核聚变系列深度三：磁体材料迭代推动产业升级

核聚变系列深度三：磁体材料迭代推动产业升级 分析师：贺朝晖S0910525030003周涛S09105230500012026年2月6日 本报告仅供华金证券客户中的专业投资者参考请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 核心观点 u政策支持+资本开支驱动，聚变产业进入加速期。2025年全球主要国家密集出台核聚变政策，标志着技术竞争从实验室研发转向产业化布局与监管框架构建。国内对可控核聚变的政策支持从国家层面搭建框架，一边通过优化监管流程、完善法律法规筑牢基础，一边聚焦技术研发方向提供明确指引。 u低温超导已相对成熟，高温超导或将成为未来主流。磁体材料是核聚变装置实现稳定磁场约束的核心基础，当前超导磁体材料形成低温超导（NbTi、Nb₃Sn）与高温超导（REBCO）并行发展的格局，低温超导材料凭借工业化应用优势支撑现有聚变装置运行，高温超导材料则以更优异的极端环境适配性，成为下一代高场聚变技术突破的关键。 u磁体系统是聚变项目核心成本项。在采用低温超导的ITER项目中零部件成本占比86%，其中磁体占28%，是成本最高的核心部件，主因ITER所用的铌基超导线材(NbTi和Nb₃Sn)依赖于高成本低温液氦持续冷却。高温超导项目中磁体成本进一步提升，以高温超导托卡马克ARC项目为例，磁体系统占比46%。未来托卡马克装置将以紧凑型、高温超导为趋势，行业需求有望显著提升。2024年全球可控核聚变装置用第二代高温超导带材市场规模为3亿元，预计2030年将达到49亿元，2024-2030年复合增速为59.3%。 u投资建议：磁体作为聚变系统中价值量最高的环节，目前正处于低温向高温技术验证和演化过程，看好核聚变资本开支周期带来的磁体行业需求。建议关注磁体环节核心供应链厂商：1）低温超导：西部超导；2）高温超导：上海超导（未上市，精达股份持股第一）、联创光电、东部超导（未上市，永鼎股份子公司）；3）钽铌核心供应商：东方钽业。 u风险提示：项目审批不及预期，资本开支不及预期，聚变安全事故风险，原材料价格波动风险。 1、政策支持+资本开支驱动，聚变产业进入加速期 2、低温超导已相对成熟，高温超导或将成为未来主流3、磁体系统是聚变项目核心成本项4、超导材料具备丰富应用场景5、投资建议6、风险提示 国内政策对聚变行业发展形成清晰规划 u2025年，国内对可控核聚变的政策支持形成了清晰的推进逻辑。从国家层面搭建框架，一边通过优化监管流程、完善法律法规筑牢基础，一边聚焦技术研发方向提供明确指引；地方则主动跟进，以具体规划推动技术落地和产业培育。这种“国家定方向、地方抓落实”的联动模式，不再局限于单纯支持科研，而是从全链条发力，为核聚变从实验室走向实际应用铺平道路。 全球核聚变政策共振 u2025年全球主要国家密集出台核聚变政策，标志着技术竞争从实验室研发转向产业化布局与监管框架构建。各国以“技术领先+产业落地”为核心，通过政策明确路线、协同资源，加速核聚变从“科研课题”到“能源赛道”的跨越。 多种技术路线并行发展，磁约束仍是主流 u当前磁约束、惯性约束、磁惯性约束三种路线均取得不同程度的技术进展，并有远期商业化目标。从各国技术路线选择上来看，磁约束聚变仍然是目前各国的商业化主流路线，我们预计2030年左右，磁约束聚变路线中BEST、ITER等项目有望实现关键技术突破，CFEDR有望迈向商业化运行；惯性约束和磁惯性约束有望在2030年后启动商业实验堆建设。 1、政策支持+资本开支驱动，聚变产业进入加速期 2、低温超导已相对成熟，高温超导或将成为未来主流 3、磁体系统是聚变项目核心成本项4、超导材料具备丰富应用场景5、投资建议6、风险提示 托卡马克线圈中包括TF、CS、PF、CC四种线圈 u环向磁场线圈(TF)产生强大的环向磁场，用于约束等离子体，使其绕环运行，防止等离子体与真空室壁接触。 托卡马克磁体构成 u极向磁场线圈(PF)产生极向磁场，与等离子体自身电流产生的磁场叠加，共同用于控制等离子体的形状、位置和稳定性。 u中心螺管线圈(CS)本质上是一个大型变压器(原边线圈)，其变化的电流在真空室中感应出强大的环向电场，用于击穿气体形成等离子体并驱动和维持等离子体电流，同时也对等离子体进行欧姆加热。 u校正场线圈(CC)主要用于补偿由于制造公差、安装误差或周围铁磁物质等引起的误差磁场，以防误差磁场破坏磁面的对称性。 u不同线圈并非独立工作，而是作为一个集成的磁体系统协同运行。例如，ITER装置中包含18个TF线圈、6个PF线圈、1个CS线圈和18个CC线圈。 超导磁体是托卡马克的关键零部件 u对于常规导体线圈而言，电流增大将导致焦耳热损耗显著增加。若线圈因焦耳热消耗的能量超过核聚变反应所产生的能量，则整个系统将无法实现净能量增益，失去作为能源装置的意义。此外，常规导体存在电流密度上限，继续提高电流往往需扩大线圈截面积或体积，这将显著增加聚变装置的尺寸、复杂性和工程难度。 u相比之下，超导线圈在超导态下直流电阻为零，可承载极高的电流密度而几乎不产生焦耳热。因此，在托卡马克装置中采用超导磁体是突破常规导体限制、实现高强度磁场和高能量约束效率的关键技术路径，对未来聚变堆的工程可行性和经济性具有重要意义。 早期托卡马克采用铜基磁体系统 u托卡马克聚变试验反应堆(Tokamak Fusion Test Reactor,TFTR)项目于1974年由美国原子能委员会批准，获资3.14亿美元，在普林斯顿等离子体物理所开启建造，耗时近10年。TFTR于1982年12月首次成功产生等离子体，并于1983年春季创下托卡马克最长等离子体能量约束时间的世界纪录。 uTFTR的磁体系统均采用水冷式无氧铜导体制造，其环向场磁体由20个圆形线圈周向均匀排列而成。每个线圈内部都包含超过457m的铜导体，并绕制成总匝数为44的双饼线圈，安装于金属钛壳体之中，能够承载73.3kA的电流，并在等离子体中心处产生5.2T的环向磁场。同时，其采用壁厚0.762mm的跑道型截面薄壁铜管，并将其钎焊进导体凹槽内部，为导体冷却提供了水冷通道，能够确保导体最高温度限制在65.56℃以内。 低温超导材料NbTi、Nb₃Sn率先应用于核聚变领域 u1979年，苏联建造了世界上第一台低温超导托卡马克T-7装置，将超导磁体技术引入聚变领域。 uITER计划建设全超导磁体系统，预计能够产生15MA等离子体电流及11.8T峰值磁场。TF线圈与CS线圈在高场环境下使用Nb₃Sn超导体，其余线圈则使用NbTi超导体。2类导体均考虑管内电缆导体结构，采用多级缆线缠绕在中央冷却螺旋管周围，并基于4.5K超临界氦实现冷却。 uCFETR同样采用全超导磁体设计，所有线圈导体均采用多级电缆模式，内部包含独立中央冷却管道，基于超临界氦强制流方式进行冷却。装置计划能够产生13.78MA的等离子体电流，并提供6.5T中心磁场。TF线圈绕组根据所处场强大小划分了3个区域，并计划采用不同的导体材料，由低场到高场分别采用NbTi型、ITER级Nb₃Sn以及高性能Nb₃Sn超导体进行绕制。 高温超导材料REBCO能够提升磁场强度并缩减磁体尺寸 u近年来，以稀土钡铜氧(REBCO)为代表的高温超导材料，在工业化生产能力和性能方面均获得显著提升，推动了其在磁体领域的应用。与传统低温超导材料相比，REBCO材料具有更高的临界温度和热稳定性，并且在高磁场下仍能保持出色的载流能力，使得其在聚变领域中具有巨大的应用潜力。将REBCO材料引入聚变装置中，不仅能够显著提升其磁场强度和聚变性能，还能大幅缩减磁体尺寸，降低托卡马克装置的研发成本和技术难度，进而使聚变装置在设计上更加紧凑和高效，推动其商业化进程。 NbTi、Nb₃Sn、REBCO市场需求已初具规模 u磁体材料是核聚变装置实现稳定磁场约束的核心基础，其临界温度、临界磁场承载力及技术成熟度直接决定聚变装置的运行效率、成本与发展潜力。 u当前超导磁体材料形成低温超导与高温超导并行发展的格局，低温超导材料凭借工业化应用优势支撑现有聚变装置运行，高温超导材料则以更优异的极端环境适配性，成为下一代高场聚变技术突破的关键。 钽矿产量呈现增长态势，非洲为核心产区 u钽矿供给主要集中在非洲，钽矿产量呈现增长趋势。全球重要钽矿主要分布于西澳大利亚、南美洲的巴西、非洲的刚果（金）和卢旺达等地，2024年刚果（金）钽矿产量全球第一，占比42%，其中主要是非洲大湖地区（包括刚果（金）、卢旺达和布隆迪）的手工采矿供应量占主导地位，超过市场供应量的一半，且近年占比逐渐增加。非洲中部的手工和小规模矿山能如此迅速发展的原因是低成本与高回收率：非洲中部的矿床风化程度高，质地相对较软。当岩石随着时间的流逝而自然分解时，含钽的钽铁矿晶体基本上保持完好无损。此类岩石可以通过简单洗涤和处理生产出回收率高达85％的钽矿，其回收率远高于那些须将主体岩石爆破并压碎母岩提取出的50-60％回收率的矿石。 半导体、核聚变、高温合金等新需求带动钽价持续上行 u半导体、核聚变、高温合金等新需求有望带动钽价上行。钽金属具有质地坚硬、熔点高、韧性好、延展性好、冷加工性能好、热膨胀系数小、耐腐蚀能力强及表面氧化膜介电常数大的特性，以上特性决定了钽的终端应用领域：1.表面氧化膜介电常数大的特性使其常被用于制作成电容器，钽电容占钽终端消费的34%；2.高熔点特性使其可被用来制备高温合金，高温合金占钽终端消费的18%；3.化学稳定性好的特性使其被常用作半导体的金属阻挡层和化工用材料，其中半导体溅射靶材占比16%。由于钽矿下游大多是电子行业，整体钽矿价格跟随电子行业周期的相关性较为明显，我们认为随着未来算力带动的半导体需求提升，叠加核聚变等应用场景落地，钽价有望迎来上行周期。 超导+航天等新兴应用催化铌需求上行 u全球铌矿供给高度集中于巴西。2024年全球铌矿产量约11万吨，整体铌矿产量呈现增长趋势。全球铌矿供给高度集中，主要来源于巴西，2024年巴西铌矿供给占全球比重约91%。铌下游应用主要是特钢领域，主要以铌铁的形式出现在高强度低合金钢中，在钢铁中仅添加0.03%-0.05%的铌，便可使钢铁的屈服强度提高30%以上。 u同时高温合金、超导等领域应用需求也在持续快速增长。NbTi和Nb₃Sn被应用于超导磁体、核磁共振成像设备等产品；铌和钽的热强合金具有良好热强性能、抗热性能和加工性能，也被广泛用于制造航空发动机的零部件、燃气轮机的叶片。我们认为未来随着核聚变和商业航天等新兴行业发展，铌下游需求有望持续上行。 铌价经历震荡后，有望呈现稳中有升态势 2025年铌价呈现先扬后抑的震荡行情 u2025年2月，刚果（金）地区爆发冲突，市场避险情绪升温，叠加铌常与钽伴生的属性，铌价跟随钽价进入上行通道。然而刚果（金）东部手工矿区以钽矿为主，铌矿仅为伴生产出，其铌产量对全球比重极低，全球铌资源供应核心仍集中于巴西地区，铌并未产生实质性短缺，随着刚果（金）局势逐步缓和，市场情绪回归理性，2025年8-12月中旬，铌价开始回落。 铌价经历震荡后，有望呈现稳中有升态势 u2025年12月中下旬起，上游矿山及冶炼企业上调报价，一方面源于部分冶炼企业年底检修导致的短期产能收缩，另一方面与行业年末备货需求的初步释放有关。此外，刚果（金）矿业部延长了部分手工矿区的交易禁令，进一步强化了市场对钽铌供应链合规化升级的预期，间接带动铌价试探性企稳。 2025年铌价呈现先扬后抑的震荡行情 u2025年铌价波动的核心逻辑是情绪驱动先于基本面，地缘政治冲突引发短期扰动，但价格最终回归基本面。我们认为2026年国内基建投资以及核聚变、商业航天等高端制造业有望形成需求支撑，铌价有望呈现稳中有升格局。 1、政策支持+资本开支驱动，聚变产业进入加速期2、低温超导已相对成熟，高温超导或将成为未来主流 3、磁体系统是聚变项目核心成本项 4、超导材料具备丰富应用场景5、投资建议6、风险提示 磁体系统