核聚變行業深度報告：超導材料，核聚變產業快速進步的重要抓手.pdf

核聚變行業深度報告：超導材料，核聚變產業快速進步的重要抓手。超導材料具有零電阻、完全抗磁性等宏觀現象。超導是指當溫度降低 到某一臨界溫度時，電阻突然消失、電流可以無阻流動的現象，具備 這種特性的材料即為超導體。超導體具有常規材料不具備的零電阻、 完全抗磁性等宏觀量子現象，是典型的量子材料。

超導材料將大大加快聚變行業的發展。根據《磁約束燃燒等離子體物 理的現狀與展望》，核聚變裝置的功率輸出能力與磁場強度 BT 的四次 方成正比，意味著磁場強度增加一倍則核聚變裝置的功率輸出能力將 成為之前的 16 倍。而超導材料由于其超導特性，相比傳統的材料可以 達到更大的電流密度，意味著可以通過更大的電流產生更強的磁場， 從而增加裝置的功率輸出能力，更容易實現“點火”。

超導材料有多種分類，具備實用價值的材料約 4~5 種。第一種分類， 第 I 類超導體，即只有一個臨界磁場 Hc，第 II 類超導體則存在兩個臨 界磁場，目前應用的主要是第 II 類超導體；第二種則根據溫度，國際 電工委員會根據材料達到的臨界轉變溫度將超導體劃分為低溫超導材 料（Tc＜25K）和高溫超導材料（Tc＞25K）。目前實用化的主要包括 低溫超導材料中的 NbTi、Nb3Sn 和高溫超導材料中的 YBa2Cu3O6 （YBCO）、Bi2Sr2Ca2Cu3O10（Bi-2223）和 Bi2Sr2CaCu2O8（Bi-2212） 等 4~5 種。

二代高溫超導近年逐步成熟。REBCO 涂層導體因其具有高 JC 和潛在 的低成本優勢逐漸受到研究人員的關注，已成為高溫超導應用領域的 研究熱點，包括高溫超導限流器、高溫超導儲能、高溫超導變壓器等 示范應用。由于 REBCO 材料的臨界電流密度具備明顯優勢，在核聚 變行業預計將成為未來的主流材料。