料研究与核心装备研制。
西部超导：公司自主开发了全套低温超导产品的生产技术，代表我国完成了ITER（国际热核聚变实验堆）项目的超导线材交付任务。我国承担69%的NbTi超导线和7%的Nb3Sn超导线生产任务，全部由西部超导提供。
精达股份：特种电磁线行业龙头，持有上海超导18.3%的股份。上海超导的主要产品为第二代高温超导带材，客户包括南方电网、国家电网、中科院等离子体所、中科院电工所、美国MIT-CFS、英国托克马克能源公司、新西兰RRI研究所等国内外企业及科研机构。
东方电气：公司为“人造太阳”中国环流器二号M装置提供关键核心部件。
安泰科技：公司生产的钨铜复合偏滤器部件助力中国人造太阳创亿度百秒纪录。
炬光科技：公司生产的高功率半导体激光产品被应用于有“人造太阳”之称的国家惯性约束可控核聚变试验装置重大项目。
高澜股份：公司参与了超导托卡马克试验装置，也称“人造太阳”EAST项目，为其提供热管理解决方案。
国光电气：公司为ITER提供配套设备，是其偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备、包层第一壁板（FW）供应商。
天沃科技：公司募投项目所采用的熔盐塔式二次反射光热发电技术属国内首创。控股子公司中机电力主要从事能源工程服务业务，服务范围涉及区域电厂、自备电站、热电联产项目、输变电网络、风电、光伏和光热等新能源电站。
中国核建：中国核建在核电建设领域具有突出优势，在建核电工程市场占有率约为90%。公司将继续紧跟前沿技术，目前公司已承担并将持续跟进第四代核电建造等核电发展新领域的相关业务，未来公司有信心将继续提高市场占有率。