可控核聚变专题一：磁体材料更迭驱动托卡马克性能提升
核心观点
- 磁约束是实现可控核聚变工程化的有效路径。可控核聚变约束途径包括磁约束、引力约束和惯性约束，其中磁约束是目前工程化实现的最有效路径。托卡马克作为磁约束的核心装置，其性能提升依赖于磁体材料的升级。
- 托卡马克装置不断升级，磁体材料从铜基到超导材料。早期托卡马克装置使用铜基磁体，随着超导技术的突破，低温超导材料（NbTi/Nb₃Sn）和高温超导材料（BSCCO/REBCO）逐渐应用于托卡马克装置，实现更强磁场和更高约束性能。
- 低温超导已商用，高温超导是趋势。低温超导材料工作温度低，需要液氦冷却；高温超导材料工作温度较高，可在液氮环境下工作，具有更高的临界温度和热稳定性，是未来发展趋势。
- 高温超导托卡马克中磁体价值量占比提升。高温超导托卡马克装置在更小体积内实现更强磁场，磁体系统成本占比显著提升。以ARC项目为例，磁体系统成本占比高达46%。
- 核聚变产业提速，高温超导材料需求快速增长。新一代托卡马克装置以紧凑型、高温超导为趋势，单台装置对高温超导材料需求量巨大，预计2024-2030年行业复合增速为59.3%。
关键数据
- 聚变三乘积大于一定值才能产生有效的聚变功率输出。
- 超导材料具有零电阻、完全抗磁性和量子隧穿效应三大基本特性。
- 低温超导材料临界温度低于40K，需要在液氦环境下工作；高温超导材料临界温度高于40K，可在液氮环境下工作。
- 高温超导材料应用领域市场份额占比最高的为磁体（49.3%），其中可控核聚变占比38%。
- 低温超导材料线圈一般采用CICC绕制，高温超导材料主要为堆叠形式。
- 2024年全球可控核聚变用高温超导材料需求量为3亿元，预计2030年将达到49亿元，2024-2030年复合增速为59.3%。
研究结论
- 磁体材料的升级是托卡马克装置性能提升的关键驱动力。
- 高温超导材料是未来托卡马克装置的发展趋势，具有广阔的市场前景。
- 核聚变产业提速将带动高温超导材料需求的快速增长，相关企业将迎来发展机遇。
相关公司
- 低温超导磁体公司：ASG Superconductors、SIGMAPHI（国外）；西部超导等（国内）。
- 高温超导带材公司：Faraday Factory Japan、古河电工（国外）；上海超导、苏州新材料研究所等（国内）。
风险提示
- 核聚变项目审批招标进度不及预期。
- 核聚变科研路线研发进度不及预期。
- 超导材料市场竞争风险。
