可控核聚变3大关键部件，4大核心材料，国内外重点核聚变工程分析，附相关企业清单
核聚变装置关键部件拆解
托卡马克装置关键部件及材料
资料来源:ITER China，西部超导招股说明书，《EAST装置面向等离子体部件的尖缘热聚集效应研究》郭宗晓，《聚变装置真空系统远程泄漏检测方法研究》毕海林等，《NCST球形打卡口市装詈直零系统研容》黄富华，《我国聚变堆氚增殖循环技术最新研究进展与展望》彭述明，《ITER计划实验包层项目概述》盛倩等，《超导成“材”之路——实用化高温超导材料的制备及发展》常佳鑫等
超导磁体系统 聚变磁体从铜基到低温超导、高温超导不断技术演变。 磁体系统是磁约束聚变装置的核心元件，由于超导体具有零电阻效应，能够有效改善长脉冲稳态运行， 20世纪后期开始被用于托卡马克装置，未来聚变堆要向着稳态核聚变能源方向发展，全超导托卡马克是稳态运行的基础。 ITER建造成本中，磁体系统占比最高（ 28%），共有超导大型磁体48个，具体包括： 18个纵场线圈（ TF）、 6个极向场线圈（ PF）、 6个中心螺管线圈组成的中心螺管（ CS）和18个校正场线圈（ CC），其中TF和PF采用 Nb3Sn 超导线， CS和CC采用NbTi超导线。 ITER装置中的磁体（蓝色部分） 资料来源：ITER官网 超导材料按临界温度Tc分为低温超导和高温超导 资料来源：西部超导招股说明书，《超导成“材”之路——实用化高温超导材料的制备及发展》常佳鑫等 目前已经发现超过5000余种超导材料，但能够在工程实践中得到广泛应用的仍然相对有限。仅低温超导材料NbTi和Nb₃Sn，以及高温超导材料BiSrCaCuO、 (Re)BaCuO和MgB₂在工程实际中得到应用。 超导材料发展历程及临界温度 资料来源：《Clathrate metal superhydrides at high-pressure conditions enroute to room-temperature superconductivity》Sun Ying等 全球超导材料市场规模2033年将达到45亿美元 据IMARC Group测算， 2024年全球超导材料市场规模为14亿美元，亚太地区市场规模占比超过41%。 IMARC Group预计2033年全球超导材料市场规模将达到45亿美元， 2025至2033年的年均复合增长率为13.7%，主要受益于医学成像、量子计算、粒子加速器和可再生能源等领域需求扩张。 按照产品划分，低温超导材料（ LTS）在市场中居主导地位， 2024年市场份额占比为83%；按照应用领域划分，医疗、电子、能源为2024年超导材料前三大应用领域。 全球超导材料市场规模（百万美元）
资料来源： IMARC Group
全球超导材料市场结构（按应用领域） 资料来源： IMARC Group 全球仅有少数企业掌握低温超导线生产技术 全球仅有少数几家企业掌握低温超导线生产技术，主要分布在英国、德国、日本和中国。 西部超导的业务涉及NbTi锭棒和线材、 Nb₃Sn线材和超导磁体的生产，是全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业。 全球主要低温超导相关公司业务分布 资料来源：西部超导招股说明书 多技术路线并行，我国企业实现高温超导产业化 全球高温超导材料生产企业
资料来源：各公司官网，PR Newswire，R&D World，《超导成“材”之路——实用化高温超导材料的制备及发展》常佳鑫等
偏滤器 偏滤器（ Divertor）作用： 排出来自聚变等离子体的能流和粒子流；屏蔽来自器壁的杂质，减少对芯部等离子体的污染；排出核聚变反应过程中的氦灰等产物，并提取有用的热量用于发电。 服役环境严苛：直接与等离子体相互作用，承受来自等离子体的强粒子流和高热流的冲击。 按材料体系分为钨偏滤器和碳基偏滤器： 相比碳基材料（石墨、 CFC），钨具有耐高温、溅射率低、低氢滞留率、导热系数高和强度高等优点。 ITER在2013年之前采用石墨盒体式偏滤器，之后采用全钨偏滤器设计。 ITER装置中的偏滤器（蓝色部分） 资料来源：ITER官网 图表： ITER全钨偏滤器示意图
资料来源：《核聚变堆偏滤器热沉材料研究现状及展望》彭吴擎亮等
包层系统 包层系统（ Blanket）为聚变装置提供中子和高热负荷的屏蔽。 ITER包层系统采用模块化设计，共计440块，总重量约1500吨，每个模块由第一壁 (First Wall，简称FW)、屏蔽块(Shield Module)以及柔性支撑等组成。 第一壁： 提供了包层系统与等离子体的界面并屏蔽等离子体运行时产生的高热负荷，由面向等离子体材料、中间热沉材料以及后面支撑背板材料三部分组成，主要连接工艺为热等静压。 屏蔽模块——炉膛“耐火砖”： 为ITER装置提供中子屏蔽并导出等离子体产生的高热流，保护真空室及外围设备。 ITER装置中的包层系统（红色部分） 资料来源：ITER官网 我国制造的ITER计划包层屏蔽模块产品
资料来源：中国国际核聚变能源计划执行中心
包层第一壁：钨是未来聚变堆中理想候选材料 第一壁材料需要具有较高的热导率、高熔点、低蒸汽压、优异的机械性能、抗热冲击性能、低溅射产额、高物理和化学溅射阈值及低氢同位素滞留等性能。一般分为低Z材料和高Z材料（ Z表示原子序数），低Z材料包括碳、硼、锂、铍等，高Z材料主要是钨、钽以及钨基合金材料等。 钨是未来聚变堆中理想的第一壁候选材料。 钨具有高熔点、高热导率、低溅射产额、低氢同位素滞留，且与聚变等离子体具有良好的兼容性，不与氚发生共沉积等优点，已广泛应用于EAST、 WEST、 ASDEX Upgrade等聚变装置中， ITER已确定将第一壁材料从铍变更为钨。 ITER真空腔室截面图 资料来源：《聚变堆第一壁钨材料热负荷损伤行为研究》王慧 第一壁面向等离子体材料对比
资料来源：《聚变堆第一壁钨材料热负荷损伤行为研究》王慧
包层屏蔽模块： RAFM钢 、 ODS钢是未来候选材料 包层屏蔽模块为真空室以及其他外部部件提供中子防护功能，同时也是第一壁的支撑。 通过布局复杂的冷却通道，采用强制对流冷却方式，带出沉积在内部的核热，为真空室内部温度极高的等离子体区和外部极冷的超导体区提供有效的热绝缘。 ITER： 采用316L(N)-IG不锈钢作为结构材料，高压（ 4MPa）水作为冷却剂，不同位置屏蔽块的几何尺寸有所差异，且每个屏蔽块根据中子核热的大小不同，设计了不同的冷却通道。 CFETR： 屏蔽模块在结构上位于增殖包层和真空室之间，根据《中国磁约束聚变堆材料发展路线图》，候选包层结构材料包括RAFM钢、 ODS钢、钒合金、碳化硅复合材料。 CFETR等离子体与屏蔽包层剖面图
资料来源：《CFETR屏蔽包层冷却系统设计及其热工分析》郭腾蛟等
中国磁约束聚变堆材料发展路线图
资料来源：《核聚变堆包层结构材料研究进展及展望》徐玉平等
核聚变关键材料：钨、铍、超导材料、氚增殖材料 在托卡马克装置中，面向等离子体部件是工程制造要求最严苛的部件之一，需要承受来自等离子体的粒子流和热流、高能中子辐照和表面热负荷的冲击，主要包括第一壁、限制器和偏滤器。其他部件还有真空室、磁体线圈、氚工厂等。 钨： 具有高熔点、高溅射阈值、高热导、低氚滞留等优点，是最有希望的面向等离子体材料。 铍： 具有优异核性能和物理性能的稀有轻金属，密度低、比刚度高、比强度大、热性能优异，可用于中子倍增剂和第一壁。 超导材料： 磁体线圈的主要材料，包括Nb₃Sn、 NbTi等低温超导材料以及高温超导。 托卡马克装置关键部件及材料
资料来源：ITER China，西部超导招股说明书，《EAST装置面向等离子体部件的尖缘热聚集效应研究》郭宗晓，《聚变装置真空系统远程泄漏检测方法研究》毕海林等，《NCST球形托卡马克装置真空系统研究》黄富华，《我国聚变堆氚增殖循环技术最新研究进展与展望》彭述明，《ITER计划实验包层项目概述》盛倩等，《超导成“材”之路——实用化高温超导材料的制备及发展》常佳鑫等
国内外核聚变公司融资情况
国外核聚变商业公司：聚焦紧凑型、低成本，美国科技巨头押注 CFS于2021年完成了高达18亿美元的B轮融资，由老虎环球基金领投，新进投资者包括比尔·盖茨、 DFJ Growth、Marc Benioff、谷歌等； TAE自2014年以来与谷歌保持密切合作关系，谷歌参与TAE融资、通过AI赋能聚变装置调试，并计划通过核聚变为超大规模数据中心供电。 Helion目前已与微软签署了电力购买协议，计划自2028年起，通过一座50MW的核聚变电厂向微软供电。 2025年1月， Helion宣布获得4.25亿美元的F轮融资， OpenAI的CEO山姆·奥特曼作为董事长也是重要投资者。 国外主要核聚变商业公司融资及项目情况 资料来源：各公司官网，Inc，GeekWire，Tracxn 中 国 核 聚 变 商 业 公 司 ： 技 术 百 花 齐 放 ， 聚 变 新 能 注 册 资 本 增 资 至 145亿元 我国核聚变商业公司技术百花齐放，融资助力商业化进程加速。 2024年6月，聚变新能新增中石油昆仑资本、合肥科学岛为股东，注册资本由50亿元增至145亿元；星环聚能、能量奇点等均获数亿元融资。 国内主要核聚变商业公司融资及项目情况 资料来源：星环聚能官网，能量奇点官网，新奥科技官网，瀚海聚能官网，中国日报网，界面新闻，36氪，投中网，iFinD 国内外核聚变工程 国际热核聚变实验堆(ITER)项目 国际热核聚变实验堆(ITER)是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程之一，其目的是通过建造反应堆级核聚变装置，验证和平利用核聚变发电的科学和工程技术可行性，由中国、欧盟、俄罗斯、美国、日本韩国和印度等七方30多个国家共同合作，中国于2006年正式加入ITER计划。 按照ITER计划的初期测算，电功率为100万kW的聚变堆，建造成本至少为150亿美元。据《Superconductorsfor fusion a roadmap》(Neil Mitchell等)数据，其中磁体系统、堆内构件、真空室等核心部件成本占比分别为28%、17%、8%，按照建造成本1000亿人民币计算，上述三个核心部件合计价值量达530亿人民币。 ITER科学目标与工程目标 资料来源:可控核聚变，国海证券研究所 ITER工程实验堆成本拆分 资料来源:《Superconductors for fusion a roadmap》Neil Mitchell等 中国承担的18个ITER采购包涵盖关键部件制造。 据ITER，除东道主欧盟占比较高(46%)外，每成员方的实物贡献值均约占总值的9%左右。我国于2008年6月签署了第一个ITER计划采购安排协议，其后陆续签署了涉及ITER导体、电源、支撑、诊断、包层等多个系统的共18个采购安排协议，涵盖了ITER装置几乎所有关键部件的制造任务。 我国ITER计划部分采购包签署时间及承担单位 资料来源：《中国ITER计划采购包进展》罗德隆等，国海证券研究所 我国ITER计划部分采购包承担价值量情况 资料来源：《中国ITER计划采购包进展》罗德隆等 国内聚变如火如荼， 我国步入国际第一方阵 热堆-快堆-聚变堆是我国核能“ 三步走” 发展战略， 其中， 聚变堆是核能发展的最终目标。 热堆是核裂变技术的成熟应用， 是当前核能发电的主要形式； 快堆采用快中子反应， 能够实现核燃料的增殖， 提高资源利用效率； 聚变堆是核能发展的最终目标， 是最终解决人类能源问题的根本途径之一。 聚变技术快速发展， 我国步入国际第一方阵。 2006年， 世界第一个全超导托卡马克装置EAST建成； 2020年，国内规模最大、 参数能力最强的新一代“ 人造太阳” 中国环流三号（ HL-3） 首次放电成功； 紧凑型聚变能实验装置（ BEST） 预计2027年建成。 我国可控核聚变科学装置建设里程碑节点 资料来源： 国家核安全局， 新闻联播公众号， 金融界， 《 超导磁体技术与磁约束核聚变》 王腾， 《磁约束可控核聚变装置的磁体系统综述》张家龙等，国海证券研究所 环流三号：聚变三乘积实现突破，中国聚变挺进燃烧实验 环流三号由核工业西南物理研究院自主设计建造，于2020年建成并实现首次等离子体放电。其大半径为1.78m，小半径为0.65m，最大磁场为3T，最大等离子体电流为3MA，环径比为2.8。该装置规划辅助加热和电流驱动总功率超过40MW，包括中性束、电子回旋波、低杂波以及离子回旋波等4种加热和电流驱动系统。 定位及目标： 为ITER及未来聚变堆的关键科学和技术问题的解决提供研究平台与支撑。重点开展了ITER相关运行模式研究、高性能等离子体运行及相关物理（高密度、高比压、高自举电流）研究、先进偏滤器概念设计与验证、高热负荷材料与部件测试以及聚变等离子体关键物理研究。 新一代人造太阳中国环流三号 资料来源：中国核能行业协会 中国环流三号装置特点 资料来源：《磁约束核聚变托卡马克装置研究进展与展望》钟武律等 2025年3月，环流三号国内首次实现离子温度1.17亿度，电子温度1.6亿度的“双亿度”重大突破； 2025年5月，同时实现等离子体电流100万安培、离子温度1亿度、高约束模式运行，综合参数聚变三乘积达到10的20次方量级，中国聚变快速挺进燃烧实验。 据中国环流三号总师钟武律介绍，截至2025年4月，环流三号仅发挥了40%左右的能力。未来2-3年环流三号有望全面升级，实现燃烧实验、堆芯级参数运行，目标实现输出功率大于输入功率。 中国环流三号重要试验里程碑节点
EAST：实现亿度千秒高约束模运行，迈向工程实践重大拐点 EAST是由中国科学院合肥物质研究院等离子体物理研究所设计研制的全球首个全超导托卡马克装置，其大半径为1.9m，小半径为0.45m，最大等离子体电流为1.0MA，环向磁场BT≤3.5T。 2006年， EAST建成并实现首次放电；2025年1月，完成1亿摄氏度1066秒长脉冲高约束模等离子体运行，是聚变研究从基础科学研究迈向工程实践的重大拐点。 定位及目标：为实验堆设计与建设提供科学依据，并为ITER项目的建设提供直接经验。主要研究方向包括托卡马克稳态运行的实时控制与安全操作对策，及相关辅助加热物理、等离子体约束与输运特性研究等。 世界首个全超导托卡马克装置EAST 资料来源：中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所 EAST重要试验里程碑节点 资料来源：可控核聚变 BEST： 工程总装正式启动， 预计2030年演示发电 紧凑型聚变实验装置BEST由聚变新能公司负责运营， 采用模块化设计， 体积比ITER缩小40%， 但聚变功率密度提升3倍， 将在EAST基础上首次演示聚变能发电。 2025年5月， BEST项目工程总装正式启动， 较原计划提前两个月， 2027年建成后将会成为世界首个紧凑型聚变能实验装置。 聚变新能公司成立于2023年5月， 初始注册资本50亿元， 并在2024年6月增至145亿元。 聚变新能将按照BEST-聚变工程示范堆（ CFEDR） -首个商业聚变堆三步走战略， 实现聚变能技术从实验室到产业化的突破。 BEST项目图 资料来源：可控核聚变 聚变新能发展历程及BEST项目关键节点
资料来源：聚变新能官网，可控核聚变，央视新闻，中国能源网，国海证券研究所
CFETR：中国聚变工程试验堆完成工程设计 欧盟、美国、日本、韩国等主要国家和地区积极发展和建设各自的下一代聚变商业示范堆，如欧盟的EU-DEMO、日本的JA-DEMO、韩国的K-DEMO。中国聚变工程试验堆（ CFETR）于2011年正式提出，旨在解决从ITER向验证DEMO过渡中存在的科学和技术问题，为我国2050年前后独立自主建设聚变电站奠定坚实的基础。 CFETR将分两期运行：第一期完成工程验证，聚变功率达到200MW、聚变增益为1~5、氚增殖比>1；第二期聚变功率达到1GW、聚变增益超过10。 CFETR设计阶段与EU-DEMO、 ITER主要参数对比 资料来源：《CFETR纵场线圈设计与电磁、力学性能研究》吴凡 CFETR装置总体结构 资料来源：中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所 CRAFT：为CFETR搭建综合性研究平台， 2025年底全面建成 聚变堆主机关键系统综合研究设施（ CRAFT）位于安徽合肥，是由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承担的国家“十三五”重大科技基础设施项目， 2018年12月获批开工建设，预计2025年底建成。 CRAFT目标建成国际核聚变领域参数最高、功能最完备的综合性研究及测试平台，为中国聚变工程实验堆（ CFETR）研究关键技术及搭建综合性研究平台。 两大主要建设对象包括超导磁体研究系统和偏滤器研究系统，开展磁约束聚变堆边界参数下的等离子体行为研究以及评估超导磁体材料/部件和偏滤器在堆工状态下的服役性能。 聚变堆主机关键系统综合研究设施（ CRAFT）园区 资料来源：新华社 CRAFT装置的建设内容 资料来源：《聚变堆主机关键系统综合设施低温系统的可靠性分析研究》纵逸文 Z-FFR：聚变裂变混合堆降低Q值要求，有望2040年商业演示 2008年，中国工程物理研究院提出了Z-FFR概念，主要由Z箍缩驱动器、聚变靶与爆室、深次临界裂变包层等构成， Z-FFR有裂变包层的辅助，聚变部分只需达到 Qₑₙg=1的水平即可实现聚变能源利用。 Z-FFR聚变产生的高能中子在深次临界裂变包层内引发裂变反应，再将聚变能量放大10倍以上，即可实现1000 MW以上的电能输出。总建造成本约为30亿美元，与第三代热中子反应堆相当。 Z箍缩聚变裂变混合堆发展规划 资料来源：《聚变能源研究态势及展望》彭先觉等 核聚变相关公司汇总
资料来源：Wind，iFinD，各公司公告、官网，国海证券研究所（数据截至20250709，除安泰科技、西部超导、振华股份、应流股份外，其余公司盈利预测均来源于Wind一致预期）
（转自：战略产业新研究）