深度 | 一天吃透【可控核聚變】關鍵材料，附核心龍頭

01 產業鏈全景圖

02 托卡馬克拆解

托卡馬克是當前主流的核聚變設備，本質就是個環形 “磁隔離罩”——靠環形磁性結構把高溫等離子體和容器壁徹底隔開，就像給核聚變反應打造了一個獨立的 “封閉實驗室”，讓反應能在專屬空間里發生。

以最完整的 ITER 裝置為例，托卡馬克的核心是磁體系統、真空室、包層模塊等關鍵部件，再搭配真空、低溫、電源診斷等支持系統，整套設備就像一臺精密機器：核心部件是 “骨架”，支持系統是 “神經脈絡”，缺一不可。

成本方面，磁體系統是絕對的 “花錢大頭”——它由鈮錫、鈮鈦超導線圈組成，相當于設備的 “能量控制中樞”。其中低溫超導托卡馬克的磁體系統占比約 28%，高溫超導型的占比更高，能達到 50%，就像不同規格的建筑，核心承重結構的造價占比差異明顯。

02-1、托卡馬克關鍵材料

材料創新是可控核聚變產業化的核心瓶頸，也是突破關鍵。核聚變裝置的極端環境（上億度等離子體、強中子輻照），相當于讓零件在 “煉獄級考場” 里闖關，材料性能被推到極限，成了工程化的頭號難題。

關鍵部件得靠特定材料 “撐場”：第一壁用合金、鈹涂層扛高熱流；超導磁體靠 316L 不銹鋼、Inconel718 高溫合金穩結構；氚增殖包層靠低活化鋼、鈦酸鋰陶瓷轉燃料循環。但這些材料普遍卡殼：性能驗證像 “超長試用期”（輻照實驗需數年），規模化成本高，長效可靠性數據不足。

目前材料體系正從四個方向破局：表面與結構創新、超導材料優化 、材料改性、新材料探索

以托卡馬克關鍵部件以及材料為例：

03 關鍵材料--超導材料

03-1、超導材料

超導材料是可控核聚變裝置磁場系統的 “動力核心”，其性能直接決定裝置的等離子體約束能力與能量效率。托卡馬克需靠高強度、高穩定的磁場 “困住” 高溫等離子體，超導磁體正是這層 “約束網” 的關鍵組件。

當前主流超導材料分低溫（如 NbTi、Nb3Sn）與高溫（如 REBCO）兩類，如同不同規格的 “功能元件”，在磁場強度、制冷成本、材料性能上差異顯著。

03-2、發展最新現狀

低溫超導是核聚變磁體的 “老牌成熟選手”，NbTi、Nb3Sn 已廣泛應用 ——ITER 磁體系統就以 Nb3Sn 為主。但它需在 4.2K 液氦環境運行，制冷系統如同 “沉重的冷卻包袱”，成本高昂；且磁場上限低，難適配未來緊湊型裝置的高磁場需求，適用性正被高溫超導逐步替代。2024 年 6 月能量奇點 “洪荒 70” 實現等離子體放電，成為全球首臺全高溫超導托卡馬克，標志其商業化應用邁出關鍵步。

高溫超導是磁體系統的 “潛力新星”，REBCO 這類材料兼具高磁場、低制冷成本、小體積，是未來理想選擇。國內企業已加速布局：聯創超導研制 REBCO 集束纜線的 D 型磁體，2024 年 4 月完成低溫測試，穩態電流超 1.5kA；上海超導的二代高溫超導帶材已用于核聚變磁體等領域，2025 年 6 月科創板 IPO 獲受理，計劃募資 12 億元擴產，2025 年底產能將達 4000 公里 / 年。但它制備工藝如同 “精密細作的高端工序”，成本偏高，仍需突破以實現大規模應用。

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03-3、市場規模

全球超導市場正處 “加速賽道”，第二代高溫超導是賽道里的沖勁選手，市場份額將快速擴容。2027 年全球超導產品市場規模達 192 億歐元，2022-2027 年復合增速 23%，行業節奏明顯提速。

第二代高溫超導尚處產業化初期，后續隨應用滲透率提升 + 核聚變裝置等下游需求爆發，市場將迎來 “翻倍級擴容”，預計 2030 年其占全球超導行業 25% 份額，潛力顯著。

成本端，國內托卡馬克高性價比：低溫超導磁體占比 20%（海外 28%）、真空室 14%（海外 8%），優勢顯著 ——1 個 ITER 預算可造 2 個 CFETR。成本構成上，CFETR 的 “花錢主力” 是磁體環向場線圈、真空室隔熱層，包層、偏濾器占比低，輔助系統費用集中在射頻加熱；能量奇點成本與 SPARC 相當，堆芯環向場磁體及結構占比最高，輔助系統核心支出為低溫水冷、真空系統。

03-4、核心公司：永鼎股份（高溫超導）

在高溫超導產業化加速期，公司擴產研發布局磁約束核聚變等領域，超導業務進入新階段。

東部超導（永鼎子公司）主營二代高溫超導帶材及應用產品，是 “洪荒 70” 全高溫超導托卡馬克的超導 “獨家供血方”，深度綁定中核集團、核工業西南物理研究院等客戶，應用覆蓋能源、電力等多領域。

其采用國內獨有的 IBAD+MOCVD 技術路線，搭配稀土替代與摻雜技術，性能如同超導材料的 “強化核心”：臨界電流密度達 800A/mm2，磁通釘扎強度是國際標準 3 倍，性能優勢顯著。

公司通過擴產、升級設備、優化工藝，結合應用端反饋形成技術閉環加速產品迭代，目前產品已落地超導感應加熱、可控核聚變磁體等領域，與中科院、能量奇點等機構密切合作。2024 年核聚變訂單占超導營收 80%，2025 年產能提至 1000 公里，覆蓋 ITER 二期需求，國產化率超 90%。

03-5、核心公司：西部超導（低溫超導）

公司低溫和高溫超導技術一直領先行業。近年來發展迅速：

2024 年：公司成核聚變核心供方—— 完成 CRAFT 線材交付、BEST 批量供貨，Nb3Sn/MgB2 線材性能突破；300mm 單晶硅超導磁體年交付超百臺，15T 無液氦磁體落地，加速器核心部件批量應用。

2025H1：超導產能釋放、市占率提升；攻克 Bi 系線材技術，實現千米級批產（產能 2000 千米 / 年）；拿下 DCT 超導四極鐵出口訂單；MCZ 磁體升級獲增訂，2.5T 大口徑磁體發貨拓線。

04 關鍵材料--第一壁材料

04-1、第一壁關鍵材料

核聚變裝置工程化的核心卡殼點是材料性能：早期碳基材料像 “臨時湊數的零件”，雖抗熱震，但熔點低、氚滯留多，撐不住長脈沖運行；當前首選的鎢基材料是 “高熔點選手”（約 3400℃），卻會因中子輻照脆化開裂、高溫抗氧化弱、抗熱疲勞差，凸顯新一代材料的剛需。

裝置材料需扛住上億度熱負荷、強中子輻照：第一壁 / 偏濾器要承＞20MW/m2 穩態熱流（是航天器再入熱流的 100 倍），安泰科技用鎢銅梯度結構將其耐熱性提至≥25MW/m2、熱應力降 40%，但中子輻照讓脆變溫度超 300℃，材料壽命僅數百小時。

最新進展，材料體系正補短板：鈹涂層能降雜質、提氚效率，雖有毒遇水易反應，東方鉭業已通過 ITER 認證；偏濾器熱沉用高性能銅鉻鋯合金，斯瑞新材產品通過 CFETR 驗證，性能足以替代歐洲同類產品。

04-2、核心公司：安泰科技

公司2024四大業務構成核心板塊：特種粉末冶金材料及制品（39.11%）、先進功能材料及器件（37.01%）、高品質特鋼及焊接材料（21.80%）、環保與高端科技服務業（2.09%）。

控股子公司安泰中科是全球核聚變裝置的 “關鍵部件服務商”，其難熔鎢鉬、鎳基高溫合金帶材等產品配套 “華龍一號” 等核電技術，搭建起鎢銅偏濾器、第一壁等全系列涉鎢產品矩陣，已供貨法國 WEST 裝置、ITER 項目，同時與國內 EAST、能量奇點等開展技術合作。

2025H1 核聚變產業商業化提速，安泰中科深耕偏濾器、第一壁包層技術，上半年中標 EAST、CRAFT 相關合同，總額近 4000 萬元；主導 2 項行業標準制定，參與的 EAST 相關技術獲安徽省科技進步特等獎，凸顯行業技術引領地位。

05 關鍵部件--真空系統

05-1、真空室介紹

真空室是等離子體的 “專屬密閉艙”，是離堆芯最近的環形真空密封部件，既要承載自身及內部構件重量，又要抵御復雜電磁力，其結構穩定性與功能安全性直接決定聚變堆運行成敗。

它的核心作用有二：一是打造 “潔凈反應場”——維持 10??～10??帕級超高真空，隔絕大氣成分，為氘氚聚變提供純凈環境；二是充當 “安全屏障 + 支撐骨架”——既承重力、抗電磁力，又為包層、偏濾器等內部部件提供安裝支撐。

ITER 真空室由 9 個高精度不銹鋼扇形件拼成 “D” 形環，如同拼裝高精度巨型積木：模塊化運輸要求高、焊縫密集，且與冷屏、磁體間距極小（熱脹冷縮易碰撞），設計制造難度拉滿。

05-2、核心公司：合鍛智能

國內高端機床龍頭合鍛智能通過戰略布局打造 “裝備 + 核聚變” 生態，成為國內稀缺的核聚變裝備供應商，核聚變業務已升級為第二增長曲線核心支撐：

憑借鍛壓工藝 “技術積淀底盤”，公司2021 年啟動戰略轉型，從傳統液壓機廠商切入核聚變裝備領域，手握國內少數具備核聚變核心部件制造的 “入場券”。

2024 年中標聚變新能 “BEST 真空室” 項目，2.09 億元合同標志著工程化突破；通過與中科大核科學技術學院共建聯合實驗室，攻克材料疲勞、高精度加工等卡脖子問題，累計申請發明專利 18 項；與李政道研究所合作共建尖端制造實驗室，進一步夯實精密加工與探測技術儲備。未來在政策紅利與市場需求雙重驅動下，有望實現跨越式發展。

06 其他關鍵材料--抗輻射材料

06-1、抗輻射介紹

ODS 鋼（氧化物彌散強化鋼）是核聚變抗輻射結構材料的 “核心選手”，憑借優異抗輻照性能與高溫強度，成為研發重點。以 EUROFER97-ODS 為例，通過機械合金化引入納米氧化釔顆粒，像給鋼材加了層 “抗輻照防護盾”，顯著提升硬度與高溫穩定性 ——50℃以上力學性能優于傳統鋼材，壓下率 50% 時硬度從 200HV 升至 280HV，中子輻照下韌脆轉變溫度（DBTT）升高幅度低，應用可行性突出。

目前該材料已用于 ITER 實驗包層、DEMO 反應堆第一壁等關鍵部位，為制造業提供明確技術路徑與市場機會。

06-2、核心公司：國光電氣

寶武集團在 ODS 鋼機械合金化、熱加工工藝上實現突破，完成多批次試樣制備，性能接近國際先進水平；鋼研高納聚焦核聚變用 ODS 鋼產業化，開展規模化生產技術攻關，產品已進入實驗室驗證階段；中科院金屬所聯合企業開發出適用于聚變堆的低活化 ODS 鋼，為國內聚變裝置材料國產化提供支撐。

最后，整理國內公司參與情況如下：

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