可控核聚变产业链核心环节及受益公司全景解析

可控核聚变被视为人类理想能源,其原理是通过人工控制轻原子核结合成较重原子核并释放巨大能量,模拟太阳内部反应机制。当前主流装置为托卡马克,形如“环形磁笼子”,利用磁场将上亿度等离子体与容器壁隔离,核心部件包括磁体系统、真空室、包层模块、偏滤器和真空杜瓦,并依赖真空、低温、氚增值及电源诊断等支持系统运行。

在托卡马克成本构成中,磁体系统占比最高,低温超导装置中约占28%,高温超导装置中可达50%。该系统由铌锡和铌钛超导线圈构成,是实现磁场约束的关键。超导磁体产业链分为上游材料、中游磁体制备和下游集成应用三部分。超导材料按临界转变温度分为低温与高温两类。全球超导产品市场预计2027年达192亿欧元,2022至2027年复合增长率23%。第二代高温超导材料发展迅猛,预计2030年占行业市场份额25%。

西部超导在低温和高温超导领域技术领先,自2003年成立以来,先后研发出ITER用超导线材和高端MRI专用NbTi线,突破NbTi合金真空熔炼与锻造技术,实现批量生产;同时掌握Bi-2223和MgB₂批量制备工艺,可生产百米级带材与线材。公司已向国内CRAFT核聚变项目交付超导线材,并为BEST聚变项目供货。

包层模块作为聚变堆“多功能核心组件”,承担能量转换、产氚和辐照屏蔽三大功能。其结构分三层,内层吸收高能中子热量用于发电,中间层使用含锂增殖剂与中子反应生成氚以循环供能,外层则阻挡中子并防止放射性泄漏。按氚增殖剂状态可分为固态与液态两种类型。金属钨因高熔点、高导热性和低溅射率,被视为未来第一壁首选材料,优于传统铍材料。

国光电气专注微波器件与核工业设备制造,在ITER项目中提供偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备及第一壁部件。其开发的全球首台符合ITER标准的大型真空高温氦检漏设备已投入使用,新型钨第一壁正进入样件生产阶段。

真空室为环形不锈钢密封结构,承担维持超高真空环境(10⁻⁵~10⁻⁷帕)、约束等离子体、支撑内部组件及抗电磁载荷等功能。ITER真空室由9个扇形模块拼接成D形环,制造难度高。合锻智能深耕核聚变装备领域,参与合肥BEST项目,在真空室成型、焊接与检测工艺方面取得进展,并承担科技部“聚变堆真空室精准成型及高性能焊接关键技术研究”项目。

偏滤器位于真空室下方,直接承受极端热负荷,功能包括排出等离子体能量与粒子流、过滤杂质、清除氦灰并回收热能。其结构由面对等离子体材料和热沉材料组成,铜及铜合金因优良导热性成为主流热沉材料。安泰科技为EAST装置研制的钨铜偏滤器采用“钨面铜体”设计,兼具耐烧蚀与高效散热特性。斯瑞新材为特种铜合金材料供应商,铬锆铜合金应用前景广阔。

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