全球最大核聚变反应堆顺利点火,离核聚变供电还有多远?
近日,全球最新、规模最大的核聚变反应堆JT-60SA成功点火,成为实用型核聚变能源漫长发展进程中的一个里程碑。据《科学》报道,JT-60SA是一个由日本和欧盟共同合作建造运行的超导托卡马克装置,位于茨城县日本原子能研究开发机构(JAEA)内。在国际热核聚变实验堆(ITER)运行前,JT-60SA是世界上最大的热核聚变实验装置。它的一个目标是为ITER探索核聚变反应的最佳条件和参数,测试相关技术和操作要点。
日本的JT-60SA和其他托卡马克装置一样,有着“甜甜圈”形的真空管道,外部缠绕着可产生磁场的超导线圈,腔体内部是炽热的电离气体云或等离子体,诱导氢原子核融合并释放能量。这台四层楼高的装置可将等离子体加热到2亿摄氏度并维持约100秒。
德邦证券研报指出,核裂变成熟度高,但产生的放射性废物处理比较困难,而且主要核燃料铀的储量相对其它元素来说并不丰富,开采和提炼又十分困难,同时因为发展史上一些大事故,让人们对核电站心有余悸,甚至很多国家做出决策不再发展裂变核电站,因此原子核的裂变能并不是人类最理想的能源。
我国核聚变研究进展
核聚变具有原料资源丰富、释放能量大、放射危害小、安全性高等优势,有望成为人类终极能源。聚变堆是我国核能发展“热堆-快堆-聚变堆”战略三步走中的一环,国内研究集中在磁约束-托卡马克装置上。
EAST装置是我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置,其成功建设和物理实验使中国在磁约束聚变研究领域进入世界前沿,令中国成为世界上重要的聚变研究中心之一。今年7月中核五公司发布文章称其与中国第一家聚焦聚变能开发的商业公司正式签订了全高温超导核聚变装置总装合同,将承建全球首个全高温超导核聚变实验装置。
在诸多清洁能源中,核能因其高效、清洁的特性备受关注。核能以核裂变和核聚变两种形式存在,其工作原理和火电站颇为相似。核裂变以裂变过程释放能量,核聚变则通过聚变过程产生能量。
然而,核聚变技术的挑战性也不容小觑。在全球范围内,许多科学家和工程师们一直在努力突破核聚变技术的瓶颈。直至近年,中国的科学家们在核聚变领域取得了一系列的突破。
彭先觉院士的宣布成为了中国核聚变研究的一个重要里程碑。他们成功地研发出了世界上最大的脉冲驱动器,为核聚变研究奠定了坚实的基础。这一突破不仅标志着中国在核聚变领域的领先地位,也为全球的清洁能源研究提供了有力支持。
此外,中国的科学家们还探索了将核聚变与核裂变相结合的混合发电模式。通过将两者有机结合,取长补短,实现了能源的高效利用。
然而,混合核能发电模式也面临着一些挑战,尤其是点火技术的问题。目前,只有约5%的核聚变反应能够实现,如何提高这一比例成为了科学家们需要攻克的难题之一。
然而,尽管存在一些困难和挑战,但混合核能发电的前景依然令人充满期待。其科幻般的可能性使人们相信,通过持续不懈的努力,我们有望在不远的将来实现清洁、高效的能源利用。
产业链分析
据中金公司研报,全球范围内从事商业化聚变堆探索的企业数量已经超过40家,吸引到风投投资金额不断攀升,截至2023年初,全球聚变公司累计吸引超过60亿美元投资。根据Keytone ventures预测,全球核聚变市场规模将从2022年的2964亿美元增长至2027年的3951.4亿美元,CAGR为6.0%。而ChatGpt在今年横空出世,预计将对核聚变产业的发展产生重大影响,其在高维数据中寻得最优解的能力或显著缩短可控核聚变商业化开发周期。
相关投资机会方面,中金公司及中信证券都曾提到第一壁材料的研发成熟度在行业发展中的重要作用。
中金公司在今年8月10日的研报中曾指出,产业相关投资有望快速转化为对上游的采购订单,从而拉动聚变产业链需求放量。上游主要为原材料,中游为组成聚变电厂的各类设备,下游为聚变电厂的主要应用。
为了实现点火后系统稳定安全运行以及氚自持,第一壁材料的研发成熟也是实现聚变发电的先决条件。中金公司认为高温超导带材、磁体、第一壁材料产值占比高,技术壁垒高,是最优投资环节。
中信证券在今年7月12日的研报中提到,严苛的反应环境对聚变装置结构材料提出了极高的要求。其中第一壁材料是实现可控核聚变的关键瓶颈之一。此外,包层结构材料也是实现聚变可控的关键因素,目前包层结构材料主要有特钢以及相关复合材料等。同时对于目前可控核聚变商业化的主流磁约束路线,形成强大的磁场是实现其反应可控的前提,而超导材料是实现该目标必不可少的一环。
我国在超导强磁场应用等方面已达到国际先进水平,且超导材料的研发和产业化拥有深厚的壁垒和广阔的市场空间,根据Conectus数据,2012年全球超导产品市场规模为51.9亿欧元,2020年达到64.6亿欧元,2022年预估该数字已达到68亿欧元,2012-2022年间CAGR达到2.7%。可控核聚变的商业化加速,也将为相关材料带来新的投资机会。
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