电力设备行业可控核聚变专题一：磁体材料更迭驱动托卡马克性能提升

请务必阅读报告末页的重要声明 glzqdatemark1 证券研究报告 行业研究|行业专题研究|电力设备 可控核聚变专题一：磁体材料更迭驱动托卡马克性能提升 2025年07月01日 |报告要点 |分析师及联系人 证券研究报告 请务必阅读报告末页的重要声明 1 / 16 实现可控核聚变约束有三种途径，即磁约束、引力约束、惯性约束，磁约束是目前实现可控核聚变工程化的有效路径，托卡马克是磁约束的核心装置，其中磁体是主要设备。超导材料具有零电阻效应，能承载电流密度更高，实现更强磁场，产业趋势由低温超导托卡马克更迭到高温超导托卡马克，高温超导托卡马克装置中磁体价值量有明显提升，超导材料行业需求增速明显。 张磊 张天浩 SAC：S0590524110005 SAC：S0590525040001 请务必阅读报告末页的重要声明 2 / 16 行业研究|行业专题研究 glzqdatemark2 电力设备 可控核聚变专题一：磁体材料更迭驱动托卡马克性能提升 投资建议： 强于大市（维持） 上次建议： 强于大市 相对大盘走势 相关报告 1、《电力设备：周期重振开新局，技术进阶启新章——电新行业 2025 年度中期投资策略》2025.06.23 2、《电力设备：2024A&2025Q1 电新行业财报总结：需求边际向好，结构性复苏特征延续》2025.05.07 扫码查看更多 ➢ 磁约束是实现可控核聚变工程化的有效路径 实现可控核聚变约束有三种途径，即磁约束、引力约束、惯性约束，磁约束是实现可控核聚变的有效路径。目前磁约束方案装置类型主要有磁镜、仿星器、托卡马克，托卡马克实验参数明显、技术路线清晰、规模化工程可行性高。磁体是托卡马克核心装置之一，托卡马克线圈结构主要包含环向场线圈（TF）、中心螺线管（CS）、极向场线圈（PF）、校正线圈（CC）。 ➢ 从铜基到高温超导材料，托卡马克装置不断升级 磁约束聚变装置，磁场越高约束约强，聚变功率与磁场强度的四次方成正比，要实现强磁场需要超导技术，超导材料具有零电阻效应，能承载电流密度更高，实现更强磁场。早期托卡马克使用铜基磁体，主要为无氧铜（OFC）材料如 TFTR、JET 装置。1970 年代末期，随着材料突破，低温超导（LTS）项目陆续推出，如 T-7、EAST、ITER 项目。高温超导（HTS）为未来趋势，REBCO 材料具有更高的临界温度和热稳定性，ST25 证实了高温超导托卡马克装置可行性，SPARC 项目准备建成高温超导托卡马克。 ➢ 低温超导已商用，高温超导是趋势 超导材料具有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应三大基本特性，可以实现大电流输运、产生强磁场。依据临界温度不同将超导材料分为低温超导、高温超导，低温超导代表材料主要为铌合金材料如 NbTi 和 Nb₃Sn，高温超导代表材料主要是 BSCCO和 REBCO。高温超导应用领域多样，高温超导材料其应用领域市场份额占比最高的为磁体 49.3%，其中磁体主要应用于可控核聚变占比 38%。 ➢ 高温超导托卡马克中磁体价值量提升 高温超导托卡马克具备临界温度提升、装置紧凑化、小型化、高场强等优势，单项目成本不同，低温托卡马克以 ITER 项目来看磁体系统占比 28%，高温托卡马克以ARC 项目为例，磁体系统成本为 46%，从低温到高温磁体成本占比明显提升，价值量更大。核聚变产业提速，单台托卡马克对高温超导材料需求几千公里到几万公里，行业需求量明显提升，2024-2030 年复合增速预计为 59.3%。 ➢ 投资建议：关注磁体和超导带材公司 高温超导托卡马克技术路线需要高温超导磁体和带材，目前主流技术包括低温超导材料（NbTi/Nb₃Sn）和高温超导材料（REBCO/Bi-2212），低温超导磁体公司国外主要有 ASG Superconductors、SIGMAPHI 等，国内主要为西部超导等，高温超导带材公司国外主要有 FFJ、古河电工等公司，国内主要有上海超导、苏州新材料研究所等。 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 -10%7%23%40%2024/62024/102025/22025/6电力设备沪深3002025年07月01日 请务必阅读报告末页的重要声明 3 / 16 行业研究|行业专题研究 正文目录 1. 磁体升级提升托卡马克科研边界 ...................................... 4 1.1 磁约束最接近可控，核心装置为托卡马克......................... 4 1.2 托卡马克磁体升级路线：从铜基到高温超导材料 ................... 7 2. 低温超导过度到高温超导是技术趋势 .................................. 9 2.1 低温超导主要为 NbTi/Nb3Sn，高温超导为 BSCCO/REBCO ............. 9 2.2 高温超导托卡马克中磁体价值量占比提升........................ 11 3. 相关公司 ......................................................... 14 4. 风险提示 ......................................................... 15 图表目录 图表 1： 聚变的三种约束类型 ............................................ 4 图表 2： 磁约束装置：磁镜、仿星器、托卡马克 ............................ 4 图表 3： 部分全球磁约束装置 ............................................ 5 图表 4： ITER 项目线圈系统组成（TF、CS、PF、CC） ....................... 6 图表 5： 托卡马克磁场流动方向 .......................................... 7 图表 6： 托卡马克装置磁场强度分布 ...................................... 7 图表 7： 典型铜基托卡马克装置磁体系统的部分性能参数 .................... 8 图表 8： 典型低温超导托卡马克装置磁体系统的部分性能参数 ................ 8 图表 9： 部分商业化高温超导托卡马克主要信息 ............................ 9 图表 10： 低温超导和高温超导材料特性对比 ............................... 9 图表 11： 第二代高温超导带材结构和实物 .....................