2023超導行業發展現狀、產業鏈及發展前景分析報告.pdf

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1、2023 年深度行業分析研究報告 1/36 行業研究報慧博智能投研 一、超導行業概述一、超導行業概述 1.超導定義超導定義超導是超導電性的簡稱，指的是在特定的低溫條件下呈現出電阻等于零的特性以及具備完全抗磁性的材料，一直被稱為當代科學的明珠。這個溫度被稱為超導臨界溫度（或超導轉變溫度），用 TC 表示。目錄 目錄 一、超導行業概述.1 二、我國超導行業發展現狀.7 三、超導行業產業鏈.9 四、超導行業競爭格局及行業壁壘.15 五、超導行業相關機遇及未來發展前景.16 六、相關公司.32 2/36 2.超導超導發展歷程發展歷程 對于超導的研究起源于低溫物理學。早期的超導物理屬于低溫物理的重要研究

2、方向，之后隨著超導學科的不斷發展，其研究領域也在不斷擴大，現已和低溫物理同屬凝聚態物理的分支學科。對于低溫物理的研究興起于 19 世紀下半頁，當時低溫物理的研究主要有兩個方向：一是如何獲得絕對零度（0K，即零下 273.15）；二是在極低溫下金屬材料物理性能的研究。1908 年，荷蘭科學家昂內斯將最難液化的氣體氦氣（He）液化，從而獲得了 4.2K 的極低溫度，為超導現象的研究奠定了基礎。1911 年，昂內斯發現在液氦（4.2K）的環境下，金屬汞（Hg）的電阻成功降為了 0，昂內斯將其命名為超導態，自此拉開了超導研究的帷幕。超導材料的探索主要經歷了幾個階段：超導材料的探索主要經歷了幾個階段：1

3、9111986 年，是低溫超導材料發展階段，1986 年發現銅氧化物高溫超導體，2021 年發現臨界轉變溫度為 39K 的金屬化合物 MgB超導體，2008 年發現鐵基超導體。此外，自從超導材料被發現以來，人們就沒有停止過對室溫超導的向往與探索。2023 年 7 月 22 日，韓國研究團隊提交了一篇論文，文中首次揭示了一種名為 LK-99 的室溫超導體的存在，給出了其具體的合成制備方法。根據該論文，LK-99 為一種摻雜銅的鉛磷灰石材料體系，其超導臨界溫度 Tc 高達約 127 攝氏度（400K），且在常壓下即可實現超導。該論文發布后，引發全球較多關注，并相繼有實驗室重復實驗并給出初步結果。目

4、前針對韓國研究團隊發現的 LK-99 材料體系是否具備室溫超導特性，全球各研究小組仍有較大的分歧，仍需要更多的實驗研究和結果復現來證實?，F如今超導技術早已從實驗室走向規?；虡I應用。低溫超導體（-269，液氦，以上溫度工作的材料）早在 1980 年代實現商業化，但由于液氦的稀缺性和高成本，僅在醫療磁共振 MRI 設備中展開規模的商 3/36 業化應用。高溫超導體（-196，液氮，以上溫度工作的材料）近幾年在材料大規模制備方面逐步成熟，成本下降和良率提升都呈現明顯加速。高溫超導技術在超導線纜（電網）、可控核聚變、高溫超導感應加熱設備等下游領域展開了規?；虡I應用，并且呈現加速放量。隨著材料的成熟

5、和下游應用領域的不斷開展，高溫超導行業已經迎來了規模商業化。3.超導特性超導特性 超導具有 3 個臨界值，即臨界溫度 Tc、臨界電流 Ic 和臨界磁場 Hc。三者之間相互制約并形成臨界值曲面，只有當溫度、電流和磁場在臨界值曲面上或內部時，物質才會進入超導態，擁有零電阻特性。超導材料具有零電阻、超導材料具有零電阻、完全抗磁性、量子隧穿效應性質：完全抗磁性、量子隧穿效應性質：超導材料又稱為超導體，是在某一溫度下電阻為零的導體。而超導材料不僅具有零電阻的特性，還可以完全抗磁性。因此超導材料在傳輸過程中幾乎沒有能量耗損，還能在每平方厘米上承載更強的電流。在超導材料中，電子之間存在一種相互作用，使得它們

6、能夠以成對的方式運動，這些成對的電子被稱為庫珀對。超導材料被冷卻到低溫時，庫珀對開始形成，并在材料中不受阻礙地移動，從而導致電阻為零。4/36 4.超導分類超導分類 超導體的分類沒有統一的標準，最常見的分類方法是按臨界溫度劃分為低溫超導，高溫超導。超導物理中將臨界溫度在液氦溫區(4.2K)的超導體稱為低溫超導體，也稱為常規超導體，譬如目前商業化的 NbTi、NbSn；將臨界溫度在液氮溫區(77K)的超導體稱為高溫超導體，譬如 YBa-Cu-O 超導體。5/36 5.超導應用超導應用 在應用領域方面，超導體因為具有絕對的零電阻和完全的抗磁性兩大特性，在所有涉及電和磁的領域都有超導體的用武之地，應

7、用領域非常廣泛，包括電子學、生物醫學、科學工程、交通運輸、電力等領域。6/36 7/36 二、二、我國超導行業發展現狀我國超導行業發展現狀 1.國際合作方面國際合作方面 中國于 2003 年 2 月 18 日宣布作為全權獨立成員加入 ITER 計劃。ITER 計劃是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，其原理是利用磁場對等離子體進行約束，模擬太陽的核聚變反應產生能量并實現可控利用，俗稱人造太陽。ITER 計劃需要采用 NbTi 和 Nb3Sn 超導線材制造超導磁體，線材制造任務由各參與國承擔。2003 年我國政府決定參加 ITER 計劃時，國內尚無企業具備 NbTi 和Nb3Sn

8、 超導線材生產能力，迫切需要開展超導線材產業化。到目前，我國已經能生產 Nb3Sn 超導線材和 NbTi 超導線材并交付 ITER 計劃，產品性能獲得業界高度肯定。2.鼓勵產業發鼓勵產業發展方面展方面 我國超導行業的發展趨勢將朝提高性能、降低成本，功能集成化的方向發展。為了鼓勵和規范著行業健康有序發展，我國政府先后出臺了一系列政策對超導產業予以支持。3.超導標準化方面超導標準化方面 超導技術委員會（簡稱 IEC/TC90）于 1989 年 7 月正式成立，負責建立與超導材料和器件相關的國際標準。IEC/TC90 現有日、中、韓、美、俄、德、法、意等 10 個參加成員國，截止到目前，IEC/TC

9、90共頒布了 25 項超導國際標準，近來 IEC/TC90 推出國際標準的步伐明顯加快，超導國際標準已經從術語和定義、超導特性測量方法，逐漸過渡到實用超導線和超導器件的一般性規范。我國主持的標準化項目包括鈮鈦和鈮三錫復合超導線扭距測量-國際標準和超導單光子探測器暗記數率-國際標準。在國家標準方面，我國目前發布了 25 個超導國家標準。8/36 9/36 三、三、超導超導行業行業產業鏈產業鏈 1.超導行業產業鏈超導行業產業鏈 超導行業產業鏈主要由三部分組成，上游的礦產資源鈦礦、鈮礦、錫礦、釔鋇礦等，中游的超導帶材廠商，包括低溫超導帶材廠商和高溫超導帶材廠商，下游的超導磁體以及終端設備制造商。2.

10、低溫超導低溫超導（1）應用場景拓展，高溫超導產業化蓄勢待發應用場景拓展，高溫超導產業化蓄勢待發 低溫超導已經規模商業化，高溫超導正逐步開始產業化。雖然已發現了上千種超導材料，但具有實用化前景的材料并不多。低溫超導材料自 1965 年開始研究，目前低溫超導材料 NbTi 與 Nb3Sn 已實現商業化。而高溫超導材料自 1986 年進行研究，目前剛開始進行產業化。（2）低溫超導應用場景拓展低溫超導應用場景拓展 10/36 NbTi 超導線材用量占整個超導材料市場的 90%以上。低溫超導根據成分分為金屬低溫超導材料、合金低溫超導材料和化合物低溫超導材料。低溫超導材料在批量化加工技術、成本、使用穩定性

11、方面的優勢無可替代。目前已實現商業化的包括 NbTi（鈮鈦，Tc=9.5K）和 Nb3Sn（鈮三錫，Tc=18k），NbTi 超導線材由于具有優異的中低磁場超導性能、良好的機械性能和加工性能、價格優勢，在實踐中獲得了大規模應用，其用量占整個超導材料市場的 90%以上；而 Nb3Sn 的臨界溫度相對較高，在 18K 左右，該材料本身具有脆性，力學加工性能較差，臨界電流對應變比較敏感，且制造困難、造價相對較高。西部超導西部超導是全球唯一的鈮鈦錠棒、超導線材、超導磁體的全流程生產企業。低溫超導產業鏈相關的行業包括超導錠棒、超導線材、超導磁體和超導設備。從全球來看，有的公司專注某一領域，有的公司橫跨多

12、個領域。西部超導是目前國內唯一低溫超導線材商業化生產的企業，也是目前全球唯一的鈮鈦錠棒、超導線材、超導磁體的全流程生產企業。11/36 3.高溫超導高溫超導（1）高溫超導技術突破，產業化蓄勢待發高溫超導技術突破，產業化蓄勢待發 在高溫超導材料中，由于銅氧化物超導材料的臨界溫度相比其他材料較高，制冷成本更低，因而具有更加廣闊的應用前景。高溫銅氧化物超導材料主要有 Bi-Sr-Ca-Cu-O 系、Y-Ba-Cu-O 系、Hg-Ba-Ca-Cu-O系、TI-Ba-Ca-Cu-O 系，但是 Hg 和 TI 元素有毒，因此 Bi-Sr-Ca-Cu-O 系和 Y-BaCu-O 系在實用化上更具有優勢。以

13、Bi-Sr-Ca-Cu-O 為代表的第一代高溫超導材料，和以 Y-Ba-Cu-O 為代表的第二代高溫超導材料受到廣泛關注。同時，MgB2（Tc=40K）材料，鐵基超導材料等應用價值也在不斷開拓。2022 年，永鼎股份永鼎股份二代高溫超導帶材在磁感應加熱設備中實現產業化供貨，2023 年 4 月 20 日，聯創超導聯創超導自主研制的世界首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置在黑龍江中鋁集團東北輕合金公司成功投運，高溫超導材料產業化開始加速。12/36 （2）第一代高溫超導材料主要通過擠壓力獲得超導電性第一代高溫超導材料主要通過擠壓力獲得超導電性 Bi 系超導材料主要的應用材料有 Bi-2212 線材、B

14、i-2212 薄膜、Bi-2223 帶材。在制備 Bi-2223 帶材的軋制工藝過程中，軋制壓力的作用迫使 Bi-2223 晶粒發生轉向，從而獲得良好的超導電性，而在制備Bi-2212 線材的擠壓工藝中，也是通過擠壓力的作用使 Bi2212 晶粒發生轉向，獲得超導電性。目前常用于制備 Bi-2212/Bi-2223 原料粉末的工藝方法主要有噴霧熱分解法、共沉淀法、固相反應法。13/36 第二代高溫超導帶材生產工藝方面，一些發達國家先后突破了第二代高溫超導帶材的長線制備技術，公里級帶材的生產工藝已日漸成熟。（3）第二代高溫超導帶材第二代高溫超導帶材 YBCO 成為行業重點發展方向成為行業重點發展

15、方向 第二代高溫超導帶材及應用產品將在許多重要領域，如綠色能源、智能電網、軍事工業、醫療器械、交通及科學研究等領域被大力推廣應用，目前我國高溫超導材料大規模應用的瓶頸問題是材料價格過高，需要進一步提高技術成熟度，提升產業化能力，并改善材料綜合性能，從而提高材料性價比。14/36 15/36 四、四、超導行業競爭格局及行業壁壘超導行業競爭格局及行業壁壘 1.競爭格局競爭格局 當前全球高溫超導帶材行業發展較為成熟，國內外涌現出多家高溫超導帶材廠商，全球高溫超導帶材廠商主要分為三個梯隊，第一梯隊廠商有 Super Power（日本古河的子公司）、Super Ox（美資俄羅斯企業）和中國的上海超導，第

16、二梯隊廠商由韓國 Su NAM、俄羅斯 Theva 和老牌企業美國超導，第三梯隊廠商每年在下游需求驅動下不斷涌現出新的企業。核心的高溫超導帶材廠商近兩年也正加速擴產。超導產業鏈條中，高溫超導材料在設備中的成本占比仍處于較高水平，近兩年國內高溫超導帶材生產技藝加速成熟、產能穩健擴張，帶材價格正迅速下降，推動高溫超導技術商業化應用落地。搶先布局企業將充分受益搶先布局企業將充分受益。從整條超導產業鏈條來看，越往下游走產品研發需要的時間、資金和人才投入越多，技術壁壘越高，搶先布局的企業可以構筑較高的專利壁壘保障自身的行業領先地位。當前國內布局高溫超導終端設備的企業主要是聯創光電聯創光電，公司的高溫超導

17、感應加熱設備已經在市場實現 0-1 突破，收到下游客戶正向反饋，市場需求旺盛，目前公司在手訂單超 60 臺，今年開啟規?；拷桓?。16/36 2.技術壁壘技術壁壘（1）超導材料大規模應用受到多重限制超導材料大規模應用受到多重限制 縱然超導應用潛力巨大，但超導材料的實現有嚴格的條件。限制超導應用有三個臨界參數：臨界溫度、臨界磁場和臨界電流密度，這意味著超導電性必須在足夠低的溫度、不太高的磁場和不特別大的電流密度下才能實現。一旦突破某個臨界參數，材料有可能瞬間從零電阻變成有電阻的狀態，從而失去超導性能。三個臨界參數中后兩者決定了它的應用場景范圍，而臨界溫度則是應用的最大瓶頸。因為低溫就意味著在應

18、用超導體的同時，還面臨著高昂的制冷成本。因此，科學家們在研究超導的過程中，一直在努力提高超導材料的臨界溫度，其中三重天花板是重點突破的目標。（2）超導行業）超導行業下游應用的壁壘相對較高，高溫超導磁體下游產品試錯成本下游應用的壁壘相對較高，高溫超導磁體下游產品試錯成本較高，存在較高，存在較高的資金和技術壁壘較高的資金和技術壁壘 以高溫超導設備為例，公司設立專利障礙，加深技術護城河。高溫超導加熱技術前景廣闊，但是相應的進入難度同樣很大。聯創光電聯創光電作為全球領先的高溫超導感應設備供應商，構建了較高的技術壁壘。已申請獲批 43 項授權專利，其中發明專利 17 項，形成了全方位自主性的知識產權體系

19、，并將已獲權的中國專利通過 PCT 進入國際專利，擴大保護地域范圍。并且由于公司早在 10 年前就開始布局，進行技術團隊、生產團隊的培養，以及研發過程、關鍵技術的摸索、試錯過程以及研發投入，即使有后來競爭者，也必須付出高額的資金和較長的時間。五、五、超導超導行業行業相關機遇及相關機遇及未來發展前景未來發展前景 17/36 1.MRI 帶動超導材料需求釋放帶動超導材料需求釋放 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，簡稱 MRI）通過對靜磁場中的人體施加某種特定頻率的射頻脈沖，使人體中的原子核（主要是氫質子）受到激勵而發生磁共振現象，在停止脈沖后，原子核在弛豫過程中產生

20、 MR 信號，通過對 MR 信號的接收、空間編碼和圖像重建等處理過程，最終處理成圖像信息。MRI 產業鏈括上游 MRI 設備原材料供應商，中游 MRI 設備制造經銷商和下游的 MRI 診斷服務及衍生服務機構。上游主要提供核磁共振設備基礎的技術與材料，上游行業的進步對核磁共振行業的發展至關重要。行業中游為核磁共振設備的生產與銷售，以 GE、飛利浦、西門子(合稱GPS)為首的外商品牌占據高場強的超導產品市場，而國產品牌則以低場強的永磁系列產品的市場為主。行業下游則由需求方構成，包括醫療機構、體檢中心及獨立影像中心。18/36 在競爭格局方面，第一梯隊主要以跨國醫療器械企業為主，這些企業市場占有率高

21、，研發能力較強，高端超導 MRI 市場基本上被 GE、飛利浦、西門子三家國際巨頭壟斷。第二梯隊為我國本土企業，包括成都上海聯影、東軟醫療等企業，目前已實現 1.5T 和 3T 超導 MRI 的商業化生產。磁體是 MRI 設備中產生主磁場的核心部件，可保持在目標區域中的高磁場和高均勻度，核磁共振設備按磁體類型可分為永磁型 MRI 設備，常導型 MRI 設備和超導型 MRI 設備。按磁體產生靜磁場的磁場強度大小可分為低場（0.1T-0.5T）MRI 設備，中場（0.6T-1T）MRI 設備，高場（1.5T-2T）MRI 設備，以及超高場（3T 及以上）MRI 設備，當前臨床上所用的磁場強度為 1.

22、5T。超導磁體通過超導線圈運行，磁場強度更強，穩定性更高，是當前市場主流技術。超導磁體作為磁共振的核心，其成本占總成本的很大一部分。根據曦合超導資料，1.5T 磁共振超導磁體成本占比在 30%40%，3.0T 磁共振超導磁體的成本占比在 50%60%，占總成本的一半以上。19/36 MRI 設備需求快速增長。設備需求快速增長。根據聯影醫療招股說明書，中國 MRI 設備市場保有量近年來一直保持快速增長態勢。2018 年，日本、美國每百萬人 MRI 人均保有量分別約為 55.2 臺和 40.4 臺，同期中國每百萬人 MRI 人均保有量約為 9.7 臺，我國當前人均 MRI 擁有量與發達國家的差距較

23、大，隨著臨床需求的持續增加，中國成為全球增長速度最快的市場。2020 年，中國 MRI 市場規模達 89.2 億元，預計 2030 年將增長至 244.2 億元，年復合增長率為 10.6%。MRI 用超導線材需求量不斷增加。用超導線材需求量不斷增加。目前，國內 MRI 存量市場主要以 1.5T 和 3.0T 兩種型號為主。其中，1.5TMRI 因能夠滿足基本臨床需求，市場占比遠高于 3.0TMRI。2020 年，中國 1.5TMRI 設備保有量占比為 75.3%；3.0TMRI 設備因產品價格高且采購需經政府批準，保有量占比為 24.7%。根據西部超導的測算，1.5TMRI 設備所需線材為 0

24、.5 噸，3.0TMRI 設備所需線材為 1.5 噸。由于 1.5TMRI 僅滿足基本臨床需求，3.0TMRI 分辨率更高、檢查更精細，因此，未來 3.0TMRI 設備的占比有望進一步提高，對超導線材的需求量亦會進一步增加。20/36 2.超導在核聚變領域發揮重要作用超導在核聚變領域發揮重要作用（1）核聚變能產生方式核聚變能產生方式 核能具有能量密度高、穩定可靠、清潔無污染等優點，是化石能源的最佳替代項。核能的利用分為核裂變能和核聚變能。盡管核裂變和核聚變都使用原子能，但這兩個過程之間有關鍵的差別。相比核裂變能，核聚變能是具有清潔、安全、可持續等優點的終極能源。因此，許多國家的科研機構和科技公

25、司為之持續研究，希望早日實現聚變能發電，但其挑戰巨大，尚需解決眾多科學和技術難題。目前實現可控聚變約束有三種途徑，包括引力（重力）約束、慣性約束和磁約束。在三類約束方式中，引力約束無法在地球上實現，慣性約束也難以實現持續的聚變功率輸出，因此磁約束核聚變是實現聚變能開發的有效途徑。托卡馬克是最有可能首先實現聚變能商業化的途徑。托卡馬克是最有可能首先實現聚變能商業化的途徑。磁約束是實現聚變能開發的有效途徑，而在各種類型的磁約束聚變裝置中，托卡馬克以其優異的等離子體約束品質而備受重視。托卡馬克，是一種利用磁 21/36 約束來實現受控核聚變的環形容器。托卡馬克的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈

26、。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。中科院等離子體所自主研制并建成世界上第一個全超導托卡馬克實驗裝置中科院等離子體所自主研制并建成世界上第一個全超導托卡馬克實驗裝置 EAST（東方超環），標志著（東方超環），標志著聚變能發展步入聚變能發展步入全超導托卡馬克時代。全超導托卡馬克時代。由于常規超導托卡馬克裝置在長脈沖穩態運行方面有所缺陷，而全超導托卡馬克裝置具備開展長脈沖穩態實驗運行能力，所以從常規裝置向全超導裝置發展勢在必行。由中國科學院等離子體物理研究所(以下簡稱中科院等離子體所)承擔建設的國家九五重大科學工程項目EAST(

27、原名 HT-7U)超導托卡馬克核聚變實驗裝置，是一個擁有超導縱場磁體和超導極向場磁體系統的全超導大型非圓截面托卡馬克裝置。EAST 是由 Experimental（實驗）、Advanced（先進）、Superconducting（超導）、Tokamak（托卡馬克）四個單詞首字母拼寫而成。2006 年，中科院等離子體所自主研制并建成世界上第一個全超導托卡馬克實驗裝置 EAST（東方超環），標志著聚變能發展步入全超導托卡馬克時代，向著實現穩態核聚變能源方向發展。EAST 超導磁體采用 CICC 超導體，選用 NbTi 為超導材料。CICC 超導體的穩定性受其股線的銅超比、超導纜的空隙率、各級子纜扭

28、距、股線及子纜表面狀態等因素的影響很大。從節約項目經費及 NbTi 超導股線的性價比等因素考慮，EAST 采用了原準備用于超導加速器的低銅超比超導股線。22/36 （2）超導材料在超導材料在 CFETR 中的應用中的應用 超導材料在中國聚變工程試驗堆（CFETR）的線圈中發揮了重要的作用。中國聚變工程實驗堆（CFETR），是中國自主設計和研制并聯合國際合作的重大科學工程，也是我國聚變實用化研究的關鍵一步。雖然我國自 20 世紀 90 年代開始托卡馬克研究，并先后建成運行合肥超環(HT-7)、中國環流器二號(HL-2A)及東方超環(EAST)等裝置。然而目前來看，要填補未來商用聚變示范堆（DEM

29、O）之間的技術空白還有很大的差距，很多的工程技術難題也還沒有解決。CFETR 將著力解決 ITER 與 DEMO 之間存在的物理與工程技術難題，為我國 2050 年前后獨立自主建設聚變電站奠定堅實的基礎。在物理設計方面，CFETR 同樣采用全超導磁體集成方案，因此超導磁體系統是 CFETR 的核心部件之一，CFETR 的超導磁體系統主要由 16 組縱場（Toroidal Field,TF）磁體、8 組中心螺管（Central Solenoid,CS）磁體以及 6 組平衡場（Poloidal Field,PF）磁體等組成。其中，中心螺線管(CS)線圈是 CFETR 的重要組成部分之一。23/36

30、 未來線圈更有可能在高場區采用高溫超導導體，在低場區采用低溫超導導體。這是因為磁體系統在 CS和 TF 線圈導體上產生的最高磁場可能達到 15T 以上，此時使用 Nb3Sn 導體無法滿足要求，而隨著高溫超導材料技術的發展，未來 CS 線圈可能在高場區采用 Bi-2212 高溫超導導體(工作在 1030K 溫度，2530T 磁場強度)，而在低場區采用 Nb3Sn 低溫超導導體。在高場區的高溫超導導體進展方面，目前，中國科學院等離子體物理研究所已設計制造了由 42 根 Bi-2212 超導線絞制的高溫超導圓形 CICC 導體，并完成了臨界電流測試，該臨界電流值比較低，下一步需要發展高壓 O2 氛圍

31、下的熱處理技術，以提高Bi-2212 高溫超導導體的性能。（3）超導材料在超導材料在 ITER 中的應用中的應用 除了發展 EAST 和 CFETR，我國還積極參與國際大工程科學計劃ITER 計劃。ITER 計劃全稱國際熱核實驗堆，于 1985 年確立。在上個世紀五十年代氫彈爆炸成功之后，人們就開始了聚變核電站的研制研究工作。最初的聚變研究是作為國家機密，每個國家各自進行研究。但是由于受控聚變的實現難度超乎尋常，超越了任何一個國家的承受能力。于是從 60 年代開始，世界各國開始謀求合作以進行人類聚變能的開發。在這種背景下，ITER 計劃最終確立，并以建造一個可持續燃燒的托卡馬克聚變實驗堆為目標

32、。目前合作承擔 ITER 計劃的七個成員是歐盟、中國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國，這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家。ITER 計劃共需要超導線材 802 噸，其中我國西部超導承擔了 208 噸的超導線材供應工作，于 2017 年全部交付，得到國際同行的高度評價。24/36 大科學裝置將需要高性能低溫和高溫超導材料近大科學裝置將需要高性能低溫和高溫超導材料近 20000 噸。噸。隨著科技的進步，國際上前沿技術領域對超導材料和應用技術提出了更高、更全面的要求。新一代環形正負電子對撞機及超級質子對撞機（CEPC/SPPC）磁場水平達到國際最高水平 20T、中國聚變工程試驗堆（CFE

33、TR）磁場水平達到 15T、歐洲環形對撞機（FCC）磁場水平達到 15T，這些大科學裝置將需要高性能低溫和高溫超導材料近20000 噸。3.射頻超導腔是粒子加速器關鍵部件射頻超導腔是粒子加速器關鍵部件 射頻超導腔是新一代粒子加速器中的關鍵部件，采用鈮超導腔的粒子加速器，具有運行穩定好、平均流強高、加速梯度高、低損耗、運行成本低的特點。加速器是重要的科學裝置，在材料物理、高能物理、核物理、放射性核素研究等領域發揮著重要作用，在能源、醫療、軍事等方面也有著重要的應用價值。射頻超導腔是加速器中給粒子束流提供能量的核心部件，相當于加速器的發動機。它的工作原理是：輸入耦合器饋入腔體的微波在超導腔內部建立

34、特定諧振模式的電磁場；當帶電粒子以合適的相位通過射頻腔時，會正好受到正向加速場的作用，從而被加速。根據諧振腔的材料特性和工作溫度，可以分為常溫加速腔和超導加速腔。常溫加速腔的材料主要是無氧銅，腔的表面電阻在 m 量級，對應的本征品質因數 Q0 在 104 量級。而超導加速腔的材料目前主要是高純鈮，高純鈮是具有較高臨界溫度(Tc=9.2K)的第類超導材料，由于其高臨界溫度、高臨界磁場以及低表面電阻的特點逐步被用來代替銅作為高能粒子加速器的內腔材料。超導加速腔工作在超導狀態，腔的表面電阻一般為 n 量級，對應的本征品質因 25/36 數 Q0 在 109 量級，高于銅腔 5 個數量級，并且功率損耗

35、小、加速場梯度高、阻抗小，可以達到很好的能量分辨率和穩定度。射頻超導腔的關鍵參數包括加速梯度 E，品質因數0，RRR 等。加速梯度是超導腔的加速電壓與有效加速長度的比值，反映了帶電粒子通過超導腔時的能量增益，加速梯度越高，意味著加速到同樣的能量所需的加速腔更少，束線長度更低，加速器的建造和運行成本都會更低。品質因數是超導腔儲能與腔體損耗的比值，表征了加速腔在一定儲能的情況下，超導腔腔壁的功率損耗。RRR 值定義為材料在室溫下（300K）和在 4.2K（液氦）時的電阻率之比。德國研究儀器公司德國研究儀器公司(Research Instruments)在射頻超導腔制造環節全球領先，市占率超在射頻超

36、導腔制造環節全球領先，市占率超 5 成。成。德國研究儀器公司是從德國 ACCEL 公司分離出來的，是全球超導腔制造龍頭，業務布局覆蓋超導腔部件、加速器模塊以及加速器系統，目前射頻超導腔產能約 200 只/年，近些年已經累計交付超 2000 只，全球市占率超 5 成。國內北京大學射頻超導實驗室自國內北京大學射頻超導實驗室自 20 世紀世紀 80 年代末開始射頻超導加速腔研究。年代末開始射頻超導加速腔研究。1993 年，北京大學采用國產鈮材研制國內第一只超導腔（頻率 1.5GHz，1cell 橢球腔），當時國產鈮材的殘余電阻比（RRR）僅約 60。2005 年開始，北京大學與寧夏東方鉭業集團合作研

37、究滿足超導腔要求的大晶粒鈮材。早期像電子束焊接、表面處理、垂直測試等環節都需要送往海外實驗室進行，伴隨著國內射頻超導腔研究不斷推進，射頻超導腔產業國產化進程持續向前。2011 年東方鉭業集團和北京大學聯合的寧夏東方超導科技有限公司成立，開始建立國內集超導腔沖壓成型、機加工、高真空電子束焊接、表面處理、常溫微波測量等一體化的基地。目前，東方超導已形成一套完整的射頻超導腔的生產線，成為國內唯一具有超導腔生產及后續處理的產業鏈。超導加速器主要用于高能物理、散裂中子源、潔凈核能源、同步輻射光源、自由電子激光等，具有廣泛超導加速器主要用于高能物理、散裂中子源、潔凈核能源、同步輻射光源、自由電子激光等，具

38、有廣泛的應用前景和現實應用價值，國內相關科學項目預計將帶來超的應用前景和現實應用價值，國內相關科學項目預計將帶來超 800 只需求。只需求。國內正在建設的粒子加速器有上海硬 X 射線自由電子激光(SHINE)項目,項目共需 1.3GHz-9Cell 超導腔 600 只和 3.9GHz-9Cell超導腔 16 只；加速器驅動嬗變研究裝置(CIADS)項目,項目共需 Spoke、HWR 等不同型號的超導腔 137只；強流重離子加速裝置(HIAF)項目,項目共需 QWR、HWR 等不同型號的超導腔 106 只；高能同步輻射光源項目,項目共需輪輻超導腔 500MHz 超導腔 7 只，需求空間可觀。東方

39、鉭業東方鉭業是全球少數能夠生產超導鈮材和鈮鈦材的公司之一以及唯一兼具材料生產和超導腔制造能力的公司，東方超導為射頻超導腔業務主體。東方超導于 2011 年由東方鉭業與北京大學合資成立，通過產學研相結合的方式，將北京大學在超導腔領域已進行了數十年的研究成果實現產業化。北京大學目前持有東方超導 22.88%的股份，東方鉭業持有東方超導 68.64%的股份。東方超導在東方鉭業高純鈮材生產 26/36 加工基礎上，根據現有技術基礎和研發成果，完善了包括超導腔高純鈮板材料的制備與檢驗、超導腔半腔沖壓與精加工、電子束焊接、超導腔射頻頻率與場平坦化調整、超導腔后處理工藝、超導腔性能測試等在內的高加速梯度要求

40、的生產流程。目前東方超導已形成一套完整的射頻超導腔的生產線，是國內唯一具有超導腔生產及后續處理產業鏈的公司。4.超導在超導在 MCZ 應用應用領域領域逐步放量逐步放量 MCZ(磁控直拉單晶硅技術磁控直拉單晶硅技術)配置超導磁體。配置超導磁體。磁控直拉單晶硅技術（Magnetic Applied Czochralski Method），簡稱 MCZ，是目前國際上生產 300mm 以上大尺寸半導體級單晶硅的最主要方法。MCZ 法制備硅單晶的原理與 CZ 法基本相同，只是在生產過程中對硅熔液施加了一個橫向的電磁場，其目的是為了抑制硅溶液中的對流現象，從而控制晶體中的氧含量。單晶硅中氧的來源主要是石英

41、坩堝的溶解，而通過磁場對導電硅流體的熱對流形成抑制作用，抑制單晶硅生長過程中雜質和缺陷的產生，可以使晶體完整性、均勻性得到很大改善，從而實現高質量大尺寸單晶硅快速生長。晶盛機電與西部晶盛機電與西部超導強強聯合，助力超導材料需求放量。超導強強聯合，助力超導材料需求放量。2023 年 5 月，晶盛機電推出了第五代光伏低氧單晶爐配置了超導磁場，截至 2023 年 6 月，第五代單晶爐已簽訂約 3500 臺設備訂單，預計 2023 年配置近 300 臺超導磁場。2023 年 6 月，晶盛機電與西部超導簽訂戰略合作協議，將進一步加強和鞏固雙方在各自領域的技術優勢和競爭力，加快超導磁場產能供給，持續推動光

42、伏技術革新，助力全球新能源產業發展。27/36 單晶硅市場規模不斷擴大，拉動超導磁體需求釋放。單晶硅市場規模不斷擴大，拉動超導磁體需求釋放。單晶硅行業產業鏈上游為多晶硅及各類特種氣體；中游為單晶硅的生產供應環節；下游主要應用于太陽能電池、光伏、半導體、航空航天、汽車等領域。從我國單晶硅產出情況來看，得益于下游需求的不斷增長以及各企業產能布局進程加快，近年來我國單晶硅產能及產量均快速增長。隨著未來硅片不斷向大尺寸方向發展，疊加半導體產業與光伏產業對于硅片的需求，對于用 MCZ 法制備單晶硅所用的超導磁體需求量也會增加。根據辰光醫療招股說明書，按照 67 臺/GW 的行業標準計算，未來伴隨著 N

43、型單晶硅逐步替代 P 型單晶硅，對磁拉單晶超導磁體的需求將達到近萬臺。5.高溫超導感應加熱技術產業化前景廣闊高溫超導感應加熱技術產業化前景廣闊 高溫超導感應加熱器是一種以超導體為核心的新型的電磁感應加熱設備。利用超導體在低溫下可實現穩定零電阻超導態的特性，在金屬熱加工、熱處理等領域展現出優良特性，廣泛應用于包括鋁、銅、鈦等金屬的加工成型領域（包括擠壓、鍛造、軋制等）。新型超導感應加熱設備主要包括直流勵磁電源、超導主磁體系統和機械旋轉系統等。超導感應加熱技術加熱原理和傳統感應加熱相同，都是法拉第電磁感應定律、渦流效應與焦耳定律。高溫超導感應加熱技術利用超導材料在臨界低溫下呈現零電阻的特性，產生強

44、直流磁場，由機械傳動系統帶動如鋁錠等金屬工件在磁場中旋轉，產生相對運動，工件切割磁力線形成渦流并產生焦耳熱，實現對工件的熱處理。28/36 高溫超導感應加熱技術節能效果明顯。高溫超導感應加熱技術節能效果明顯。目前成熟的電機技術可以讓超導感應加熱效率達 90%以上，約為傳統方式的兩倍，節能效果明顯；高溫超導感應加熱可以得到更深入、更均勻的軸向溫度分布，提高加熱質量，從而適用于如鎂合金、鈦合金等傳統方式不能加熱的合金。高溫超導感應加熱經濟性體現在綜合經營成本低、投資回收期短、能效高等方面。高溫超導感應加熱經濟性體現在綜合經營成本低、投資回收期短、能效高等方面。高溫超導感應加熱設備生產利用率越高，產

45、生的經濟效益越顯著，超導線圈基本無能耗，大大節約了外圍輔助設備的電力成本。以 1MW 超導感應裝置為例，按電費 0.6 元/kWh 計算，每年約能節約電費 547 萬元，靜態設備投資回收期僅 2-3 年。2023 年年 4 月月 20，聯創超導自主研制的世界首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置于黑龍江中鋁集團東北，聯創超導自主研制的世界首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置于黑龍江中鋁集團東北輕合金公司投用，標志我國超導熱加工技術在全球實現重大突破。輕合金公司投用，標志我國超導熱加工技術在全球實現重大突破。該設備具有磁場強度高、透熱深度大、能效轉化率高等顯著優勢，并對超導磁體、旋轉加熱等核心關鍵技術的穩定性

46、和可靠性進行了驗證，在金屬熱加工行業實現了顛覆性替代應用。聯創光電預計 2024 年兆瓦級超導感應加熱器年產能達 100 臺，超導產業園達產后，可實現年產 500 臺的目標。此外，高溫超導感應加熱設備可用于銅、鋁、鎂、鈦等材料的熱加工及單晶硅生長爐、選礦和污水處理等方面，國內超導感應加熱技術持續發展，應用范圍廣，設備市場空間巨大。29/36 6.超導在電力領域產業化應用曙光初現超導在電力領域產業化應用曙光初現 高溫超導技術在電力工業具有廣闊的應用前景和巨大的市場潛力。高溫超導技術在電力工業具有廣闊的應用前景和巨大的市場潛力。超導電力的結合包括高溫超導限流器、高溫超導電纜、高溫超導變壓器等一系列

47、產品，且均已在實際生活中得到使用，其中高溫超導輸電電纜在超導體實現規?；纳虡I應用過程中，率先邁向產業化，目前已有多個長距離高溫超導電纜掛網運行。超導輸電技術是一種利用高密度載流能力的超導材料發展而成的新型輸電技術。超導輸電技術是一種利用高密度載流能力的超導材料發展而成的新型輸電技術。超導輸電系統的主要組成部分由超導電纜本體、超導電纜終端、循環低溫制冷裝置和配套的超導電纜及線路監控保護設施。超 30/36 導輸電電纜主要由超導材料、絕緣材料和維持超導狀態的低溫容器構成。目前高溫超導電纜按絕緣方式可分為常溫絕緣（Warm-Dielectric,WD）電纜和低溫絕緣（Cold-Dielectric

48、,CD）電纜兩種；按電纜結構可分為單相型、三相同軸型和三相統包型電纜，分別別適用于高電壓等級（110kV）、額定電壓 10kV商業化超導電纜系統和 66kV 以下的電壓等級。高溫超導電纜可能會替代傳統電纜成為輸電電纜的主流。高溫超導電纜可能會替代傳統電纜成為輸電電纜的主流。常規電纜輸電時，由于電阻生熱都會有所損耗，如輸送 1000 萬千瓦電力的損失可能達到一座 100 萬千瓦發電站的發電量，如果能通過給輸電線降溫使其達到超導狀態，就能將電阻幾乎變為零，從而實現無損輸電，大大提升輸電效率。和傳統的銅、鋁制成的電纜相比，高溫超導電纜可以將發電廠與用戶之間傳輸的電力損耗減少至 1/4?？紤]到高載流密

49、度的特性讓超導輸電系統的安裝占地空間變小，土地開挖和占用量也得以減少，利用現有的基礎設施鋪設超導電纜的可行性較高。同時，超導導線截面積較普通電纜大大減少，可以減輕輸電系統的總重量。在城市密集區域、跨越性輸電工程等場景下，高溫超導線路將成為更具優勢的選擇。隨著示范工程推進，超導電纜產業化大幕有望逐步拉開。隨著示范工程推進，超導電纜產業化大幕有望逐步拉開。超導輸電逐步從示范性工程向商業 20 世紀 90年代以來，美國、日本、韓國、德國等相繼開展了高溫超導電纜及其輸電技術的研究工作，并有多個工程投運。雖然關于超導電纜工程的研究起步較晚，但我國已經成為國際超導領域的中堅力量。隨著示范工程推進，超導電纜

50、產業化大幕有望逐步拉開。31/36 7.超導在高速電動懸浮領域應用前景可期超導在高速電動懸浮領域應用前景可期 超導電動懸超導電動懸浮列車最具實用化前景。浮列車最具實用化前景。根據磁懸浮列車的懸浮方式不同，可以將磁懸浮列車劃分為：電磁懸?。╡lectromagnetic suspension，EMS）列車、電動懸浮列車（electro dynamic suspension，EDS）、超導釘扎懸?。╯uperconducting pinning levitation，SPL）列車。電動懸浮按照場源形式可以劃分為超導電動懸浮和永磁電動懸浮，超導電動懸浮按照磁體的工作溫度又可以劃分為高溫超導電動懸浮和

51、低溫超導電動懸浮。在上述的幾種電動懸浮方式中，日本研發的線圈式超導電動懸浮列車最具實用化前景。電動懸浮、超導磁懸浮列車具有運行速度高、車輛輕、懸浮間隙大等優點，是目前超高速磁懸浮列車發展的主流趨勢。32/36 車載超導磁體是核心部件，承擔著與地面線圈（驅動、懸浮、導向線圈）相互作用，實現列車驅動、懸車載超導磁體是核心部件，承擔著與地面線圈（驅動、懸浮、導向線圈）相互作用，實現列車驅動、懸浮、導向的任務。浮、導向的任務。根據超導線圈的繞制線材不同，超導磁體可以分為基于 NbTi 低溫超導線繞制的低溫超導（low temperature superconducting,LTS）磁體、基于 Bi 系

52、一代高溫超導帶材繞制的高溫超導（high temperature superconducting,HTS）磁體和基于 ReBCO 二代高溫超導帶材繞制的高溫超導磁體，基于高溫超導帶材繞制的超導線圈可以大幅降低超導磁體的運行成本。日本磁懸浮列車的車載超導磁體采用低溫超導線 NbTi 繞制超導線圈。磁體系統主要由超導線圈、內杜瓦、支撐系統、冷屏、外杜瓦、液氮罐、液氦罐等設備組成。國內車載高溫超導磁體投入實驗運行國內車載高溫超導磁體投入實驗運行,在高速電動懸浮領域應用前景可期。在高速電動懸浮領域應用前景可期。國內車載超導磁體研究包括中國合肥物質研究院 LTS 磁體、中國上海交通大學 HTS 磁體、中

53、國西南交通大學 HTS 磁體等，其中上海交通大學設計的閉環車載 HTS 磁體的電流衰減率是最低的，設計的非浸漬、固氮低溫系統也是目前低溫維持時間最長的，部分磁體已經投入實驗運行。高溫超導帶材具有臨界電流高、溫度裕度大、機械強度高等優點，采用二代 HTS 帶材繞制超導磁體具有結構緊湊、磁場強度高的優點，在高速電動懸浮領域應用前景可期。六、六、相關公司相關公司 1.聯創光電：國內光電器件領軍企業，高溫超導技術領跑聯創光電：國內光電器件領軍企業，高溫超導技術領跑 國內光電器件領軍企業，聚焦三大主業推進產業優化升級。近年來，背光源和低端線纜業務的市場收窄，業績不佳，公司正逐步剝離相關資產，將業務中心放

54、在智能控制器、激光產品和高溫超導三大業務板塊。公司的智能控制器產品從高端家電智能控制器拓展至新能源汽車、工業控制領域的智能控制器、高端光耦等。激光產品系列由公司與我國中物院十所合作成立中久激光經營，公司將中物院十所的先進激光技術科研成果產業化，現已具備國內功率最高的泵浦源和高質量光纖激光器生產能力，目前激光武器光刃已通過驗收，等待列裝，光刃也已臨近驗收。公司是全球唯一的高溫超導感應設備供應商，在該領域構建了極高的技術壁壘，產品目前主要應用于鋁、銅等非磁金屬熱加工領域，未來將向金屬熔煉，晶硅生長爐等領域拓展業務。33/36 公司具備全球唯一的兆瓦級感應加熱設備生產能力，產品技術遙遙領先。公司具備

55、全球唯一的兆瓦級感應加熱設備生產能力，產品技術遙遙領先。目前全球僅有德國和韓國各有一臺工業級超導感應加熱裝置，分別為 720kW 和 300kW。這些設備的工業生產效率遠落后于公司的產品。公司的設備功率是其他產品的 1.5 倍以上；可加熱鋁錠的最大直徑是韓國設備 1.9 倍，是德國設備的 2.5 倍；可加熱錠坯的長度為韓國設備的 2.14 倍，為德國設備的 2.17 倍；產能是韓國設備的 3.9 倍，是德國設備的 2.6 倍。工業生產效率上的巨大差異，保障了公司產品的競爭優勢。34/36 產品矩陣加速完善，提前布局產能擴張蓄力長期成長，布局新領域應用研發打開長期成長空間。產品矩陣加速完善，提前

56、布局產能擴張蓄力長期成長，布局新領域應用研發打開長期成長空間。公司規劃布局單工位、雙工位、四工位、八工位的超導加熱裝置。每臺設備的使用壽命在 25 年左右，公司目前銷售產品以單工位產品為主，正重點打磨多工位產品，提升公司盈利能力。公司目前超導設備產能在50 臺左右。后期公司計劃在鋁產業集中的區域附近布局超導產業園，預計在年內完成選址明年開工投建，最終計劃在 2025 年實現年產能 200 臺的目標。應用領域方面，目前主要應用于鋁、銅等非磁金屬熱加工領域，積累行業經驗后將逐步拓展至鋁銅型材擠壓機配套、金屬熔煉、晶硅生長爐、鈦及鈦合金等高端非磁性金屬加熱、鎂合金（鎂鋁合金）加熱等領域。2.永鼎股份

57、：深耕光電領域數十年，高溫超導發展加速永鼎股份：深耕光電領域數十年，高溫超導發展加速 國內老牌光通信重點企業，業務拓展聚焦光電產業。國內老牌光通信重點企業，業務拓展聚焦光電產業。公司歷經數十年發展，產業鏈不斷拓展，目前已形成光電交融、協同發展的戰略布局。1）光通信產業：聚焦新基建，提供 5G/固網寬帶雙千兆網絡、DCI(數據中心互聯)綜合解決方案，以及數據收集與信息服務解決方案，未來將持續加大對光模塊、光器件和光芯片的研發投入，順應雙千兆提速與數據中心擴容的發展趨勢。2）電力傳輸產業：聚焦新能源，重點發展汽車高壓線束、海底電纜與超導電力等新能源相關業務，并保持海外工程穩中有進、可持續發展。高溫

58、超導發展進入加速期，關鍵應用領域取得重要進展，公司發展有望再上新臺階。高溫超導發展進入加速期，關鍵應用領域取得重要進展，公司發展有望再上新臺階。公司積極布局高溫超導市場，以業內獨有的磁通釘扎技術，不斷研制應用于高強磁場工況下的高載流超導帶材，積極推進高溫超導材料在超導感應加熱和可控核聚變堆的應用，產業化發展進入加速期。超導金屬感應加熱設備方面，已完成大批量特種高場高溫超導帶材的供貨工作；可控核聚變反應堆應用方面，順利通過前期測試評估工作，獲得高溫超導帶材合同，首批超導帶材已完成交貨；超導電力方面，與國網合作落地實施的高溫超導直流電纜示范工程，已完成試驗工作。目前公司已和眾多科研院所如中科院電工

59、所、702所、核工業 585 所，以及眾多企業如聯創光電建立聯系，隨著產業化應用逐漸落地，公司發展有望再上新臺階。3.西部超導：高端鈦合金行業龍頭，低溫超導線材商業化生產企業西部超導：高端鈦合金行業龍頭，低溫超導線材商業化生產企業 高端鈦合金行業龍頭，產品譜系全面。高端鈦合金行業龍頭，產品譜系全面。公司主要從事高端鈦合金材料、高性能高溫合金材料和超導材料及其應用的研發、生產和銷售，是目前國內唯一實現超導線材商業化生產的企業，也是國際上唯一的鈮鈦鑄錠、棒材、超導線材生產及超導磁體制造全流程企業。其中高端鈦合金材料包括棒材、絲材等，超導材料包括鈮鈦錠棒、鈮鈦超導線材、鈮三錫超導線材和超導磁體等，高

60、性能高溫合金材料，包括變形 35/36 高溫合金和高溫合金母合金等。公司產品以國際先進、國內空白、解決急需為定位，始終服務國家戰略，補上了我國新型戰機、大飛機、直升機、航空發動機、艦船制造所需關鍵材料的短板。低溫超導線材商業化生產企業，研究成果豐富，構筑核心競爭力。低溫超導線材商業化生產企業，研究成果豐富，構筑核心競爭力。公司自主開發全套低溫超導產品的生產技術，業務涉及 NbTi 錠棒和線材、Nb3Sn 線材（包括青銅法和內錫法）和超導磁體的生產，是全球唯一的鈮鈦（NbTi）錠棒、超導線材、超導磁體的全流程生產企業。在高溫超導材料方面，專注Bi 系和 MgB2 的研發和產業化，已掌握核心制備技術；重點發展 20T 以上全超導磁體、高性能核磁共振 MRI/NMR 用超導線材、低成本千米級高溫超導涂層導體織構化基帶及功能層沉積技術、高性能 Bi系和鐵基超導線材制備技術。公司的超導線材目前主要應用于磁約束核聚變、人體核磁共振成像儀（MRI）、核磁共振譜儀（NMR）、磁控直拉單晶硅（MCZ）磁體等領域，未來有望拓展至核聚變工程堆、大科學工程、半導體、高速磁懸浮列車、新概念武器裝備等領域，發展前景廣闊。