01 產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

02 概念解析

通俗來(lái)講，核聚變就像 “原子版積木拼接”，是兩個(gè)較輕原子核結(jié)合成一個(gè)較重原子核、同時(shí)釋放巨大能量的核反應(yīng)；而可控核聚變則是通過(guò)人工干預(yù)，給這個(gè) “拼接過(guò)程” 加了 “智能操作臺(tái)”，讓反應(yīng)在受控條件下持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行并釋放能量，核心目標(biāo)就是把太陽(yáng)內(nèi)部的聚變機(jī)制，轉(zhuǎn)化為人類能利用的可控能源。

核聚變是優(yōu)點(diǎn)突出的人類理想終極能源，但實(shí)現(xiàn)商業(yè)化仍面臨讓氫原子核乖乖 “撞” 在一起、讓能量穩(wěn)定輸出、攻克耐高溫設(shè)備材料等不少挑戰(zhàn)：

03 托卡馬克拆解

托卡馬克是當(dāng)前傳統(tǒng)主流設(shè)備，它像個(gè) “環(huán)形磁籠子”—— 用特殊的環(huán)形磁性結(jié)構(gòu)把等離子體和容器壁隔離開(kāi)，專門(mén)為核聚變反應(yīng)創(chuàng)造封閉空間。拿最完整的 ITER 舉例，托卡馬克的主要部件包括磁體系統(tǒng)、真空室、包層模塊、偏濾器、真空杜瓦，還得靠真空系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、氚增值系統(tǒng)、電源診斷系統(tǒng)等支持系統(tǒng)才能運(yùn)轉(zhuǎn)。其成本構(gòu)成如下：

在托卡馬克的成本里，磁體系統(tǒng)占比最高，它主要由鈮錫和鈮鈦超導(dǎo)線圈構(gòu)成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)控制；其中低溫超導(dǎo)托卡馬克的磁體系統(tǒng)占比約 28%，高溫超導(dǎo)托卡馬克的磁體系統(tǒng)占比更高，約為 50%。

04 核心受益環(huán)節(jié)--超導(dǎo)磁體

04-1、超導(dǎo)磁體介紹

超導(dǎo)磁體像 “零損耗的超強(qiáng)磁鐵”，低溫下沒(méi)電阻，能高效傳磁場(chǎng)。托卡馬克里得靠它用強(qiáng)磁場(chǎng)把上億度的等離子體 “困住”（畢竟沒(méi)材料扛得住這溫度），所以是核心部件。它的產(chǎn)業(yè)鏈分三步：上游產(chǎn)高溫、低溫超導(dǎo)材料，中游把材料做成磁體和系統(tǒng)，下游裝到托卡馬克里。

超導(dǎo)材料分低溫、高溫，看臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）來(lái)定，具體的區(qū)分如下所示：

04-2、市場(chǎng)規(guī)模

全球超導(dǎo)產(chǎn)品市場(chǎng)正處在 “加速跑” 階段，第二代高溫超導(dǎo)材料就像賽道里沖得超猛的選手，市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)會(huì)大幅提升。機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到 2027 年全球超導(dǎo)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模能漲到 192 億歐元，2022 到 2027 年每年復(fù)合增長(zhǎng)率能達(dá) 23%，行業(yè)發(fā)展節(jié)奏明顯加快。

不過(guò)現(xiàn)在第二代高溫超導(dǎo)還在 “剛起步” 的產(chǎn)業(yè)化初期，未來(lái)隨著它的應(yīng)用越來(lái)越廣（應(yīng)用滲透率提升），再加上下游核聚變裝置這類需求猛漲，會(huì)給市場(chǎng)帶來(lái) “翻倍式” 的空間，預(yù)計(jì)到 2030 年，高溫超導(dǎo)材料能占到全球超導(dǎo)行業(yè) 25% 的市場(chǎng)份額，潛力特別大。

基于低溫和高溫超導(dǎo)建造的托卡馬克裝置的成本拆分如下，國(guó)內(nèi)托卡馬克成本比海外低，低溫超導(dǎo)磁體國(guó)內(nèi)占比 20%（海外 28%），真空室國(guó)內(nèi) 14%（海外 8%）。成本優(yōu)勢(shì)明顯，1 個(gè) ITER 的錢(qián)能建 2 個(gè) CFETR。CFETR 里，磁體系統(tǒng)環(huán)向場(chǎng)線圈、真空室隔熱層成本最高，包層、偏濾器成本低，輔助系統(tǒng)主要花在射頻加熱上；能量奇點(diǎn)成本和 SPARC 類似，堆芯環(huán)向場(chǎng)磁體及結(jié)構(gòu)占比最高，輔助系統(tǒng)里低溫水冷、真空系統(tǒng)占比靠前。

04-3、核心公司：西部超導(dǎo)

公司低溫和高溫超導(dǎo)技術(shù)一直領(lǐng)先行業(yè)。2003 年成立后就專研超導(dǎo)線材，先搞出 ITER 用的超導(dǎo)線，又開(kāi)發(fā)高端 MRI 專用 NbTi 線，還突破了 NbTi 合金的真空熔煉、鍛造技術(shù)，能批量生產(chǎn)了；高溫超導(dǎo)這邊，把 Bi-2223 和 MgB?的批量制備工藝摸透了，做出百米長(zhǎng)的帶材、線材，還有各種 MgB?線材。應(yīng)用上，國(guó)內(nèi)核聚變 CRAFT 項(xiàng)目的超導(dǎo)線已經(jīng)交付，現(xiàn)在也已經(jīng)開(kāi)始給 BEST 聚變項(xiàng)目供貨。

04-4、其他如下：

05 核心受益環(huán)節(jié)--包層模塊

05-1、包層系統(tǒng)介紹

包層系統(tǒng)就像聚變堆里的 “多功能核心組件”，主要負(fù)責(zé)吸收等離子體和中性束的輻射、粒子熱，還能給真空室和外部容器當(dāng) “熱屏障”，是造聚變堆的核心部件之一。包層固定在真空室里，真空室是密封的環(huán)形不銹鋼容器，藏在低溫恒溫器內(nèi)部。

它的主要作用如下：

能量轉(zhuǎn)換：相當(dāng)于 “熱量中轉(zhuǎn)站”，先把高能中子帶的聚變能量轉(zhuǎn)成熱量，再把這些熱量有效提取出來(lái)，用來(lái)發(fā)電；

產(chǎn)氚：好比 “氚的生產(chǎn)車(chē)間”，在包層里用含鋰的氚增殖劑和中子反應(yīng)生成氚，提取后送進(jìn)主真空室里繼續(xù)參與聚變反應(yīng)；

輻照屏蔽：就是 “安全防護(hù)罩”，擋住中子，同時(shí)防止堆里的放射性物質(zhì)泄漏出去。

包層的分類方法有很多，比如按氚增殖劑、冷卻劑、結(jié)構(gòu)材料來(lái)分。其中最常用的是按氚增殖劑的狀態(tài)分，具體能分成固態(tài)氚增殖劑包層和液態(tài)氚增殖劑包層兩種。

每個(gè)包層模塊從內(nèi)到外分三部分，工作場(chǎng)景和用途各有不同：

金屬鎢被認(rèn)為是未來(lái)最適合當(dāng)?shù)谝槐诘牟牧稀?/strong>第一壁得扛住特別苛刻的環(huán)境，需要高熱傳導(dǎo)性、高熔點(diǎn)這些 “本事”。以前用鈹，但鈹熔點(diǎn)低、有毒，還容易被等離子體 “濺走”，只能在低能流場(chǎng)景用，還得頻繁更換。而鎢熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱快、膨脹小、不容易被濺走，維護(hù)起來(lái)比鈹省事多了，更適合長(zhǎng)期使用。雖說(shuō)鎢可能讓輻射變強(qiáng)、雜質(zhì)變多，但通過(guò)電子回旋加熱這類技術(shù)優(yōu)化，這些問(wèn)題能緩解。

05-2、核心公司：國(guó)光電氣

成都國(guó)光電氣是專注微波器件、核工業(yè)設(shè)備及部件研發(fā)制造的高新技術(shù)企業(yè)，產(chǎn)品分微波器件、核工業(yè)設(shè)備及部件、其他民用產(chǎn)品三類。

國(guó)光電氣在核工業(yè)設(shè)備及部件領(lǐng)域的核心產(chǎn)品，主要包括 ITER 項(xiàng)目配套設(shè)備、核工業(yè)專用泵和閥門(mén)等。在 ITER 項(xiàng)目里，它提供的核心設(shè)備有三類：一是偏濾器，相當(dāng)于高溫等離子體和材料直接接觸的 “過(guò)渡緩沖區(qū)”，已裝在 HL-3 等托卡馬克裝置上；二是屏蔽模塊熱氦檢漏設(shè)備，專門(mén)檢測(cè)包層屏蔽模塊的氦氣循環(huán)，還是全球首臺(tái)符合 ITER 標(biāo)準(zhǔn)的包層部件大型真空高溫氦檢漏設(shè)備；三是包層第一壁，能限制聚變等離子體、擋住高熱負(fù)荷，像 “防護(hù)屏障” 保護(hù)外圍設(shè)備不被熱輻射損壞，是 ITER 核心部件，目前公司還參與新鎢第一壁研制，已進(jìn)入樣件生產(chǎn)階段。

06 核心受益環(huán)節(jié)--真空系統(tǒng)

06-1、真空室介紹

真空室就像給等離子體準(zhǔn)備的 “專屬穩(wěn)定小空間”，是離堆芯最近的大環(huán)形狀真空密封部件。它得承受自身和內(nèi)部構(gòu)件的重量，還得扛住各種復(fù)雜電磁力，所以結(jié)構(gòu)穩(wěn)不穩(wěn)、功能安不安全，對(duì)聚變堆運(yùn)行特別關(guān)鍵。

它核心功能有倆：一是給等離子體打造穩(wěn)態(tài)環(huán)境—— 靠維持內(nèi)部超高真空度（通常到 10??～10??帕級(jí)別），把大氣成分徹底隔開(kāi)，給氘氚聚變反應(yīng)造 “干凈反應(yīng)界面”；二是當(dāng) “安全防護(hù)墻”—— 作為離堆芯最近的大環(huán)密封件，既要承重力又要抗電磁力，結(jié)構(gòu)和功能安全對(duì)聚變堆運(yùn)行至關(guān)重要。另外，真空室不光約束等離子體，還能給包層、偏濾器這些內(nèi)部部件當(dāng) “支撐骨架”。

ITER 真空室是 9 個(gè)高精度扇形不銹鋼部件拼成的 “D” 形環(huán)，因模塊化運(yùn)輸、零件多焊縫密，還因與冷屏、磁體間距小（熱脹冷縮易碰撞），設(shè)計(jì)制造難度極大。

06-2、核心公司：合鍛智能

合肥合鍛智能是國(guó)內(nèi)高端機(jī)床和智能分選設(shè)備龍頭，核心業(yè)務(wù)覆蓋多類裝備與新材料，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、軍工等領(lǐng)域；近年深度布局可控核聚變核心部件，董事長(zhǎng)跨任關(guān)聯(lián)公司董事長(zhǎng)，打造 “裝備 + 核聚變” 生態(tài)，成國(guó)內(nèi)稀缺核聚變裝備供應(yīng)商。目前公司設(shè)計(jì)真空室的最新進(jìn)展如下：

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)這塊，公司深度扎進(jìn)合肥 BEST 項(xiàng)目，在成型、焊接還有檢測(cè)工藝上都拿到了階段性進(jìn)展；同時(shí)也在積極拓展核聚變相關(guān)領(lǐng)域的研究，還接下了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃里 “聚變堆真空室精準(zhǔn)成型及高性能焊接關(guān)鍵技術(shù)研究” 這個(gè)項(xiàng)目。

07 核心受益環(huán)節(jié)--偏濾器

偏濾器就像躲在真空室上下方的 “關(guān)鍵打工人”，工作環(huán)境比火星表面還極端 —— 直接撞上億度等離子體的 “熱風(fēng)暴”，還得扛高能粒子的 “狂轟濫炸”。它主要干三件事：一是當(dāng) “下水道”，把等離子體釋放的能量和粒子流趕緊排走，不然裝置容易 “熱到罷工”；二是當(dāng) “過(guò)濾器”，攔住容器壁掉下來(lái)的雜質(zhì)（比如金屬碎屑），別讓它們混進(jìn)等離子體里 “搞破壞”；三是當(dāng) “垃圾處理器”，清理核聚變產(chǎn)生的氦灰（反應(yīng)廢料），還能順便 “薅” 點(diǎn)熱量出來(lái)發(fā)電。

偏濾器主要由面向等離子體的材料和熱沉材料組成，熱沉材料的性能對(duì)聚變堆能不能順利運(yùn)行特別關(guān)鍵。銅和銅合金因?yàn)?“導(dǎo)熱快、韌性好”，成了熱沉材料里的 “首選選手”。比如國(guó)內(nèi)企業(yè)安泰科技給 EAST 裝置做的鎢銅偏濾器，就是 “鎢做的臉 + 銅做的身子”，既耐燒蝕，散熱又快。

偏濾器市場(chǎng)規(guī)模數(shù)據(jù)如下，將在2030及之后的5年達(dá)到巔峰：

偏濾器的服役要求和第一壁差不多，都得直接面對(duì)高溫等離子體，就像一起闖 “火焰山” 似的。所以偏濾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、能扛高熱流的材料應(yīng)用、制造加工技術(shù)這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，少了哪個(gè)都不行。

熱沉材料的性能決定了偏濾器能不能扛住高熱負(fù)荷和中子輻照，銅合金綜合性能好，成了首選材料，現(xiàn)在看鉻鋯銅合金的應(yīng)用空間挺大，上游做特種銅合金材料的供應(yīng)商可以看斯瑞新材。

最后，整理國(guó)內(nèi)公司參與情況如下：

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