超導(dǎo)磁體行業(yè)專題報(bào)告：可控核聚變商業(yè)化加速實(shí)現(xiàn)，超導(dǎo)磁體未來應(yīng)用前景廣闊.pdf

超導(dǎo)磁體行業(yè)專題報(bào)告：可控核聚變商業(yè)化加速實(shí)現(xiàn)，超導(dǎo)磁體未來應(yīng)用前景廣闊。隨著技術(shù)的不斷突破，尤其是高溫超導(dǎo)材料的大規(guī)模應(yīng)用，可控核聚變商業(yè) 化漸行漸近，產(chǎn)業(yè)鏈或?qū)⑦M(jìn)入快速發(fā)展期，超導(dǎo)磁體作為磁約束可控核聚變 裝置的核心部件有望充分受益。

核聚變被視為人類理想的終極能源，其中托卡馬克裝置最具商業(yè)化潛 力。核聚變是幾個(gè)較輕的原子核結(jié)合成一個(gè)較重的原子核, 實(shí)現(xiàn)將質(zhì)量轉(zhuǎn) 化為能量的過程。核聚變因其燃料資源豐富、能量密度大、清潔無污染、 安全性高等突出的優(yōu)點(diǎn)，被視為人類理想的終極能源。目前，磁約束聚 變能量約束時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)成熟度高、工程可行性強(qiáng)，是實(shí)現(xiàn)聚變能開發(fā) 的最有效途徑，其中又以托卡馬克裝置最為成熟，是目前最為主流的可 控核聚變裝置，也是最有可能首先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的技術(shù)路線之一。根據(jù) IAEA 的統(tǒng)計(jì)，截至 2024 年中，全球共有 159 個(gè)核聚變項(xiàng)目，其中托卡 馬克裝置 79 個(gè)，占比接近 50%。 

磁體是磁約束聚變裝置的核心部件，超導(dǎo)助力商業(yè)化加速實(shí)現(xiàn)。在磁約 束可控核聚變裝置中，產(chǎn)生約束磁場(chǎng)的磁體系統(tǒng)扮演著核心角色，其磁 場(chǎng)強(qiáng)度與均勻性對(duì)于整個(gè)裝置的性能與效率均有著重要影響，以 ITER 項(xiàng) 目為例，磁體系統(tǒng)是其最大成本項(xiàng)，成本占比達(dá)到 28.0%。早期的托卡馬 克裝置采用的磁體材料為銅導(dǎo)體，銅導(dǎo)體的發(fā)熱問題導(dǎo)致了磁約束核聚 變無法長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，后續(xù)隨著超導(dǎo)體的引入，尤其是高溫超導(dǎo)的應(yīng) 用，由于超導(dǎo)體的零電阻效應(yīng)，且承載電流密度更高有利于建造更加緊 湊、更高場(chǎng)強(qiáng)的聚變裝置，能夠有效改善長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，大大提升聚 變能源的轉(zhuǎn)化效率與能源輸出，同時(shí)讓成本持續(xù)下降，顯著加快了可控 核聚變商業(yè)化落地的預(yù)期。

超導(dǎo)磁體的材料制備與繞制工藝是關(guān)鍵，高溫超導(dǎo)磁體制備壁壘較高。 低溫超導(dǎo)材料發(fā)展較早，目前已經(jīng)形成系統(tǒng)的商業(yè)化生產(chǎn)，而高溫超導(dǎo) 材料發(fā)展起步較晚，制備技術(shù)較為復(fù)雜，目前高溫超導(dǎo)體正處于提升性 能和突破應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)初期階段，在這個(gè)過程中，高性能高溫超導(dǎo)材料的 批量化制備成為關(guān)鍵基礎(chǔ)。而且將超導(dǎo)材料制作成磁體過程，需要完成 超導(dǎo)材料的焊接、繞制等工藝流程，尤其是高溫超導(dǎo)磁體的生產(chǎn)，工藝 復(fù)雜，技術(shù)壁壘較高。

超導(dǎo)磁體應(yīng)用前景廣闊，有望充分受益于可控核聚變的商業(yè)化。若核聚 變完全商業(yè)化，根據(jù) Ignition Research 的預(yù)計(jì)，到 2050 年可控核聚變行 業(yè)將成為一個(gè)至少 1 萬億美元的市場(chǎng)，對(duì)應(yīng)超導(dǎo)磁體空間超千億美元， 潛在市場(chǎng)規(guī)模龐大。另外，除了可控核聚變以外，超導(dǎo)磁體還在 MRI、 NMR、感應(yīng)加熱設(shè)備、晶硅生長(zhǎng)爐等設(shè)備中有應(yīng)用，隨著超導(dǎo)磁體的應(yīng) 用逐步拓展，超導(dǎo)磁體的應(yīng)用前景廣闊。