2025年可控核聚变行业深度报告：能源领域终极畅享，行业卖铲人率先受益

可控核聚变行业奇点已至

1.1可控核聚变战略意义非凡

核聚变是能源领域的“终极解决方案”，有望引领新一轮的科技革命。核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素“氘”与“氚”聚变形成氦核并释放能量，该过程能释放出 17.6兆电子伏的能量，太阳正是通过这种反应来持续发光发热。可控核聚变模仿了太阳的核聚变反应,又称“人造太阳”是指在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。目前我国正在运行的核电站都是核裂变电站，核裂变虽然能产生巨大的能量，但裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，而且存在棘手的废物处置问题;相比之下，1吨氘氚聚变反应释放的能量，相当于5.7吨裂变燃料或 700万吨原油燃烧释放的能量，地球上蕴藏的核聚变能约为全部可进行核裂变元素释出能量的1000万倍。因此，可控核聚变被认为是人类解决能源问题的重要出路，其一旦实现商业化落地，或将如蒸汽机、电气化的出现一样，主导新一轮科技革命，这也意味着人类能从根本上解决能源危机，进入能源取之不尽、用之不竭的时代。

可控核聚变可分为引力约束、惯性约束和磁约束三种技术路线，当前磁约束路线最为主流。在核聚变的三类约束方式中，引力约束无法在地球上实现，惯性约束由于电--激光转化的能量损耗较高且能量的输出和转移暂不成熟，仍有较多的技术难点需要克服,因此当前更常用于军事领域。相比之下,磁约束路线的能量转化效率更高反应也更为可控，是更具发展潜力、更成熟的路线，也因此成为了世界级、国家级工程以及众多民营企业的主流选择路线。

磁约束聚变是利用磁场与高热等离子体来引发核聚变反应的技术，目前可控磁约束聚变仍处于多条技术路线齐头并进的阶段。磁约束聚变通过加热氘、氚聚变燃料,使它成为等离子体形态，再利用强磁场来约束高热等离子体中的带电粒子，使它进行螺线运动，进一步加热等离子体，直到产生核聚变反应。为实现磁力约束，需要一个能经受高温、产生足够强的磁场、能将等离子体约束起来持续反应的装置。根据国家核安全局，在核能发展“三步走”路径的明确指引下，我国已成功建设了一系列独具特色的磁约束等离子体研究装置，包括环形托卡马克、球型托卡马克、反场箍缩、仿星器、直线型场反位形装置以及偶极磁场装置等多种类型的研究装置。

核聚变装置的发展阶段可被概括为“科学可行性”、“工程可行性”及“商业可行性”。托卡马克装置(Tokamak)、直线型场反位形装置(FRC)、Z缩聚变裂变混合堆(Z-FFR)是目前受较多项目采纳的核聚变装置路线。目前托卡马克是全球范围内投资额最大、技术发展最为成熟的路线，已处于工程可行性阶段，国际项目ITER以及国内的EAST、CRAFT、CFETR等大型科学装置均采用了托卡马克路线。当前采用FRC技术路径的多为核聚变创业公司，包括海外的HelionEnergy、TAETechnologies 以及国内的瀚海聚能、星能玄光、诺瓦聚变等，瀚海聚能在2025年7月实现等离子体点亮标志着FRC步入工程可行性阶段。Z-FFR为聚变裂变混合路线，由中国工程物理研究院在2008年提出,目前中核集团与联创光电联合推进建设的“星火一号”项目以及国光电气与天府创新能源研究院等共同出资成立的先觉聚能均计划采用 Z-FFR 路线。

三条路线对比而言:1)装置构成方面，三者的核心部件各不相同，托卡马克装置对超导磁体的需求量较大;FRC因需毫秒级脉冲能量输入,其对电源系统的要求较高:Z-FFR对驱动器系统和次临界能源堆的需求较高;2)商业化时间预期上，多数企业预计托卡马克装置有望在2030年代实现商业化供电;美国Helion的场反位形装置目标最早将于 2028年投入运营，并开始向微软数据中心交付50MW电力;Z-FFR预计将于2040年代进入商业化推广阶段。上述技术路线处于齐头并进的发展阶段，尽管目前托卡马克路线具备较为成熟的技术储备并已获得了较高的资本开支，但如若FRC的商业化落地进程先于托卡马克，则有可能带动可控核聚变主流技术路线的更迭,进而牵动技术路线的低成本复制和相关企业的投融资力度，这会对不同路线的装置需求量造成更为深远的影响，因此需要以辩证的思维去看待未来各个路线的发展。

磁约束聚变实现能量增益并走向商业化的关键科学标准包括“劳森判据”和“聚变能量增益因子(Q值)”的大小:

根据劳森判据,核聚变反应实现稳态运行的前提是聚变三乘积大于临界值。实现1)可控核聚变反应需要同时满足三个条件:足够高的温度，一定的粒子密度和一定的约束时间，以上三者的乘积被称为“聚变三乘积”。英国科学家提出的“劳森判据”阐述了核聚变反应堆能量平衡的前提条件，劳森判据建立的基础是能量守恒定律，即聚变产生功率需补偿等离子体辐射损失和系统热传导损耗。该判据包含温度、密度和约束时间三个核心参数，其中等离子体需维持1亿摄氏度以上高温使聚变燃料充分电离。判据指出，维持聚变能量平衡需要粒子密度(n)与约束时间(:)的乘积超过临界阈值 6x1013(n+>6x1013),当满足劳森数 nT>3x1021(单位:m·3·keV·s)时，聚变反应产生的能量将超过加热输入能量，实现自持燃烧。三乘积越高反应难度也越大，而氘-氚(D-T)反应在一亿多摄氏度时聚变三乘积可达最小值，相对氘-氘(D-D)、-氦3(D-He3)更低，也就是说氘氚点火温度的门槛相对较低,且在工程上最容易实现。这也是除了原料获取难易程度之外，氘和氚被选为核聚变主要原料的原因之一。

聚变能量增益因子(Q值)是核聚变反应产生的能量与输入装置能量之比,其意义体现在能量效率、技术可行性及商业化潜力等多个维度。从核聚变装置的理论可行性角度出发，Q=1是聚变反应自持的物理门槛，若要投入实际使用，则输出装置的能量需要高于输入的能量(也就是需要Q>1)，装置才具有可行性和实用性，且Q值越高能量转换效率越高。国际上公认Q值要达到10以上核电站才能有收益，而如果想成为商业化的核聚变发电站，Q值还需要达到30以上。

当今可控核聚变行业的最终目标是建成经济性能优异、安全可靠、无环境污染的核聚变电站,使之成为人类未来的永久能源。当能源不再稀缺,以资源为基础的国际秩序也将被改写，而率先掌握可控核聚变技术的国家将成为新一轮科技革命中的领先国，从而在全球能源领域掌握核心话语权。

1.2行业政策导向发出前瞻信号

可控核聚变行业具备很高的市场天花板和十分庞大的潜在市场规模，也是全球主要国家未来能源战略布局的重点方向。根据普林斯顿大学的研究人员测试，一座1000MW的核聚变电厂成本在27亿美元到97亿美元之间;若核聚变完全商业化,根据 Ignition Research的估算，到 2050年将成为至少1万亿美元的市场。然而，核聚变行业作为一个耗资巨大、投资回报周期较长的行业，在聚变堆尚未真正实现商业化落地、达到盈亏平衡之前，行业的持续发展离不开各国政策所提供的底层支持。

海外各个发达国家政府率先对可控核聚变行业加大财政投入，积极把握行业发展机遇。2025年1月，美国能源部(DOE)为核聚变创新研究引警(FIRE)合作组织提供1.07亿美元，并与“里程碑计划”8家企业达成协议动了超过3.5亿美元的私营投资，支持进一步创建聚变能创新生态系统;英国政府于同日宣布为2025-2026年“聚变未来计划”投资4.1亿英镑，计划2027年前向聚变能领域投资总额达6.5亿英镑;德国自2023年9月起，计划未来五年通过“聚变2040计划”增加投入3.7亿欧元(到2028年投入总额达到10亿欧元);日本大力支持核聚变技术开发，从2023年开始启动专项支持政策，支持小型化、精密化、独创性的新兴技术探索，加速未来核反应堆原型开发，推进核聚变相关基础研究。

国内政策为核聚变行业供给侧提供了较多支持,可控核聚变行业奇点已至。我国可控核聚变行业的发展起点可追溯至1983年，由国家科委牵头召开了核电技术政策论证会，与会单位议定了《核能发展技术政策要点》，并首次明了我国核电“热堆-快堆一聚变堆”的三步走战略。近年来党中央、国务院及有关部门陆续出台文件以落实核聚变能相关工作的部署:国家发展改革委、国家能源局在《"十四五"现代能源体系规划》中强调了对受控核聚变前期研发的支持，并鼓励积极开展国际合作，以提升我国在该领域的国际竞争力;工业和信息化部等七部门在《关于推动未来产业创新发展的实施意见》中将核聚变列为重点领域,推动超导材料等前沿新材料创新应用;2025年4月，国家能源局召开新闻发布会，明确表示“大力支持第四代核电技术、小型模块化反应堆、核聚变等前沿技术的研发攻关”，这是继生态环境部等国家部委提出后续将“开展聚变监管法规标准体系研究”后，官方再次给出的一个前瞻信号。2025年9月12日，第十四届全国人大常委会第十七次会议表决通过了原子能法，自2026年1月15日起施行，原子能法明确，国家鼓励和支持受控热核聚变的科学研究与技术开发,并会建立符合受控热核聚变特点、促进核聚变应用的监督管理制度，对聚变燃料、聚变装置(设施)实行分级分类管理。政策的陆续出台为可控核聚变行业发展提供了成长的沃土，未来核聚变技术有望在政策引领和国家级项目的带头示范作用下迎来突破。

1.3核聚变项目资本开支逐步提速

商业化聚变堆的出现时点是目前业界关注的核心议题之一，多数企业认为首个给电网送电的聚变堆以及具备商业化价值的聚变堆有望在2031-2035年及以后诞生。根据核聚变行业协会(FIA)发布的报告，从企业对实现可控核聚变给电网送电的时间节点预期来看，被调研的45 家聚变能企业中有21家预计将在2031-2035年间出现，而对于何时能够出现兼具低成本和高Q值的商业化聚变堆，在44个被调查企业样本中，有 12家认为会在 2031-2035年间实现，14家认为会在2036-2040年间实现。

近年来，全球风险资本对可控核聚变“独角兽”企业的投资热度快速提升。随着人们对可控核聚变的研究热情和重视度提升，可控核聚变项目也逐渐从实验室传导至一级投资机构和创业公司，过去30年间全球成立的可控核聚变创业公司数量呈指数级增长。据FIA统计表明，2025年全球核聚变公司数量已从五年前的23家增长至53家，2025年核聚变产业吸引了97亿美元的投资(同比+36.6%)，其中绝大部分来自于私营资本。

随着越来越多的民营企业的加入，我国核聚变行业已逐步形成“国家队”带头示范、民营企业协同发展的新格局。当前我国可控核聚变产业集群主要集中在安徽合肥四川成都、江西南昌、上海等地，多个重点聚变项目的招标和建设提速以及聚变创新联合体的成立已为行业的发展提速奠定了根基。合肥和成都为当前国内具备相对完善的核聚变产业集群的城市:合肥包括以中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所(等离子体所)为代表的科研机构以及聚变新能、星能玄光等民营企业，成都包括以中国核工业西南物理研究院(西物院)为代表的科研机构以及瀚海聚能、先觉聚能等民营企业。

合肥BEST项目工程总装于2025年5月启动，预计于2027年建成后将会成为全球首个紧凑型聚变能实验装置以演示聚变发电。BEST项目由聚变新能(安徽)有限公司负责运营，后者成立于2023年5月，初始注册资本50亿元，并在2024年6月增至145亿元，股东涵盖安徽省与合肥市国有平台、中央企业、中国科学院及社会资本。据新华网消息，2025年5月1日，BEST项目工程总装启动仪式在位于安徽合肥的聚变堆主机关键系统综合研究设施园区举行，整个项目总装较原计划提前两个月启动。总装工作是 BEST装置建造过程中最关键的环节之一,要将包括超导磁体系统磁体馈线系统、杜瓦、冷屏、包层以及偏滤器等在内的聚变堆“心脏”部件精确安装至主机基坑内。现场装配的部件数以万计，总重达约6,000吨，精度要求高，标准严苛。预计BEST项目于2027年建成后可开展燃烧等离子体物理前沿科学研究，演示聚变发电，为中国聚变能的发展做出重要贡献。

全球首座聚变-裂变混合发电厂“星火一号”招标及建设持续推进中,计划于2030年前建成和并网发电。由中国核工业集团与江西联创光电联合推进建设的“星火一号”采用高温超导聚变-裂变混合堆技术路线，通过聚变中子源驱动裂变反应堆，设计能量增益值(Q值)目标超过30，显著高于国际热核实验堆(ITER)的Q=10，总投资规模达200亿元。联创光电于2024年12月成功中标《中核二三系统事业部超导线圈研制与测试服务分包项目》，标志着星火一号项目的招标启动和建设推进。2025年3月，项目启动环境影响评价公开招标;2025年4月，南昌实验室完成二次结构施工，并规划于2028年完成主机装置组装，2029年实施全堆联调测试。

中国聚变能源有限公司(中国聚变公司)挂牌成立大会于2025年7月22日在上海举行。启动仪式上，中国聚变公司与上海电气集团、中国电气装备集团、上海交通大学、申能集团等在沪单位签署聚变创新联合体深化合作协议。同时，中国聚变公司还与中核集团、中国核电、昆仑资本、上海聚变、四川聚变等七方签署增资扩股协议。七方拟联合向中国聚变公司投资约115亿元。本次交易完成后，中国聚变公司注册资本为150亿元，一跃成为国内注册资本最高的商业聚变公司。

近年来,越来越多的民营企业争相进入可控核聚变领域,与“国家队”形成优势互补、共同促进聚变商业化落地。与国家队相比,民营企业往往以相对更小的投资额、更短的装置组装周期、更高效的聚变实验为核心竞争力，他们的加入让核聚变装置的路线选择也变得更加丰富:

星环聚能和清华大学合作建设的SUNIST-2球形托卡马克装置于2023年7月建成并首次放电，初步验证了磁重联方案的可行性。星环聚能计划在2027年前建造新一代装置 CTRFR-1,来彻底验证其工程的可行性，随后便可以开始建设商业示范堆;

能量奇点自研建造的高温超导托卡马克装置“洪荒70”于2024年6月实现等离子体放电，标志着高温超导托卡马克的工程可行性得到验证。公司计划投入研发下一代强磁场高温超导托卡马克装置“洪荒170”，该装置以实现Q值>10为目标,计划 2027年建成,2030年后建成可用于示范性聚变发电站的托卡马克装置;

新奥能源自主设计建造的我国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置--“玄龙-50”稳定实验运行4年后，于2024年升级为“玄龙-50U”，快速跻身大型磁约束实验平台先进行列。公司并行开展整体参数国际领先的球形环氢硼聚变新装置“和龙”的建设，预计于2027年建成，旨在探索硼聚变中的各项关键技术:

先觉聚能于2025年3月6日由国光电气与天府创新能源研究院等股东共同出资成立，其定位为支撑天府创新能源研究院发展的市场化机构，将与天府创新能源研究院共同构建起“研究院+公司”相互支撑的聚变-裂变混合能源事业核心组织架构。先觉聚能将采用我国自主提出的“Z箍缩聚变裂变混合堆(Z-FFR)概念”聚变功率大幅降低且中子更加富裕,有望综合解决多项关键科学问题和工程挑战;

瀚海聚能HHMAX-901主机建设完成暨等离子体点亮仪式于2025年7月成功举行，实现了国内首台商业化直线型场反位形聚变装置的等离子体点亮，标志着我国在可控核聚变商业化探索上,尤其是直线型场反位形技术路线的商业化应用上，取得了重大突破。

1.4托卡马克装置产业链全景概览

当前磁约束聚变的主流装置--托卡马克,涵盖的部件数量繁多、精度要求极高因此涉及到的产业链环节众多。目前ITER是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，ITER组织官网于2025年4月30日宣布，其已完成全球最大、最强的脉冲超导电磁体系统的所有组件制造，这是聚变能源领域的一项里程碑式成就。以ITER为例，装置的等离子体半径达6.2米，可容纳的等离子体体积为840立方米，整体装置重量达 23.000 吨。根据ITER 项目官网，ITER 装置的部件数量估计超100万个，其中核心部件主要包括超导磁体、真空室、包层、偏滤器、低温恒温器以及其他辅助系统。拆分成本来看，ITER装置中各部分的成本占比分别为:超导磁体系统占比 28%，堆内构件(包含包层系统)17%，建筑14%，真空室(包含偏器)8%，电源系统 8%，加热与热管理系统7%，仪表和控制系统6%，低温及冷却系统5%，其他辅助系统 7%。

在托卡马克核心部件中，每类部件的工况和应用需求之别带来了相关构成材料的需求差异，因此我们可以向各个部件的上游延伸来探究其对应的材料应用需求:

1)超导磁体系统主要包括环向场线圈(TFC)、极向场线圈(PFC)、校正线圈(CC以及中心螺线管(CS)。超导磁体作为产生强磁场的核心部件，主要由超导带材或线材绕制而成:上游材料包括高温超导带材(钇钡铜氧YBCO、稀土钡铜氧REBCO带材、铋系BSCCO)和低温超导线材(NbTi、NbsSn线材)

2）包层系统直接面向高温等离子体,在托卡马克中起到限制聚变等离子体、屏蔽高热负荷，从而保护外围设备和部件免受热辐射损伤的作用。整个包层系统采用模块化设计,每个模块由第一壁面板、屏蔽模块以及柔性支撑等组成。其中第一壁板由钨材料、中间热沉铬锆铜(CuCrZr)合金材料和支撑背板 316L(N)不锈钢三种材料构成;屏蔽块起到屏蔽中子的作用,其主要由316L(N)不锈钢材料经锻造、焊接、钻孔等工艺处理后成型所得。值得注意的是，包层模块在面对聚变反应产生的高温和高能中子侵害下,材料会受到一定程度的损耗,因此包层模块具备耗材属性。此外,在后期阶段,一些包层模块预计将被替换为专门的模块,以测试“氚增殖”概念。

偏滤器靶板经受着高能粒子流辐照和高热负荷冲击，同时承担着磁约束聚变装置最主要的排热和杂质偏滤功能，目前偏滤器靶材的候选材料包括钨基材料、金属铍、碳基材料(包括石墨、碳纤维增强复合材料CFC)等;

真空室是核聚变反应的第一道安全屏障，一般采用超低碳不锈钢材料,其通过抽真空技术,为等离子体提供近乎无杂质的环境,以防止空气分子与上亿度高温的等离子体发生碰撞，避免能量散逸和材料污染;

低温恒温器是托卡马克装置的“低温心脏”，一般采用不锈钢材料，它与真空室共同形成双层真空结构(内层为等离子体运行区，外层为隔热层)。由于超导磁体的工作温度需维持在临界温度之下,为了最小化真空室和超导线圈之间的热传递,整个托卡马克被封装在巨大的低温恒温器中，所以低温恒温器的稳定性直接决定了超导磁体的工况及聚变反应的持续性。

根据 FIA 统计,22家参与调查的磁约束聚变企业给出了他们认为在托卡马克装置中较为关键的部件(表格中的数字为投票的企业数),可以看出高温超导、第一壁材料、低温系统、热交换器、真空室等一系列材料和零部件被多数企业视为装置的关键部分且不同总装企业对诸如真空室、电力系统、热交换系统等部件有着较高的定制化需求这也对聚变产业链的定制化和柔性供应能力提出了较高的要求。同时，FIA也向聚变企业统计了他们对各类材料/部件当下及未来紧缺性的看法,虽然当前产业链中的多数企业能满足聚变实验堆阶段的供应，但下游总装企业对氘和氚燃料、燃料循环系统、第一壁材料、特种金属等环节的未来批量化供应仍有隐忧。

我们认为，从产业发展角度来看，核聚变链主企业的招标建设将带动上游材料及中游加工企业共享行业初期高增长的红利，在此阶段中行业卖铲人将率先受益中上游环节也因此具备较高的需求增量确定性。未来可控核聚变行业的进展情况需关注:项目投融资进展、装置路线竞争情况、装置中结构及材料的升级迭代、装置的稳态运行时长和输出Q值的大小、聚变堆商业化落地进程等等。可控核聚变装置的可性是行业未来发展的核心，由于当前托卡马克装置具备较为成熟的技术路径和较高的资本投入，本文将聚焦于托卡马克装置中的关键部件及其材料应用趋势，并在以下章节中作出进一步拆分解析和展望。

聚变堆建设撬动万亿蓝海市场

可控核聚变作为新兴战略产业，目前技术路线处于百花齐放的阶段，产业整体仍处于走向成熟的过程之中，即便单论托卡马克装置路线，其在多类材料的选择和参数要求方面仍存在更新迭代的趋势，包括各类部件当前的加工技术也并不一定具备唯性，未来新材料和新技术的发展都有可能颠覆行业发展现况，因此我们需要以辩证的思维去观察行业中各个分支模块的发展趋势。

核聚变反应堆市场具备万亿级别的市场容量，而托卡马克则是目前获投融资体量最大的技术路线，因此也是本文讨论的重点。近年来国内外托卡马克装置的建设提速无疑会牵引上游新材料和相关部件的应用需求，自下而上助推了各个细分环节的产业化发展进程，为诸多企业带来了聚变相关业务从0到1的增长机遇。我们认为目前托卡马克装置上游材料端的核心关注点主要包括具备高磁场强度的高温超导材料及磁体、后期包层模块将使用的氚增值材料、偏滤器组成材料等;中游部件加工生产环节核心关注点包括但不限于第一壁板的加工、涉氚部件的制造、偏滤器的制造、真空室的生产等。

2.1高温超导有望迎来增量拐点

超导磁体(Superconducting Magnet)是一种利用超导体在低温状态下电阻为0的特性，而实现无损耗磁通传输的装置。托卡马克装置中的超导磁体主要利用强磁场位型约束高温等离子体，使其达到并维持聚变反应的点火或自持燃烧条件。由于核聚变反应中上亿摄氏度的高温无法被地球上任何材料所容纳，可以说实现可自持的核聚变反应离不开超导磁体，因此它也是整体装置中最为核心的部件。托卡马克装置用超导磁体产业链主要涵盖了上游高温超导带材(YBCO、BSCCO带材)及低温超导线材(NbTi、NbsSn线材)的生产、中游超导磁体绕制和磁体系统生产以及下游托卡马克装置应用三大环节。

Tc>40K的超导材料为高温超导材料，具备实用价值的主要包括铋系(例如Bi-Sr-Ca-Cu-0，BSCCO,Tc=110K)、钇系(例如 Y-Ba-Cu-0，YBCO, Tc=92K)MgBz超导材料(Tc=40K)、铁基超导材料等。高温超导材料对于工作环境要求较低，一般可在液氮温度(约77K)下工作。高温超导材料能够提供更高场强的稳定磁场，进一步打开了下游高场应用领域，产业化前景更加广泛。铋系和钇系高温超导材料分别为第一代、第二代高温超导，两者均属于氧化物陶瓷。由于高温超导材料发展起步较晚，在制造工艺上须克服加工脆性、氧含量的精确控制及与基体反应等问题,规模化生产未能充分显现,因此产品价格较低温超导材料更高。

核聚变功率与磁场强度的四次方成正比，高温超导的高磁场强度为核聚变反应提供了更高的功率上限。根据孙有文等人的《磁约束燃烧等离子体物理的现状与展望》聚变堆中氘氚聚变反应功率计算式为PusB2B+V，聚变功率Pus与等离子体比压Br的平方成正比，与磁场强度B的四次方成正比，与腔体体积V成正比。由此可见，超导磁体的磁场强度Br对核聚变功率的影响举足轻重,更高的磁场强度能指数级提升核聚变功率的大小。通过下图我们可以看到，NbTi和NbSn低温超导的磁场强度在温度接近 0K时可分别达到14.5T和30T左右的极值，而YBCO、BSCCO等高温超导在同样的温度下则具备更高的磁场强度，因此采用高温超导有望为核聚变装置的功率输出提供更高的上限。由于高温超导磁体能帮助聚变堆降低运行成本和提高系统效率，目前已有越来越多的企业开始采用全高温超导托卡马克装置方案，预计未来在大型核聚变装置中高温超导路线也会更受青睐。

可控核聚变对高温超导带材的需求增量推动了头部企业资本开支和产能建设。当前我国高温超导市场的主要参与者包括上海超导、东部超导(永鼎股份子公司)、上创超导、深创超导、英纳超导(百利电气子公司)等，除了英纳超导专注于第一代高温超导带材(BSCCO)外，其余企业均专注于第二代高温超导带材(YBCO/REBCO)的生产。国内上海超导、东部超导等企业已具备YBCO带材的小批量供应能力。从各企业现有产能及未来扩产规划来看:

上海超导是国际上唯二已经实现批量年产千公里级以上(12mm宽)第二代高温超导带材的生产商之一(另一家为日本FF])。根据公司已具备1333公里的12mm带宽第二代高温超导带材年产能，公司第二代高温超导带材在国内市场占有率已超 80%，2022-2024年连续三年排名第一。由于下游可控核聚变、高温超导电缆等领域的需求增长较快，公司现有产能已无法满足国内和国际市场需求，故宣布拟建设“上海超导二代高温超导带材生产及总部基地项目”，主要从事第二代高温超导带材的生产，设计年产能15,000公里。项目计划投资额为25亿元，力争在18个月内实现新建项目的第一根带材出货，并在3年内达到1.5万公里的年产能，实现50亿元的产值。本项目不仅服务于全球核聚变领域，还将拓展至电力需求等场景，满足多领域对高温超导带材的需求;

东部超导目前具备千公里级的第二代高温超导带材年产能，为永鼎股份控股子公司。2025年3月，东部超导拟增资扩股并引入外部投资者，嘉兴晋财合盛拟以现金人民币1,000万元认购东部超导新增注册资本100万元，其余900万元计入东部超导资本公积;自然人安惊川拟以现金人民币2,000万元认购东部超导新增注册资本200万元，其余1,800万元计入东部超导资本公积。公司就本次增资事项放弃优先认购权。本次增资完成后，永鼎股份直接持有东部超导的股权比例从64.00%下降至60.95%。目前增资已完成，本次引入外部投资者，推测原因主要系东部超导为带材扩产项目增强资金储备。高温超导带材扩产的核心原因主要是得益于下游可控核聚变、磁感应加热、磁拉单品炉、超导电缆等领域的需求增长显著，公司现有产能已无法满足下游需求增长。

2.2包层模块对材料服役提出高要求

包层系统(Blanket)的主要功能是吸收来自等离子体和中性束注入的辐射和粒子热通量、为真空室和外部容器组件提供热屏蔽等，是聚变堆建造所需的核心部件之一。聚变堆的包层被连接固定于真空室中，真空室处于低温恒温器的内部，是一个密封的环形不锈钢容器。

每个包层模块由内而外可以细分为第一壁(FirstWall)、氚增殖区(BreederUnit)和屏蔽块(Shield Module)等，各部分的服役环境及主要用途如下:

第一璧为包层中直接面对高温等离子的结构，氘氚聚变反应产生的高能中子、氘氚氦等高能粒子以及电磁辐射等会直接轰击第一壁，使得第一壁承受很高的热负荷、电磁负荷等;

氚增殖区当中设置氚增殖材料，氚增殖区在聚变反应中会受到高能中子和伽马射线等的辐照，从而产生大量的核热，将这部分热量引出反应堆，便可以与汽轮机相连，实现发电;

屏蔽层将未参与反应的高能中子和伽马射线等有害辐射与外界隔绝，保护包层以外的线圈等其他结构。

根据国光电气公告，公司已参与最新的钨第一壁研制并进入样件生产阶段，目前生产的ITER第一壁板由三种材料构成，分别是面向等离子体的钨材料(原先为铍)、中间过渡层热沉铬锆铜(CuZrCr)合金以及后面支撑背板的不锈钢材料(316L(N)不锈钢)。该组合综合考虑了第一壁材料与聚变等离子体的相容性、导热性能和结构强度等。为实现良好的热传导以消耗热负荷，三种材料之间需冶金结合，主要连接工艺为热等静压(HIP)，这也是第一壁板制造的核心技术。当未来聚变堆进入常态化运营后，为防止嬗变元素带来的影响，第一壁板需根据服役时间长短而进行定期更换，以确保包层系统和整机装置的平稳运行，第一壁板也因此具备耗材属性。

我国于 2004年开始ITER第一壁设计研发工作，2010年我国第一壁材料连接技术通过ITER组织认证，国产高纯度铍于年底通过ITER组织认证，结束了我国无高纯度铍的历史，2014年7月完成小模块制作技术的优化，技术优化后所制小模块在高热负荷测试中经受住了16.000次热疲劳试验，高于ITER第一壁的设计寿命(15,000次)，标志着我国在规模化制作ITER第一壁技术上又迈进了一大步，并为我国自主建造聚变堆提供了坚实的技术储备。2016年11月，中国国际核聚变能源计划执行中心主任罗德隆代表中方与ITER组织总干事伯纳德·比戈(Bernard Bigot)在ITER组织总部法国签署了《ITER计划中方增强热负荷型第一壁采购安排协议》。2022年11月，由贵州航天新力与核工业西南物理研究院共同研发制造的ITER增强热负荷第一壁在遵义完成首件制造并通过验收，后续批量生产交付后，将运往位于法国卡达拉舍的国际聚变能组织总部。这表明我国已经率先在国际上掌握了聚变堆核心部件的工程制造技术，也为未来中国的聚变堆建设打下坚实的工程技术基础。

实现“氚自持”是未来聚变堆所面临的关键难题，也是聚变堆能否实现商业化的核心。2025年3月底,核工业西南物理研究院推动了我国产氚包层功能材料核心关键技术取得突破性进展，由西物院牵头承担的“产氚包层氚增殖剂与中子倍增剂工程化认证”任务，成功通过由中国工程院彭先觉院士、汪华林院士，以及七位业内专家组成的专家组验收。这一成果标志着我国全面突破产氚包层功能材料核心关键技术，实现了产氚功能材料工程化生产。氚增殖剂正硅酸锂小球与中子倍增剂铍小球的生产规模及综合性能均达到国际领先水平。

2.3偏滤器材料应用持续迭代中

偏滤器(Divertor)的主要功能包括排出聚变反应产生的等离子体污染和其携带的热量，并保护真空腔体壁面。由于成功的氘氚聚变反应会产生更重的氨离子并且留在燃料中(所谓的“聚变灰烬”)，这些杂质会造成能量损失等一系列影响，使聚变反应难以继续进行，因此需要偏滤器来进行排出步骤。偏滤器的原理与质谱仪相似，重离子在穿过偏滤器区域时通过离心力从燃料中被甩出，被偏滤到单独的靶室内，在此带电粒子轰击靶板，变为中性粒子后被抽走，同时排出杂质携带的热能。偏滤器作为聚变堆的关键组成部分，其作用包括:①排出来自聚变等离子体的能流和粒子流;②有效地屏蔽来自器壁的杂质，减少对芯部等离子体的污染:③排出核聚变反应过程中所产生的氨灰等产物，并提取有用的热量用于发电。

在托卡马克装置的设计中，等离子体截面多为D形，因此D形的上下两缘是较为理想的偏滤器安装位置。以 ITER 为例，其偏滤器是由 54 个重达十吨的“盒式组件构成，其位于聚变装置真空容器的底部，等离子体中的离子和电子会沿着托卡马克的超导磁体产生磁力线移动，而氨灰杂质会被驱赶到真空容器的底部，偏滤器就负责排出核聚变反应产生的热量和灰烬。这些盒式组件在装置使用寿命内至少需要更换一次这就要求在设计时充分考虑到更换的便利性和安全性，以确保整个偏滤器系统能够长期稳定运行。

偏滤器和第一壁同属于与高温等离子体及固体材料直接接触的过渡区域:一面是温度高达上亿摄氏度的等离子体，另一面是装置的固体材料。为了及时有效地转移出沉积在面向等离子体材料表面上的热负荷，保证聚变堆的安全运行和使用寿命，偏滤器的设计和制造都起到了至关重要的作用。偏滤器部件的设计和制造技术在很大程度上决定了其物理结构能否维持其功能的正常运作，科研人员一般会根据聚变装置的需求来设计偏滤器的等离子体位型和结构，所以这也导致了偏滤器在聚变堆中的安装步骤往往处于偏后的环节，在装置招标环节中往往也会相对靠后。

由于偏滤器直面高温等离子体，是高能逃逸离子沉淀能量的主要区域，其表面热负荷比第一壁表面平均值高一个量级以上，服役环境十分苛刻，因此对材料具有严苛的要求。聚变堆中面向高温等离子体的材料往往需要具备以下性能要求:良好的导热性、抗热震性和高熔点;②材料受到等离子体强烈辐照等物理和化学冲蚀所产生的杂质数量尽可能低，以保证聚变堆长期运行;③具有较低的氢(、)吸附性，以保证氢(、氚)的再循环应用;④具备低放射性。综合而言，偏器须采用高热流密度材料，常用的高热流密度材料包括铜合金、钨基材料、金属铍、钼合金、铌合金以及碳基材料(包括石墨、碳纤维增强复合材料CFC)等。

钨基材料是当前偏滤器主体的主流材料。偏滤器面向等离子体的材料所面对的工况与第一壁板相似，所以钨基合金是较为理想的材料选择。根据中国钢研集团官网，EAST偏滤器最初采用了石墨或钨单体材料，但只能在低功率试验条件下维持数秒无法满足高功率长脉冲的工程使用要求，钨铜复合组件成为了理想的候选方案，随后采用了安泰科技全资子公司安泰天龙自主研制的钨铜偏滤器。其他项目中，ITER已经确定纯钨作为偏滤器材料，德国的 ASDEX-Upgrade(AUG)和欧盟的 JET 装置也实现了全钨壁或钨偏滤器的运行。法国的 WEST 装置目前已经完成了 ITER-like 下钨偏滤器面对等离子体单元的测试与实验;下一步将完成全 W/Cumonoblock结构升级,主要测试具有ITER类似的热负载及长脉冲等离子体放电条件下的W/Cumonoblock工作状况，以支持 ITER 钨壁的战略目标。

热沉材料的性能决定了偏滤器能否承受高热负荷及中子辐照，当前经验表明铜合金是最优解。偏滤器热沉材料主要应用于承受高热负荷的关键部位，其不仅要承受周期性高热负荷造成的损伤，同时还要承受高剂量的中子辐照损伤，因此材料本身需保持良好的热导率和足够的力学性能。根据彭吴警亮等人的《核聚变堆偏滤器热沉材料研究现状及展望》，铜合金以高热导率、较高的强度、较好的热稳定性和抗中子辐照性能被认为是聚变堆偏滤器用热沉材料的首要候选材料，也可能是水冷偏滤器热沉材料的唯一候选材料。从现有候选热沉材料看，铬锆铜合金(CuCrZr)有希望用于未来聚变堆偏滤器中，尽管其高温性能仍不够理想。所以未来偏滤器热沉材料的重点工作将包括新型铜基材料的研制、结构的设计与优化、材料的中子辐照性能测试、高热负荷测试和新型铜基材料的工业化批量生产。

2.4真空室高精度加工具备高壁垒

真空室(Vacuum Vessel)是为等离子体提供稳态运行环境的场所，是离堆芯最近的大环体真空密封部件，它不仅要承受自身和内部构件的重力，还会受到多种复杂电磁力的作用,所以其结构稳定性和使用功能安全性对聚变堆运行尤为重要。真空室在聚变系统中具有的核心功能包括:①为等离子体提供稳态运行环境:通过维持内部超高真空度(通常达 10-5~10-’Pa量级)，有效隔绝大气组分干扰，为氘氚核聚变反应创造洁净的反应界面;②安全屏障:真空室作为离堆芯最近的大环体真空密封部件它不仅要承受自身和内部构件的重力，还会受到多种复杂电磁力的作用，其结构稳定性和使用功能安全性对聚变堆运行尤为重要。此外，真空室作为等离子体主要约束屏障的同时，也为包层和偏滤器等内部件提供支撑。

ITER真空室由9个40的双层真空室扇区结构拼接而成，其对制造精度要求极ITE高。的真空室为双层 316L(N)不锈钢结构(ITERGrade)，形状为中空的“D”字环形结构。根据合锻智能公告，由于运输限制以及为实现模块化制造，ITER真空室被均分为9个尺寸一样的扇形单元(Sectors)，每个扇形的跨度为40°，各扇区制造完成后运输至ITER总装现场装配成360环型一体结构，每一个区的总高和总宽尺寸公差要求控制在士20mm以内。1/9真空室扇区设计包含184个外壳和长达160m的加强筋板，外壳分割多达60块，材料利用率仅30%，焊缝总长达1000m，平均焊缝密度10m/m’,远超普通真空容器。聚变装置的结构紧凑性要求真空室(运行温度~100℃℃)、冷屏(~193℃℃)与磁体(~-269°C)之间的设计间距必须控制在 50mm 以内。然而，在热胀冷缩效应的影响下，这三者之间的微小间隙可能会面临碰撞风险因此对制造精度提出了极高要求。由于高密度焊缝与紧凑结构并存的特点，真空室的设计制造面临着设计风险系数高、成型精度低、焊接变形大、无损检测作业空间受限、磁导率控制难等巨大挑战。

合锻智能自2021年开始参与聚变堆真空室制造工艺开发及预研工作，已在聚变堆真空室、重力支撑等核心部件制造领域取得突破性进展。公司已组织开展50余项涉及真空室成型、加工、焊接、无损、测量等领域试验工作，主要取得的突破性进展包括:①成型方面,通过冷模压成型工艺,解决了双曲厚板成型精度控制、反弹量大、成型过程中形变引起相变导致铁素体增加等问题;②焊接方面，厚壁奥氏体不锈钢电子束焊接取得突破性进展，对真空室焊接工艺及焊接变形控制做出重大突破;③无损检测领域，开发了粗晶焊缝阵列超声等先进无损检测工艺，设计自动化扫查设备，开展了一系列无损检测工艺验证;④测量方面，引进国内先进三维扫描设备，对焊接过程控制做出指导性意见。公司依托聚变堆真空室项目，为满足复杂三维零件下料及坡口加工，引进五轴水刀切割机床，并采购国内先进三维扫描仪，进一步提升复杂曲面精度测量能力。国内市场布局方面，公司深度参与合肥BEST项目，已在成型、焊接及检测工艺取得阶段性成果;同时公司积极拓展核聚变相关领域研究，承担科技部重点研发计划“聚变堆真空室精准成型及高性能焊接关键技术研究”项目。

上海电气在聚变堆真空室制造领域也同样具备先发优势，已成功完成能量奇点洪荒 70 装置、新奥 EXL-50U 真空室的交付。上海电气自 2022年以来，先后承接了上海能量奇点及河北新奥的核聚变试验项目，积累了大量制造经验。上海电气作为核心供应商之一的全球首台全高温超导托卡马克装置--洪荒 70，于 2023 年年底建成运行并实现等离子体放电，顺利完成工程可行性验证，标志着我国在高温超导磁约束聚变领域取得先发优势，公司承担了该装置主机系统的三大核心部件外真空杜瓦、真空室以及内外冷屏的制造工作，为装置的成功运行提供有力保障。2023年10月，上海电气完成了河北新奥BXL-紧凑型聚变装置真空室的正式交付,标志着EXL-50U聚变装置开始系统总装。目前，上海电气在聚变发电领域已经取得可观的成绩，并将以更大的热情投身这场能源变革的时代洪流之中。

编辑：火腿肠