可控核聚变产业链核心环节解析：超导磁体、真空室、配套设备

摘要：我国大型核聚变实验装置 BEST 主机已经全面进入组装阶段，预计2030年有望实现核聚变发电。BEST 的推进，意味着我国离核聚变发电并网、让聚变电真正进入百姓用电生活，又近了一步。

央视新闻最新报道，我国大型核聚变实验装置 BEST 主机已经全面进入组装阶段，预计2030年有望实现核聚变发电。BEST 的推进，意味着我国离核聚变发电并网、让聚变电真正进入百姓用电生活，又近了一步。

核聚变以其原料丰富、安全清洁，被视为终极能源，一旦落地，能源行业格局将彻底重塑。聚变产业链各环节正在逐步打开，新的市场机会已经浮现。

本文将以理性分析和通俗科普的视角，围绕可控核聚变产业链的五大关键环节进行全景解析，帮助大家理清这一新兴行业的技术脉络和参与者版图。

一、超导磁体

可控核聚变装置中最核心的部件之一是超导磁体系统。超导磁体利用超导材料在低温下电阻为零的特性实现无能量损耗的强磁场，其产生的环形强磁场用于约束上亿摄氏度的高温等离子体。

由于没有任何实体材料能够直接容纳如此高温的等离子体，只有依靠强磁场的“笼子”才能将等离子体约束在真空容器中央不接触器壁，从而达到并维持聚变反应所需的点火条件。可以说，没有超导磁体就无法实现持续稳定的受控核聚变反应，因此磁体被公认为托卡马克等聚变装置中最为核心的关键部件之一。

目前，核聚变磁体主要有低温超导和高温超导两大技术路径：低温超导材料（如 NbTi、Nb₃Sn ）需要在接近液氦温区（4K）的极低温环境下工作，已广泛用于国际热核实验堆 ITER 等大型项目；高温超导材料则指临界温度高于40K（-233℃）的第二代超导体，如钇钡铜氧（YBCO）和稀土钡铜氧（REBCO）材质，可在20~50K相对较高温度下仍保持超导特性。

低温超导技术成熟，机械加工性能和成本控制较好，当前在超导应用市场占比超过90%；而高温超导带材尚处于产业化初期，但具备显著的高磁场优势。

聚变反应堆的输出功率与磁场强度呈四次方正比关系；理论上环向磁场强度提高1.8倍，聚变功率可提升一个数量级。因此高温超导磁体所能产生的更强磁场有望大幅提高聚变反应的功率上限。

目前国际上新一代聚变创业公司（如美国 CFS、英国 Tokamak Energy、中国星环聚能、能量奇点等）纷纷选择高温超导方案，以期利用更高磁场实现装置小型化和性能飞跃。

高温超导磁体有望成为未来聚变装置的主流方向：专业机构 Onectus 预计到2030年高温超导材料将占据全球超导行业约25%的市场份额，高温超导带材在托卡马克中的应用渗透率提升叠加聚变行业需求增长，将共同推动其市场空间实现倍增。

图：高温超导材料产业链

当然，高温超导技术目前仍面临一些挑战，比如材料制备成本高、带材在高场下的机械强度和稳定性有待提升，以及高场磁体绕制和冷却技术的进一步成熟等。但总体趋势上，各国都在加速突破高温超导瓶颈，因为它被视为实现商用聚变反应堆的“游戏改变者”。

无论高温或低温超导磁体，都需要大型低温制冷和绝热系统配合；整个托卡马克装置往往封装在巨大的低温恒温容器（冷却壳）中，以将超导线圈维持在临界温度以下。

因此磁体系统实际上是一套高度集成的工程，既考验材料科学，也考验低温工程和精密制造能力。

ITER 装置中，仅磁体系统一项成本占比就高达28%；而在采用高温超导的新一代装置中，磁体成本占比可能提高到约46%。

代表公司：

高温超导：西部超导、百利电气、精达股份、永鼎股份、东方钽业、联创光电、久盛电气

低温超导：西部超导、百利电气、宝胜股份

二、真空室

真空室是可控核聚变装置中体积最大的部件，它构成了反应堆的基本容器和第一道安全屏障。

真空室一般采用特种不锈钢制造，内部通过真空抽气系统提供一个近乎无杂质的高真空环境，避免空气分子与高温等离子体发生反应。

这一方面确保了等离子体能够被稳定约束（杂质过多会导致能量损失并冷却等离子体），另一方面也隔绝了高温辐射和中子对外界环境的影响。因此，真空室既是聚变反应的“容器”，也是重要的安全屏障，其结构稳定性和密封可靠性对装置安全运行具有非凡意义。

目前国际最先进的托卡马克真空室属于 ITER 项目，其主体结构呈巨大的环状不锈钢腔体，直径达6米以上，整体重量超过数百吨，由多段扇形模块拼装焊接而成。

在真空室上开有众多端口，用于安装诊断仪器、加料和加热装置等。这种复杂厚壁不锈钢真空容器的制造难度极高：不仅尺寸庞大，而且要求极高的加工精度和焊接质量。比如ITER 真空室需要承受内部真空和外部大气的压差、中子辐照以及电磁力冲击，其制造公差要求控制在毫米级甚至更低。

我国在真空室制造领域近年来取得了突破。一些高端装备企业通过参与聚变项目预研，掌握了大型双曲面钢板成形、高真空焊接以及无损检测等关键工艺。

以合锻智能公司为例，自2021年起参与聚变堆真空室工艺预研，成功解决了厚板成形回弹控制、厚壁奥氏体不锈钢电子束焊接等难题，并于2024年中标了安徽聚变新能 BEST 装置首批真空室段的制造任务，总金额达2.09亿元。

通过项目实践，公司引进五轴水刀切割机和先进三维扫描测量设备，组建了百余人的专项团队，攻克了一系列大型真空室制造技术瓶颈。

未来展望来看，更大体积的真空室可能成为趋势。聚变反应堆的输出功率与腔体体积大体成正比【4†L163- L166】—要产生更高能量的聚变反应，商业聚变堆往往规模更庞大。

因此在商业化装置中，大尺寸真空室的应用或将成为“大势所趋”，这对制造工艺提出了更严格要求。如何在超大尺寸下依然保证真空室的高精度成型和焊接、一体化加工和现场组装精度，是产业界需要持续攻关的课题。

一些具备大型压力容器和核工程设备制造经验的企业将具备优势，比如有能力提供高品质特种不锈钢材料及锻件的应流股份，以及在核电常规岛、核岛设备上有深厚积累的上海电气等。

随着聚变工程推进，真空室制造领域将出现一批“隐形冠军”企业，为这个超高壁垒的细分市场提供支撑。

代表公司：

国光电气、上海电气、海陆重工、中核科技、江苏神通、合锻智能、纽威股份、锡装股份

三、偏滤器与第一壁

在聚变反应堆的真空室内部，有两类与等离子体直接接触的核心部件：第一壁和偏滤器。它们统称为等离子体面对组件，位于高温等离子体与实体结构的过渡区域。

其中，第一壁（First Wall）指衬贴在真空室内壁、直接面向等离子体的那层壁板，覆盖了整个真空腔体的内表面；偏滤器（Divertor）则一般位于真空室底部环形区域，由多个模块化单元构成，形似一个大型“排气口”。它的主要功能是排出聚变反应产生的“氦灰”杂质和巨大的热量，保护其它结构免受高热流和高粒子流冲击。

在托卡马克装置中，等离子体在磁场作用下沿环向流动，反应中产生的氦核（俗称聚变“灰烬”）因带电被引导到真空室底部，被偏滤器捕获并抽出，从而实现对杂质和余热的排放。

与此同时，第一壁和偏滤器共同吸收了等离子体辐射的中性粒子和中子流，是承受热负荷和辐照最直接的部件，因而对材料和结构设计要求极高。

国际聚变界普遍采用高熔点金属钨作为偏滤器和第一壁的主要材料。钨的熔点高达3422℃，在高温高真空下表现出优异的耐侵蚀性能，是迄今能找到的最抗烧蚀金属。

但纯钨也存在脆性大、加工难、在高能中子辐照下易产生微观损伤等问题。因此工程上常采用钨合金或钨复合材料来制造等离子体面对组件。比如ITER 偏滤器靶板采用全钨方案：每个偏滤器模块由成百上千个小型钨块拼接而成，这些钨块通过爆炸焊接等工艺连接在高导热的铬锆铜合金基座上，并通水冷却，以同时兼顾抗高温和高热流散逸能力。

钨铜复合结构被认为是未来高功率长脉冲聚变装置偏滤器的理想方案：钨承担等离子体轰击的表面，高强度铜合金作为热沉快速将热量带走。我国在这方面已有布局，如安泰科技研发钨铜偏滤器组件、斯瑞新材料提供高性能铬锆铜合金热沉材料等。

第一壁方面，ITER 等实验堆曾使用铍金属作为第一壁涂层，但铍有毒且产量受限。未来更大功率的反应堆大多倾向于采用包覆钨层的特殊合金或纯钨板作为第一壁面板，以承受每平方米数兆瓦级的热流冲击。

同时，第一壁背后的包层模块（Blanket）还肩负着屏蔽辐射和增殖燃料的重要作用：包层模块通常包含第一壁、氚增殖区和中子屏蔽块三部分。其中的氚增殖区填充锂基材料，通过中子与锂反应产生氚，从而补充燃料循环。这意味着当未来聚变装置进入氘-氚燃料的运行阶段，包层必须实现氚自给自足。高效的氚增殖技术被视为商业化聚变能的关键环节之一。

第一壁和偏滤器所处环境之恶劣超乎想象：一面要经受上亿度等离子体的炙烤，另一面还要保持结构稳固，将巨大热流导入冷却回路。

这对材料提出了近乎苛刻的要求，也是制约可控核聚变发展的主要瓶颈之一。

目前来看，以钨为代表的难熔金属仍是不二之选，但如何提升钨基材料的抗热疲劳、抗中子辐照性能，以及研制更加先进的复合结构（如功能梯度材料，缓解界面应力），都是科研攻关重点。

此外，偏滤器和第一壁都属于易损耗件—ITER 预计在运行寿命内至少需要更换一次偏滤器模块。因此在设计制造时就必须考虑更换维护的便利性和安全性，以降低反应堆全寿命周期内的运行成本。

发展趋势上，随着实验装置向工程示范堆迈进，我国企业已开始探索批量化制造高性能偏滤器和第一壁组件。例如国光电气等公司参与了 ITER 偏滤器和包层系统的供货，在钨钼合金、石墨复合材料等方向积累经验；未来这些经验将应用于中国聚变工程试验堆（CFETR）等更大型项目。

在材料端，业内也在开发新型耐中子辐照材料（如氧化物弥散强化合金等）以提升第一壁寿命。可以预期，等离子体面对材料的迭代将是一个持续过程，突破“卡脖子”瓶颈将为聚变商业化扫清最大障碍。

代表公司：

产品：安泰科技、国光电气

材料：中洲特材、中钨高新、厦门钨业、章源钨业、洛阳钼业、翔鹭钨业、中金岭南

四、配套设备

除了上述核心部件，一座聚变装置还需要众多配套子系统协同运行，包括磁体电源、等离子体加热装置、燃料注入与循环回收、真空抽排、低温冷却，以及控制与检测等系统。

这些配套设备虽然不直接参与核反应，但对于维持聚变反应的持续稳定至关重要，其技术复杂度和重要性丝毫不亚于前述核心部件。

首先是电源系统和等离子体加热系统。托卡马克需要强大的磁场来约束等离子体，这意味着为环形场线圈和极向场线圈提供大电流低电压的稳恒电源，以及为感应电流驱动提供高电压脉冲电源。

此外，为使等离子体达到点火温度，还需外部加热手段，目前主要包括中性束注入加热（高速中性粒子束撞击等离子体）和射频波加热（如离子回旋共振加热）等。这些加热方案本身又需要专门的高功率电源支持。

中性束系统需要数兆瓦功率的加速电压源，微波加热需要兆瓦级的高功率微波源（如回旋加速器管）。因此，聚变装置的电气配套系统非常庞杂，既包含传统的整流变流设备，也需要大量尖端的脉冲功率和射频电子器件。

以美国新型直线形聚变公司 Helion 为例，其聚变发电原型机的电源系统成本占比高达整机的50%，其中用于快速放电的脉冲电容器就占整机成本约1/3。该公司在2023年与微软签署了全球首个聚变购电协议，承诺最早于2028年向电网输送50MW聚变电力。

为了满足如此苛刻的电源需求，Helion 自研了超级电容技术，并采用大功率半导体开关（IGBT）来快速控制脉冲放电。这透露出行业趋势：新型储能元件和功率电子将在聚变电源中扮演重要角色，高可靠长寿命的高速开关、超级电容器等将成为兵家必争之地。

我国在聚变配套设备领域同样涌现出一批专业厂商。在磁体电源方面，已有企业成功研制大型稳态磁体电源和脉冲电源，如英杰电气、爱科赛博等公司为聚变实验装置提供了成套电源解决方案。

在高功率微波器件领域，老牌电子管企业如旭光电子（真空开关管、微波放电管）和新锐公司如国力股份（氢闸流管、回旋管、速调管）正在布局聚变装置所需的真空电子器件。

此外，宏微科技等功率半导体企业推出的高性能IGBT模块、王子新材旗下的新容公司生产的脉冲电容器，都已在聚变装置样机中获得应用验证。这些配套领域企业借助各自专业优势，组成了服务聚变工程的生态圈：有的提供精密测控仪器（如皖仪科技的氦质谱真空检漏设备，灵敏度优于 ITER 标准），有的提供特种阀门和泵（如纽威股份、中核科技为核工业领域供应真空阀门），还有的专注超低温制冷和超导馈线技术（如某些科研院所背景的企业负责ITER低温恒温器和馈线系统供应）。

可以说，围绕聚变反应堆运行所需的配套系统，目前国内已经形成了多点开花的供应链。这一领域的技术壁垒同样不低，因为许多设备需要在极端条件下长期可靠运行，比如大型低温泵必须24小时维持真空，氚燃料循环系统要确保放射性氚的安全回收与存储等等。

这些都对国内相关企业提出了挑战，但也孕育着巨大的创新机遇。

未来，随着聚变示范堆的建设推进，各类配套技术将趋于成熟，部分领域可能诞生具有全球竞争力的细分龙头企业。

代表公司：

独供：旭光电子、雪人集团、王子新材、中洲特材、融发核电、兰石重装

其它：富煌钢构、大西洋、天沃科技、航天晨光、融发核电、国机重装、炬光科技、弘讯科技、利柏特、南方路机、尚纬股份、东方精工、久盛电气、中超控股、四创电子、哈焊华通

五、建设与运营

可控核聚变产业链的最后一个环节，是聚变电站的建设与运营。与常规电力项目相比，聚变装置的建设更像是一项跨学科、超大型的系统工程。它涉及核工程、等离子体物理、材料、电子、电气、热工、控制等众多领域，需要科研机构、大型央企和高新企业通力合作。

目前全球在建和规划中的聚变项目已有数百个之多，中国和美国走在前列：中国主要由政府主导推进托卡马克路线，美国则以私营企业多元探索为特色。

在中国，“国家队”与民营企业正形成优势互补的新格局；一方面中科院等离子体所、中国核工业西南物理研究院等科研单位牵引着国家级大科学装置建设，另一方面一批创业公司如聚变新能、瀚海聚能、能量奇点等纷纷涌现，带来机制灵活的技术创新。

聚变新能公司负责建设的合肥 BEST 装置是国家重大科技基础设施，其工程总装已于2025年5月提前启动，比原计划提早两个月。该项目由安徽省和中科院等出资组建，注册资本高达145亿元。

还有江西“星火一号”聚变-裂变混合示范堆，由中国核工业集团与联创光电联合推进，计划2030年前建成并网发电，总投资约200亿元。

可以看到，我国正通过产学研用联合的模式，加速从实验堆向示范堆的过渡。实际上，据业内预期，多数企业认为2030年代将是核聚变发电并网的关键时期。国内的中国聚变工程实验堆（CFETR）目标于2030年建成，实现等离子体燃烧功率超1000兆瓦、增益Q>30的里程碑参数；国外则有Helion公司计划2028年实现50MW输出并网。这意味着本世纪30年代，人类有望见证首批聚变示范电站连接电网，实现从科学实验向工程应用的跨越。

在聚变电站运营方面，仍有许多现实课题需要解决。

首先是发电形式和效率：聚变反应释放的主要是高速中子动能和高温氦气，如何高效地将这些能量转化为电能是一大挑战。

目前设想多采用类似核裂变堆的方式；利用中子加热包层冷却剂产生蒸汽，驱动常规汽轮机发电。但这种间接方式会损失部分能量，未来不排除探索更加直接的能量转换技术。

其次是运行维护：聚变反应堆需要定期更换内壁组件（例如前述偏滤器模块）、补充燃料（氚的循环增殖）以及对超导磁体降温、真空抽气等进行持续保障，因此运行成本和技术难度不容小觑。

如何做到长周期稳定运行、将停堆检修时间降至最低，将是商业化必须攻克的难点。

另外，聚变装置在运行中会产生高能中子使结构材料活化，虽然不像核裂变那样有高放射性废料，但仍需制定相应的辐射防护和材料更换方案。

这些都需要在示范堆阶段逐步摸索完善。

好在我国已未雨绸缪地开始布局相关支撑体系：2025年7月，中国聚变能源有限公司在上海挂牌成立，注册资本150亿元，由中核集团、中国核电等七家央企国企和金融机构联合增资组建，旨在统筹推进国家聚变工程项目的落地。

该公司同时联合上海电气、中国电气装备集团等大型装备企业以及高校建立“聚变创新联合体”，整合产学研力量协同攻关。

未来聚变电站的建设将采取“联盟作战”模式，由国家队提供资金和总体协调、龙头央企负责工程总包、专业配套企业提供关键设备，共同完成这一战略性超级工程。

随着相关政策法规逐步完善（如我国首部《原子能法》已明确鼓励受控热核聚变研发，并将建立适合聚变应用的监督管理制度），聚变电站的建设运营有望走上规范化、产业化轨道。

长远来看，一旦示范电站验证成功，批量建设时期每年投资额可能达到数千亿元规模，其拉动效应将波及能源、电力及高端制造等广泛领域。