深度 | 一天吃透【可控核聚变】关键材料，附核心龙头

01 产业链全景图

02 托卡马克拆解

托卡马克是当前主流的核聚变设备，本质就是个环形 “磁隔离罩”——靠环形磁性结构把高温等离子体和容器壁彻底隔开，就像给核聚变反应打造了一个独立的 “封闭实验室”，让反应能在专属空间里发生。

以最完整的 ITER 装置为例，托卡马克的核心是磁体系统、真空室、包层模块等关键部件，再搭配真空、低温、电源诊断等支持系统，整套设备就像一台精密机器：核心部件是 “骨架”，支持系统是 “神经脉络”，缺一不可。

成本方面，磁体系统是绝对的 “花钱大头”——它由铌锡、铌钛超导线圈组成，相当于设备的 “能量控制中枢”。其中低温超导托卡马克的磁体系统占比约 28%，高温超导型的占比更高，能达到 50%，就像不同规格的建筑，核心承重结构的造价占比差异明显。

02-1、托卡马克关键材料

材料创新是可控核聚变产业化的核心瓶颈，也是突破关键。核聚变装置的极端环境（上亿度等离子体、强中子辐照），相当于让零件在 “炼狱级考场” 里闯关，材料性能被推到极限，成了工程化的头号难题。

关键部件得靠特定材料 “撑场”：第一壁用合金、铍涂层扛高热流；超导磁体靠 316L 不锈钢、Inconel718 高温合金稳结构；氚增殖包层靠低活化钢、钛酸锂陶瓷转燃料循环。但这些材料普遍卡壳：性能验证像 “超长试用期”（辐照实验需数年），规模化成本高，长效可靠性数据不足。

目前材料体系正从四个方向破局：表面与结构创新、超导材料优化 、材料改性、新材料探索

以托卡马克关键部件以及材料为例：

03 关键材料--超导材料

03-1、超导材料

超导材料是可控核聚变装置磁场系统的 “动力核心”，其性能直接决定装置的等离子体约束能力与能量效率。托卡马克需靠高强度、高稳定的磁场 “困住” 高温等离子体，超导磁体正是这层 “约束网” 的关键组件。

当前主流超导材料分低温（如 NbTi、Nb3Sn）与高温（如 REBCO）两类，如同不同规格的 “功能元件”，在磁场强度、制冷成本、材料性能上差异显著。

03-2、发展最新现状

低温超导是核聚变磁体的 “老牌成熟选手”，NbTi、Nb3Sn 已广泛应用 ——ITER 磁体系统就以 Nb3Sn 为主。但它需在 4.2K 液氦环境运行，制冷系统如同 “沉重的冷却包袱”，成本高昂；且磁场上限低，难适配未来紧凑型装置的高磁场需求，适用性正被高温超导逐步替代。2024 年 6 月能量奇点 “洪荒 70” 实现等离子体放电，成为全球首台全高温超导托卡马克，标志其商业化应用迈出关键步。

高温超导是磁体系统的 “潜力新星”，REBCO 这类材料兼具高磁场、低制冷成本、小体积，是未来理想选择。国内企业已加速布局：联创超导研制 REBCO 集束缆线的 D 型磁体，2024 年 4 月完成低温测试，稳态电流超 1.5kA；上海超导的二代高温超导带材已用于核聚变磁体等领域，2025 年 6 月科创板 IPO 获受理，计划募资 12 亿元扩产，2025 年底产能将达 4000 公里 / 年。但它制备工艺如同 “精密细作的高端工序”，成本偏高，仍需突破以实现大规模应用。

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03-3、市场规模

全球超导市场正处 “加速赛道”，第二代高温超导是赛道里的冲劲选手，市场份额将快速扩容。2027 年全球超导产品市场规模达 192 亿欧元，2022-2027 年复合增速 23%，行业节奏明显提速。

第二代高温超导尚处产业化初期，后续随应用渗透率提升 + 核聚变装置等下游需求爆发，市场将迎来 “翻倍级扩容”，预计 2030 年其占全球超导行业 25% 份额，潜力显著。

成本端，国内托卡马克高性价比：低温超导磁体占比 20%（海外 28%）、真空室 14%（海外 8%），优势显著 ——1 个 ITER 预算可造 2 个 CFETR。成本构成上，CFETR 的 “花钱主力” 是磁体环向场线圈、真空室隔热层，包层、偏滤器占比低，辅助系统费用集中在射频加热；能量奇点成本与 SPARC 相当，堆芯环向场磁体及结构占比最高，辅助系统核心支出为低温水冷、真空系统。

03-4、核心公司：永鼎股份（高温超导）

在高温超导产业化加速期，公司扩产研发布局磁约束核聚变等领域，超导业务进入新阶段。

东部超导（永鼎子公司）主营二代高温超导带材及应用产品，是 “洪荒 70” 全高温超导托卡马克的超导 “独家供血方”，深度绑定中核集团、核工业西南物理研究院等客户，应用覆盖能源、电力等多领域。

其采用国内独有的 IBAD+MOCVD 技术路线，搭配稀土替代与掺杂技术，性能如同超导材料的 “强化核心”：临界电流密度达 800A/mm²，磁通钉扎强度是国际标准 3 倍，性能优势显著。

公司通过扩产、升级设备、优化工艺，结合应用端反馈形成技术闭环加速产品迭代，目前产品已落地超导感应加热、可控核聚变磁体等领域，与中科院、能量奇点等机构密切合作。2024 年核聚变订单占超导营收 80%，2025 年产能提至 1000 公里，覆盖 ITER 二期需求，国产化率超 90%。

03-5、核心公司：西部超导（低温超导）

公司低温和高温超导技术一直领先行业。近年来发展迅速：

2024 年：公司成核聚变核心供方—— 完成 CRAFT 线材交付、BEST 批量供货，Nb3Sn/MgB2 线材性能突破；300mm 单晶硅超导磁体年交付超百台，15T 无液氦磁体落地，加速器核心部件批量应用。

2025H1：超导产能释放、市占率提升；攻克 Bi 系线材技术，实现千米级批产（产能 2000 千米 / 年）；拿下 DCT 超导四极铁出口订单；MCZ 磁体升级获增订，2.5T 大口径磁体发货拓线。

04 关键材料--第一壁材料

04-1、第一壁关键材料

核聚变装置工程化的核心卡壳点是材料性能：早期碳基材料像 “临时凑数的零件”，虽抗热震，但熔点低、氚滞留多，撑不住长脉冲运行；当前首选的钨基材料是 “高熔点选手”（约 3400℃），却会因中子辐照脆化开裂、高温抗氧化弱、抗热疲劳差，凸显新一代材料的刚需。

装置材料需扛住上亿度热负荷、强中子辐照：第一壁 / 偏滤器要承＞20MW/m² 稳态热流（是航天器再入热流的 100 倍），安泰科技用钨铜梯度结构将其耐热性提至≥25MW/m²、热应力降 40%，但中子辐照让脆变温度超 300℃，材料寿命仅数百小时。

最新进展，材料体系正补短板：铍涂层能降杂质、提氚效率，虽有毒遇水易反应，东方钽业已通过 ITER 认证；偏滤器热沉用高性能铜铬锆合金，斯瑞新材产品通过 CFETR 验证，性能足以替代欧洲同类产品。

04-2、核心公司：安泰科技

公司2024四大业务构成核心板块：特种粉末冶金材料及制品（39.11%）、先进功能材料及器件（37.01%）、高品质特钢及焊接材料（21.80%）、环保与高端科技服务业（2.09%）。

控股子公司安泰中科是全球核聚变装置的 “关键部件服务商”，其难熔钨钼、镍基高温合金带材等产品配套 “华龙一号” 等核电技术，搭建起钨铜偏滤器、第一壁等全系列涉钨产品矩阵，已供货法国 WEST 装置、ITER 项目，同时与国内 EAST、能量奇点等开展技术合作。

2025H1 核聚变产业商业化提速，安泰中科深耕偏滤器、第一壁包层技术，上半年中标 EAST、CRAFT 相关合同，总额近 4000 万元；主导 2 项行业标准制定，参与的 EAST 相关技术获安徽省科技进步特等奖，凸显行业技术引领地位。

05 关键部件--真空系统

05-1、真空室介绍

真空室是等离子体的 “专属密闭舱”，是离堆芯最近的环形真空密封部件，既要承载自身及内部构件重量，又要抵御复杂电磁力，其结构稳定性与功能安全性直接决定聚变堆运行成败。

它的核心作用有二：一是打造 “洁净反应场”——维持 10⁻⁵～10⁻⁷帕级超高真空，隔绝大气成分，为氘氚聚变提供纯净环境；二是充当 “安全屏障 + 支撑骨架”——既承重力、抗电磁力，又为包层、偏滤器等内部部件提供安装支撑。

ITER 真空室由 9 个高精度不锈钢扇形件拼成 “D” 形环，如同拼装高精度巨型积木：模块化运输要求高、焊缝密集，且与冷屏、磁体间距极小（热胀冷缩易碰撞），设计制造难度拉满。

05-2、核心公司：合锻智能

国内高端机床龙头合锻智能通过战略布局打造 “装备 + 核聚变” 生态，成为国内稀缺的核聚变装备供应商，核聚变业务已升级为第二增长曲线核心支撑：

凭借锻压工艺 “技术积淀底盘”，公司2021 年启动战略转型，从传统液压机厂商切入核聚变装备领域，手握国内少数具备核聚变核心部件制造的 “入场券”。

2024 年中标聚变新能 “BEST 真空室” 项目，2.09 亿元合同标志着工程化突破；通过与中科大核科学技术学院共建联合实验室，攻克材料疲劳、高精度加工等卡脖子问题，累计申请发明专利 18 项；与李政道研究所合作共建尖端制造实验室，进一步夯实精密加工与探测技术储备。未来在政策红利与市场需求双重驱动下，有望实现跨越式发展。

06 其他关键材料--抗辐射材料

06-1、抗辐射介绍

ODS 钢（氧化物弥散强化钢）是核聚变抗辐射结构材料的 “核心选手”，凭借优异抗辐照性能与高温强度，成为研发重点。以 EUROFER97-ODS 为例，通过机械合金化引入纳米氧化钇颗粒，像给钢材加了层 “抗辐照防护盾”，显著提升硬度与高温稳定性 ——50℃以上力学性能优于传统钢材，压下率 50% 时硬度从 200HV 升至 280HV，中子辐照下韧脆转变温度（DBTT）升高幅度低，应用可行性突出。

目前该材料已用于 ITER 实验包层、DEMO 反应堆第一壁等关键部位，为制造业提供明确技术路径与市场机会。

06-2、核心公司：国光电气

宝武集团在 ODS 钢机械合金化、热加工工艺上实现突破，完成多批次试样制备，性能接近国际先进水平；钢研高纳聚焦核聚变用 ODS 钢产业化，开展规模化生产技术攻关，产品已进入实验室验证阶段；中科院金属所联合企业开发出适用于聚变堆的低活化 ODS 钢，为国内聚变装置材料国产化提供支撑。

最后，整理国内公司参与情况如下：

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