2026年电力设备与新能源行业核聚变系列深度三：磁体材料迭代推动产业升级

政策支持+资本开支驱动，聚变产业进入加速期

国内政策对聚变行业发展形成清晰规划

2025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

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。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

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。

低温超导已相对成熟，高温超导或将成为未来主流

托卡马克线圈中包括TF、CS、PF、CC四种线圈

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。

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。

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。

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。

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

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。

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

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。

TFTR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、Nb₃ Sn率先应用于核聚变领域

1979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。

ITER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Nb₃ Sn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。

CFETR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Nb₃ Sn以及高性能Nb₃ Sn超导体进行绕制。

钽矿产量呈现增长态势，非洲为核心产区

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

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。

磁体系统是聚变项目核心成本项

磁体系统是低温超导项目核心成本项

根据《Superconductors for fusion:a roadmap》,ITER项目中建设成本占比14%，零部件成本占比86%。其中磁体占28%，主因ITER所用的铌基超导线材(NbTi和Nb₃ Sn) 依赖于高成本低温液氦持续冷却。而在远期DEMO商业堆成本中，超导紧凑化设计带动磁体成本下降，我们认为尽管磁体在商业堆中成本占比略有下降，但是随着商业堆建设规模显著提升，磁体市场空间仍将显著提升。

高温超导项目中磁体成本将进一步提升

根据《Can fusion energy be cost-competitive and commercially viable? An analysis of magneticallyconfinedreactors》，以高温超导托卡马克ARC项目为例，磁体系统占比46%，反应堆占比18%，电源&辅机占比25%，建筑占比11%，高温超导中磁体成本进一步提升。

编辑：火腿肠