1、2023 年深度行业分析研究报告 1/36 行业研究报慧博智能投研 一、超导行业概述一、超导行业概述 1.超导定义超导定义超导是超导电性的简称，指的是在特定的低温条件下呈现出电阻等于零的特性以及具备完全抗磁性的材料，一直被称为当代科学的明珠。这个温度被称为超导临界温度（或超导转变温度），用 TC 表示。目录 目录 一、超导行业概述.1 二、我国超导行业发展现状.7 三、超导行业产业链.9 四、超导行业竞争格局及行业壁垒.15 五、超导行业相关机遇及未来发展前景.16 六、相关公司.32 2/36 2.超导超导发展历程发展历程 对于超导的研究起源于低温物理学。早期的超导物理属于低温物理的重要研究

2、方向，之后随着超导学科的不断发展，其研究领域也在不断扩大，现已和低温物理同属凝聚态物理的分支学科。对于低温物理的研究兴起于 19 世纪下半页，当时低温物理的研究主要有两个方向：一是如何获得绝对零度（0K，即零下 273.15）；二是在极低温下金属材料物理性能的研究。1908 年，荷兰科学家昂内斯将最难液化的气体氦气（He）液化，从而获得了 4.2K 的极低温度，为超导现象的研究奠定了基础。1911 年，昂内斯发现在液氦（4.2K）的环境下，金属汞（Hg）的电阻成功降为了 0，昂内斯将其命名为超导态，自此拉开了超导研究的帷幕。超导材料的探索主要经历了几个阶段：超导材料的探索主要经历了几个阶段：1

3、9111986 年，是低温超导材料发展阶段，1986 年发现铜氧化物高温超导体，2021 年发现临界转变温度为 39K 的金属化合物 MgB超导体，2008 年发现铁基超导体。此外，自从超导材料被发现以来，人们就没有停止过对室温超导的向往与探索。2023 年 7 月 22 日，韩国研究团队提交了一篇论文，文中首次揭示了一种名为 LK-99 的室温超导体的存在，给出了其具体的合成制备方法。根据该论文，LK-99 为一种掺杂铜的铅磷灰石材料体系，其超导临界温度 Tc 高达约 127 摄氏度（400K），且在常压下即可实现超导。该论文发布后，引发全球较多关注，并相继有实验室重复实验并给出初步结果。目

4、前针对韩国研究团队发现的 LK-99 材料体系是否具备室温超导特性，全球各研究小组仍有较大的分歧，仍需要更多的实验研究和结果复现来证实。现如今超导技术早已从实验室走向规模化商业应用。低温超导体（-269，液氦，以上温度工作的材料）早在 1980 年代实现商业化，但由于液氦的稀缺性和高成本，仅在医疗磁共振 MRI 设备中展开规模的商 3/36 业化应用。高温超导体（-196，液氮，以上温度工作的材料）近几年在材料大规模制备方面逐步成熟，成本下降和良率提升都呈现明显加速。高温超导技术在超导线缆（电网）、可控核聚变、高温超导感应加热设备等下游领域展开了规模化商业应用，并且呈现加速放量。随着材料的成熟

5、和下游应用领域的不断开展，高温超导行业已经迎来了规模商业化。3.超导特性超导特性 超导具有 3 个临界值，即临界温度 Tc、临界电流 Ic 和临界磁场 Hc。三者之间相互制约并形成临界值曲面，只有当温度、电流和磁场在临界值曲面上或内部时，物质才会进入超导态，拥有零电阻特性。超导材料具有零电阻、超导材料具有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应性质：完全抗磁性、量子隧穿效应性质：超导材料又称为超导体，是在某一温度下电阻为零的导体。而超导材料不仅具有零电阻的特性，还可以完全抗磁性。因此超导材料在传输过程中几乎没有能量耗损，还能在每平方厘米上承载更强的电流。在超导材料中，电子之间存在一种相互作用，使得它们

6、能够以成对的方式运动，这些成对的电子被称为库珀对。超导材料被冷却到低温时，库珀对开始形成，并在材料中不受阻碍地移动，从而导致电阻为零。4/36 4.超导分类超导分类 超导体的分类没有统一的标准，最常见的分类方法是按临界温度划分为低温超导，高温超导。超导物理中将临界温度在液氦温区(4.2K)的超导体称为低温超导体，也称为常规超导体，譬如目前商业化的 NbTi、NbSn；将临界温度在液氮温区(77K)的超导体称为高温超导体，譬如 YBa-Cu-O 超导体。5/36 5.超导应用超导应用 在应用领域方面，超导体因为具有绝对的零电阻和完全的抗磁性两大特性，在所有涉及电和磁的领域都有超导体的用武之地，应

7、用领域非常广泛，包括电子学、生物医学、科学工程、交通运输、电力等领域。6/36 7/36 二、二、我国超导行业发展现状我国超导行业发展现状 1.国际合作方面国际合作方面 中国于 2003 年 2 月 18 日宣布作为全权独立成员加入 ITER 计划。ITER 计划是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，其原理是利用磁场对等离子体进行约束，模拟太阳的核聚变反应产生能量并实现可控利用，俗称人造太阳。ITER 计划需要采用 NbTi 和 Nb3Sn 超导线材制造超导磁体，线材制造任务由各参与国承担。2003 年我国政府决定参加 ITER 计划时，国内尚无企业具备 NbTi 和Nb3Sn

8、 超导线材生产能力，迫切需要开展超导线材产业化。到目前，我国已经能生产 Nb3Sn 超导线材和 NbTi 超导线材并交付 ITER 计划，产品性能获得业界高度肯定。2.鼓励产业发鼓励产业发展方面展方面 我国超导行业的发展趋势将朝提高性能、降低成本，功能集成化的方向发展。为了鼓励和规范着行业健康有序发展，我国政府先后出台了一系列政策对超导产业予以支持。3.超导标准化方面超导标准化方面 超导技术委员会（简称 IEC/TC90）于 1989 年 7 月正式成立，负责建立与超导材料和器件相关的国际标准。IEC/TC90 现有日、中、韩、美、俄、德、法、意等 10 个参加成员国，截止到目前，IEC/TC

9、90共颁布了 25 项超导国际标准，近来 IEC/TC90 推出国际标准的步伐明显加快，超导国际标准已经从术语和定义、超导特性测量方法，逐渐过渡到实用超导线和超导器件的一般性规范。我国主持的标准化项目包括铌钛和铌三锡复合超导线扭距测量-国际标准和超导单光子探测器暗记数率-国际标准。在国家标准方面，我国目前发布了 25 个超导国家标准。8/36 9/36 三、三、超导超导行业行业产业链产业链 1.超导行业产业链超导行业产业链 超导行业产业链主要由三部分组成，上游的矿产资源钛矿、铌矿、锡矿、钇钡矿等，中游的超导带材厂商，包括低温超导带材厂商和高温超导带材厂商，下游的超导磁体以及终端设备制造商。2.

10、低温超导低温超导（1）应用场景拓展，高温超导产业化蓄势待发应用场景拓展，高温超导产业化蓄势待发 低温超导已经规模商业化，高温超导正逐步开始产业化。虽然已发现了上千种超导材料，但具有实用化前景的材料并不多。低温超导材料自 1965 年开始研究，目前低温超导材料 NbTi 与 Nb3Sn 已实现商业化。而高温超导材料自 1986 年进行研究，目前刚开始进行产业化。（2）低温超导应用场景拓展低温超导应用场景拓展 10/36 NbTi 超导线材用量占整个超导材料市场的 90%以上。低温超导根据成分分为金属低温超导材料、合金低温超导材料和化合物低温超导材料。低温超导材料在批量化加工技术、成本、使用稳定性

11、方面的优势无可替代。目前已实现商业化的包括 NbTi（铌钛，Tc=9.5K）和 Nb3Sn（铌三锡，Tc=18k），NbTi 超导线材由于具有优异的中低磁场超导性能、良好的机械性能和加工性能、价格优势，在实践中获得了大规模应用，其用量占整个超导材料市场的 90%以上；而 Nb3Sn 的临界温度相对较高，在 18K 左右，该材料本身具有脆性，力学加工性能较差，临界电流对应变比较敏感，且制造困难、造价相对较高。西部超导西部超导是全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业。低温超导产业链相关的行业包括超导锭棒、超导线材、超导磁体和超导设备。从全球来看，有的公司专注某一领域，有的公司横跨多

12、个领域。西部超导是目前国内唯一低温超导线材商业化生产的企业，也是目前全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业。11/36 3.高温超导高温超导（1）高温超导技术突破，产业化蓄势待发高温超导技术突破，产业化蓄势待发 在高温超导材料中，由于铜氧化物超导材料的临界温度相比其他材料较高，制冷成本更低，因而具有更加广阔的应用前景。高温铜氧化物超导材料主要有 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 系在实用化上更具有优势。以

13、Bi-Sr-Ca-Cu-O 为代表的第一代高温超导材料，和以 Y-Ba-Cu-O 为代表的第二代高温超导材料受到广泛关注。同时，MgB2（Tc=40K）材料，铁基超导材料等应用价值也在不断开拓。2022 年，永鼎股份永鼎股份二代高温超导带材在磁感应加热设备中实现产业化供货，2023 年 4 月 20 日，联创超导联创超导自主研制的世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置在黑龙江中铝集团东北轻合金公司成功投运，高温超导材料产业化开始加速。12/36 （2）第一代高温超导材料主要通过挤压力获得超导电性第一代高温超导材料主要通过挤压力获得超导电性 Bi 系超导材料主要的应用材料有 Bi-2212 线材、B

14、i-2212 薄膜、Bi-2223 带材。在制备 Bi-2223 带材的轧制工艺过程中，轧制压力的作用迫使 Bi-2223 晶粒发生转向，从而获得良好的超导电性，而在制备Bi-2212 线材的挤压工艺中，也是通过挤压力的作用使 Bi2212 晶粒发生转向，获得超导电性。目前常用于制备 Bi-2212/Bi-2223 原料粉末的工艺方法主要有喷雾热分解法、共沉淀法、固相反应法。13/36 第二代高温超导带材生产工艺方面，一些发达国家先后突破了第二代高温超导带材的长线制备技术，公里级带材的生产工艺已日渐成熟。（3）第二代高温超导带材第二代高温超导带材 YBCO 成为行业重点发展方向成为行业重点发展

15、方向 第二代高温超导带材及应用产品将在许多重要领域，如绿色能源、智能电网、军事工业、医疗器械、交通及科学研究等领域被大力推广应用，目前我国高温超导材料大规模应用的瓶颈问题是材料价格过高，需要进一步提高技术成熟度，提升产业化能力，并改善材料综合性能，从而提高材料性价比。14/36 15/36 四、四、超导行业竞争格局及行业壁垒超导行业竞争格局及行业壁垒 1.竞争格局竞争格局 当前全球高温超导带材行业发展较为成熟，国内外涌现出多家高温超导带材厂商，全球高温超导带材厂商主要分为三个梯队，第一梯队厂商有 Super Power（日本古河的子公司）、Super Ox（美资俄罗斯企业）和中国的上海超导，第

16、二梯队厂商由韩国 Su NAM、俄罗斯 Theva 和老牌企业美国超导，第三梯队厂商每年在下游需求驱动下不断涌现出新的企业。核心的高温超导带材厂商近两年也正加速扩产。超导产业链条中，高温超导材料在设备中的成本占比仍处于较高水平，近两年国内高温超导带材生产技艺加速成熟、产能稳健扩张，带材价格正迅速下降，推动高温超导技术商业化应用落地。抢先布局企业将充分受益抢先布局企业将充分受益。从整条超导产业链条来看，越往下游走产品研发需要的时间、资金和人才投入越多，技术壁垒越高，抢先布局的企业可以构筑较高的专利壁垒保障自身的行业领先地位。当前国内布局高温超导终端设备的企业主要是联创光电联创光电，公司的高温超导

17、感应加热设备已经在市场实现 0-1 突破，收到下游客户正向反馈，市场需求旺盛，目前公司在手订单超 60 台，今年开启规模化批量交付。16/36 2.技术壁垒技术壁垒（1）超导材料大规模应用受到多重限制超导材料大规模应用受到多重限制 纵然超导应用潜力巨大，但超导材料的实现有严格的条件。限制超导应用有三个临界参数：临界温度、临界磁场和临界电流密度，这意味着超导电性必须在足够低的温度、不太高的磁场和不特别大的电流密度下才能实现。一旦突破某个临界参数，材料有可能瞬间从零电阻变成有电阻的状态，从而失去超导性能。三个临界参数中后两者决定了它的应用场景范围，而临界温度则是应用的最大瓶颈。因为低温就意味着在应

18、用超导体的同时，还面临着高昂的制冷成本。因此，科学家们在研究超导的过程中，一直在努力提高超导材料的临界温度，其中三重天花板是重点突破的目标。（2）超导行业）超导行业下游应用的壁垒相对较高，高温超导磁体下游产品试错成本下游应用的壁垒相对较高，高温超导磁体下游产品试错成本较高，存在较高，存在较高的资金和技术壁垒较高的资金和技术壁垒 以高温超导设备为例，公司设立专利障碍，加深技术护城河。高温超导加热技术前景广阔，但是相应的进入难度同样很大。联创光电联创光电作为全球领先的高温超导感应设备供应商，构建了较高的技术壁垒。已申请获批 43 项授权专利，其中发明专利 17 项，形成了全方位自主性的知识产权体系

19、，并将已获权的中国专利通过 PCT 进入国际专利，扩大保护地域范围。并且由于公司早在 10 年前就开始布局，进行技术团队、生产团队的培养，以及研发过程、关键技术的摸索、试错过程以及研发投入，即使有后来竞争者，也必须付出高额的资金和较长的时间。五、五、超导超导行业行业相关机遇及相关机遇及未来发展前景未来发展前景 17/36 1.MRI 带动超导材料需求释放带动超导材料需求释放 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称 MRI）通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲，使人体中的原子核（主要是氢质子）受到激励而发生磁共振现象，在停止脉冲后，原子核在弛豫过程中产生

20、 MR 信号，通过对 MR 信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，最终处理成图像信息。MRI 产业链括上游 MRI 设备原材料供应商，中游 MRI 设备制造经销商和下游的 MRI 诊断服务及衍生服务机构。上游主要提供核磁共振设备基础的技术与材料，上游行业的进步对核磁共振行业的发展至关重要。行业中游为核磁共振设备的生产与销售，以 GE、飞利浦、西门子(合称GPS)为首的外商品牌占据高场强的超导产品市场，而国产品牌则以低场强的永磁系列产品的市场为主。行业下游则由需求方构成，包括医疗机构、体检中心及独立影像中心。18/36 在竞争格局方面，第一梯队主要以跨国医疗器械企业为主，这些企业市场占有率高

21、，研发能力较强，高端超导 MRI 市场基本上被 GE、飞利浦、西门子三家国际巨头垄断。第二梯队为我国本土企业，包括成都上海联影、东软医疗等企业，目前已实现 1.5T 和 3T 超导 MRI 的商业化生产。磁体是 MRI 设备中产生主磁场的核心部件，可保持在目标区域中的高磁场和高均匀度，核磁共振设备按磁体类型可分为永磁型 MRI 设备，常导型 MRI 设备和超导型 MRI 设备。按磁体产生静磁场的磁场强度大小可分为低场（0.1T-0.5T）MRI 设备，中场（0.6T-1T）MRI 设备，高场（1.5T-2T）MRI 设备，以及超高场（3T 及以上）MRI 设备，当前临床上所用的磁场强度为 1.

22、5T。超导磁体通过超导线圈运行，磁场强度更强，稳定性更高，是当前市场主流技术。超导磁体作为磁共振的核心，其成本占总成本的很大一部分。根据曦合超导资料，1.5T 磁共振超导磁体成本占比在 30%40%，3.0T 磁共振超导磁体的成本占比在 50%60%，占总成本的一半以上。19/36 MRI 设备需求快速增长。设备需求快速增长。根据联影医疗招股说明书，中国 MRI 设备市场保有量近年来一直保持快速增长态势。2018 年，日本、美国每百万人 MRI 人均保有量分别约为 55.2 台和 40.4 台，同期中国每百万人 MRI 人均保有量约为 9.7 台，我国当前人均 MRI 拥有量与发达国家的差距较

23、大，随着临床需求的持续增加，中国成为全球增长速度最快的市场。2020 年，中国 MRI 市场规模达 89.2 亿元，预计 2030 年将增长至 244.2 亿元，年复合增长率为 10.6%。MRI 用超导线材需求量不断增加。用超导线材需求量不断增加。目前，国内 MRI 存量市场主要以 1.5T 和 3.0T 两种型号为主。其中，1.5TMRI 因能够满足基本临床需求，市场占比远高于 3.0TMRI。2020 年，中国 1.5TMRI 设备保有量占比为 75.3%；3.0TMRI 设备因产品价格高且采购需经政府批准，保有量占比为 24.7%。根据西部超导的测算，1.5TMRI 设备所需线材为 0

24、.5 吨，3.0TMRI 设备所需线材为 1.5 吨。由于 1.5TMRI 仅满足基本临床需求，3.0TMRI 分辨率更高、检查更精细，因此，未来 3.0TMRI 设备的占比有望进一步提高，对超导线材的需求量亦会进一步增加。20/36 2.超导在核聚变领域发挥重要作用超导在核聚变领域发挥重要作用（1）核聚变能产生方式核聚变能产生方式 核能具有能量密度高、稳定可靠、清洁无污染等优点，是化石能源的最佳替代项。核能的利用分为核裂变能和核聚变能。尽管核裂变和核聚变都使用原子能，但这两个过程之间有关键的差别。相比核裂变能，核聚变能是具有清洁、安全、可持续等优点的终极能源。因此，许多国家的科研机构和科技公

25、司为之持续研究，希望早日实现聚变能发电，但其挑战巨大，尚需解决众多科学和技术难题。目前实现可控聚变约束有三种途径，包括引力（重力）约束、惯性约束和磁约束。在三类约束方式中，引力约束无法在地球上实现，惯性约束也难以实现持续的聚变功率输出，因此磁约束核聚变是实现聚变能开发的有效途径。托卡马克是最有可能首先实现聚变能商业化的途径。托卡马克是最有可能首先实现聚变能商业化的途径。磁约束是实现聚变能开发的有效途径，而在各种类型的磁约束聚变装置中，托卡马克以其优异的等离子体约束品质而备受重视。托卡马克，是一种利用磁 21/36 约束来实现受控核聚变的环形容器。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈

26、。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。中科院等离子体所自主研制并建成世界上第一个全超导托卡马克实验装置中科院等离子体所自主研制并建成世界上第一个全超导托卡马克实验装置 EAST（东方超环），标志着（东方超环），标志着聚变能发展步入聚变能发展步入全超导托卡马克时代。全超导托卡马克时代。由于常规超导托卡马克装置在长脉冲稳态运行方面有所缺陷，而全超导托卡马克装置具备开展长脉冲稳态实验运行能力，所以从常规装置向全超导装置发展势在必行。由中国科学院等离子体物理研究所(以下简称中科院等离子体所)承担建设的国家九五重大科学工程项目EAST(

27、原名 HT-7U)超导托卡马克核聚变实验装置，是一个拥有超导纵场磁体和超导极向场磁体系统的全超导大型非圆截面托卡马克装置。EAST 是由 Experimental（实验）、Advanced（先进）、Superconducting（超导）、Tokamak（托卡马克）四个单词首字母拼写而成。2006 年，中科院等离子体所自主研制并建成世界上第一个全超导托卡马克实验装置 EAST（东方超环），标志着聚变能发展步入全超导托卡马克时代，向着实现稳态核聚变能源方向发展。EAST 超导磁体采用 CICC 超导体，选用 NbTi 为超导材料。CICC 超导体的稳定性受其股线的铜超比、超导缆的空隙率、各级子缆扭

28、距、股线及子缆表面状态等因素的影响很大。从节约项目经费及 NbTi 超导股线的性价比等因素考虑，EAST 采用了原准备用于超导加速器的低铜超比超导股线。22/36 （2）超导材料在超导材料在 CFETR 中的应用中的应用 超导材料在中国聚变工程试验堆（CFETR）的线圈中发挥了重要的作用。中国聚变工程实验堆（CFETR），是中国自主设计和研制并联合国际合作的重大科学工程，也是我国聚变实用化研究的关键一步。虽然我国自 20 世纪 90 年代开始托卡马克研究，并先后建成运行合肥超环(HT-7)、中国环流器二号(HL-2A)及东方超环(EAST)等装置。然而目前来看，要填补未来商用聚变示范堆（DEM

29、O）之间的技术空白还有很大的差距，很多的工程技术难题也还没有解决。CFETR 将着力解决 ITER 与 DEMO 之间存在的物理与工程技术难题，为我国 2050 年前后独立自主建设聚变电站奠定坚实的基础。在物理设计方面，CFETR 同样采用全超导磁体集成方案，因此超导磁体系统是 CFETR 的核心部件之一，CFETR 的超导磁体系统主要由 16 组纵场（Toroidal Field,TF）磁体、8 组中心螺管（Central Solenoid,CS）磁体以及 6 组平衡场（Poloidal Field,PF）磁体等组成。其中，中心螺线管(CS)线圈是 CFETR 的重要组成部分之一。23/36

30、 未来线圈更有可能在高场区采用高温超导导体，在低场区采用低温超导导体。这是因为磁体系统在 CS和 TF 线圈导体上产生的最高磁场可能达到 15T 以上，此时使用 Nb3Sn 导体无法满足要求，而随着高温超导材料技术的发展，未来 CS 线圈可能在高场区采用 Bi-2212 高温超导导体(工作在 1030K 温度，2530T 磁场强度)，而在低场区采用 Nb3Sn 低温超导导体。在高场区的高温超导导体进展方面，目前，中国科学院等离子体物理研究所已设计制造了由 42 根 Bi-2212 超导线绞制的高温超导圆形 CICC 导体，并完成了临界电流测试，该临界电流值比较低，下一步需要发展高压 O2 氛围

31、下的热处理技术，以提高Bi-2212 高温超导导体的性能。（3）超导材料在超导材料在 ITER 中的应用中的应用 除了发展 EAST 和 CFETR，我国还积极参与国际大工程科学计划ITER 计划。ITER 计划全称国际热核实验堆，于 1985 年确立。在上个世纪五十年代氢弹爆炸成功之后，人们就开始了聚变核电站的研制研究工作。最初的聚变研究是作为国家机密，每个国家各自进行研究。但是由于受控聚变的实现难度超乎寻常，超越了任何一个国家的承受能力。于是从 60 年代开始，世界各国开始谋求合作以进行人类聚变能的开发。在这种背景下，ITER 计划最终确立，并以建造一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆为目标

32、。目前合作承担 ITER 计划的七个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家。ITER 计划共需要超导线材 802 吨，其中我国西部超导承担了 208 吨的超导线材供应工作，于 2017 年全部交付，得到国际同行的高度评价。24/36 大科学装置将需要高性能低温和高温超导材料近大科学装置将需要高性能低温和高温超导材料近 20000 吨。吨。随着科技的进步，国际上前沿技术领域对超导材料和应用技术提出了更高、更全面的要求。新一代环形正负电子对撞机及超级质子对撞机（CEPC/SPPC）磁场水平达到国际最高水平 20T、中国聚变工程试验堆（CFE

33、TR）磁场水平达到 15T、欧洲环形对撞机（FCC）磁场水平达到 15T，这些大科学装置将需要高性能低温和高温超导材料近20000 吨。3.射频超导腔是粒子加速器关键部件射频超导腔是粒子加速器关键部件 射频超导腔是新一代粒子加速器中的关键部件，采用铌超导腔的粒子加速器，具有运行稳定好、平均流强高、加速梯度高、低损耗、运行成本低的特点。加速器是重要的科学装置，在材料物理、高能物理、核物理、放射性核素研究等领域发挥着重要作用，在能源、医疗、军事等方面也有着重要的应用价值。射频超导腔是加速器中给粒子束流提供能量的核心部件，相当于加速器的发动机。它的工作原理是：输入耦合器馈入腔体的微波在超导腔内部建立

34、特定谐振模式的电磁场；当带电粒子以合适的相位通过射频腔时，会正好受到正向加速场的作用，从而被加速。根据谐振腔的材料特性和工作温度，可以分为常温加速腔和超导加速腔。常温加速腔的材料主要是无氧铜，腔的表面电阻在 m 量级，对应的本征品质因数 Q0 在 104 量级。而超导加速腔的材料目前主要是高纯铌，高纯铌是具有较高临界温度(Tc=9.2K)的第类超导材料，由于其高临界温度、高临界磁场以及低表面电阻的特点逐步被用来代替铜作为高能粒子加速器的内腔材料。超导加速腔工作在超导状态，腔的表面电阻一般为 n 量级，对应的本征品质因 25/36 数 Q0 在 109 量级，高于铜腔 5 个数量级，并且功率损耗

35、小、加速场梯度高、阻抗小，可以达到很好的能量分辨率和稳定度。射频超导腔的关键参数包括加速梯度 E，品质因数0，RRR 等。加速梯度是超导腔的加速电压与有效加速长度的比值，反映了带电粒子通过超导腔时的能量增益，加速梯度越高，意味着加速到同样的能量所需的加速腔更少，束线长度更低，加速器的建造和运行成本都会更低。品质因数是超导腔储能与腔体损耗的比值，表征了加速腔在一定储能的情况下，超导腔腔壁的功率损耗。RRR 值定义为材料在室温下（300K）和在 4.2K（液氦）时的电阻率之比。德国研究仪器公司德国研究仪器公司(Research Instruments)在射频超导腔制造环节全球领先，市占率超在射频超

36、导腔制造环节全球领先，市占率超 5 成。成。德国研究仪器公司是从德国 ACCEL 公司分离出来的，是全球超导腔制造龙头，业务布局覆盖超导腔部件、加速器模块以及加速器系统，目前射频超导腔产能约 200 只/年，近些年已经累计交付超 2000 只，全球市占率超 5 成。国内北京大学射频超导实验室自国内北京大学射频超导实验室自 20 世纪世纪 80 年代末开始射频超导加速腔研究。年代末开始射频超导加速腔研究。1993 年，北京大学采用国产铌材研制国内第一只超导腔（频率 1.5GHz，1cell 椭球腔），当时国产铌材的残余电阻比（RRR）仅约 60。2005 年开始，北京大学与宁夏东方钽业集团合作研

37、究满足超导腔要求的大晶粒铌材。早期像电子束焊接、表面处理、垂直测试等环节都需要送往海外实验室进行，伴随着国内射频超导腔研究不断推进，射频超导腔产业国产化进程持续向前。2011 年东方钽业集团和北京大学联合的宁夏东方超导科技有限公司成立，开始建立国内集超导腔冲压成型、机加工、高真空电子束焊接、表面处理、常温微波测量等一体化的基地。目前，东方超导已形成一套完整的射频超导腔的生产线，成为国内唯一具有超导腔生产及后续处理的产业链。超导加速器主要用于高能物理、散裂中子源、洁净核能源、同步辐射光源、自由电子激光等，具有广泛超导加速器主要用于高能物理、散裂中子源、洁净核能源、同步辐射光源、自由电子激光等，具

38、有广泛的应用前景和现实应用价值，国内相关科学项目预计将带来超的应用前景和现实应用价值，国内相关科学项目预计将带来超 800 只需求。只需求。国内正在建设的粒子加速器有上海硬 X 射线自由电子激光(SHINE)项目,项目共需 1.3GHz-9Cell 超导腔 600 只和 3.9GHz-9Cell超导腔 16 只；加速器驱动嬗变研究装置(CIADS)项目,项目共需 Spoke、HWR 等不同型号的超导腔 137只；强流重离子加速装置(HIAF)项目,项目共需 QWR、HWR 等不同型号的超导腔 106 只；高能同步辐射光源项目,项目共需轮辐超导腔 500MHz 超导腔 7 只，需求空间可观。东方

39、钽业东方钽业是全球少数能够生产超导铌材和铌钛材的公司之一以及唯一兼具材料生产和超导腔制造能力的公司，东方超导为射频超导腔业务主体。东方超导于 2011 年由东方钽业与北京大学合资成立，通过产学研相结合的方式，将北京大学在超导腔领域已进行了数十年的研究成果实现产业化。北京大学目前持有东方超导 22.88%的股份，东方钽业持有东方超导 68.64%的股份。东方超导在东方钽业高纯铌材生产 26/36 加工基础上，根据现有技术基础和研发成果，完善了包括超导腔高纯铌板材料的制备与检验、超导腔半腔冲压与精加工、电子束焊接、超导腔射频频率与场平坦化调整、超导腔后处理工艺、超导腔性能测试等在内的高加速梯度要求

40、的生产流程。目前东方超导已形成一套完整的射频超导腔的生产线，是国内唯一具有超导腔生产及后续处理产业链的公司。4.超导在超导在 MCZ 应用应用领域领域逐步放量逐步放量 MCZ(磁控直拉单晶硅技术磁控直拉单晶硅技术)配置超导磁体。配置超导磁体。磁控直拉单晶硅技术（Magnetic Applied Czochralski Method），简称 MCZ，是目前国际上生产 300mm 以上大尺寸半导体级单晶硅的最主要方法。MCZ 法制备硅单晶的原理与 CZ 法基本相同，只是在生产过程中对硅熔液施加了一个横向的电磁场，其目的是为了抑制硅溶液中的对流现象，从而控制晶体中的氧含量。单晶硅中氧的来源主要是石英

41、坩埚的溶解，而通过磁场对导电硅流体的热对流形成抑制作用，抑制单晶硅生长过程中杂质和缺陷的产生，可以使晶体完整性、均匀性得到很大改善，从而实现高质量大尺寸单晶硅快速生长。晶盛机电与西部晶盛机电与西部超导强强联合，助力超导材料需求放量。超导强强联合，助力超导材料需求放量。2023 年 5 月，晶盛机电推出了第五代光伏低氧单晶炉配置了超导磁场，截至 2023 年 6 月，第五代单晶炉已签订约 3500 台设备订单，预计 2023 年配置近 300 台超导磁场。2023 年 6 月，晶盛机电与西部超导签订战略合作协议，将进一步加强和巩固双方在各自领域的技术优势和竞争力，加快超导磁场产能供给，持续推动光

42、伏技术革新，助力全球新能源产业发展。27/36 单晶硅市场规模不断扩大，拉动超导磁体需求释放。单晶硅市场规模不断扩大，拉动超导磁体需求释放。单晶硅行业产业链上游为多晶硅及各类特种气体；中游为单晶硅的生产供应环节；下游主要应用于太阳能电池、光伏、半导体、航空航天、汽车等领域。从我国单晶硅产出情况来看，得益于下游需求的不断增长以及各企业产能布局进程加快，近年来我国单晶硅产能及产量均快速增长。随着未来硅片不断向大尺寸方向发展，叠加半导体产业与光伏产业对于硅片的需求，对于用 MCZ 法制备单晶硅所用的超导磁体需求量也会增加。根据辰光医疗招股说明书，按照 67 台/GW 的行业标准计算，未来伴随着 N

43、型单晶硅逐步替代 P 型单晶硅，对磁拉单晶超导磁体的需求将达到近万台。5.高温超导感应加热技术产业化前景广阔高温超导感应加热技术产业化前景广阔 高温超导感应加热器是一种以超导体为核心的新型的电磁感应加热设备。利用超导体在低温下可实现稳定零电阻超导态的特性，在金属热加工、热处理等领域展现出优良特性，广泛应用于包括铝、铜、钛等金属的加工成型领域（包括挤压、锻造、轧制等）。新型超导感应加热设备主要包括直流励磁电源、超导主磁体系统和机械旋转系统等。超导感应加热技术加热原理和传统感应加热相同，都是法拉第电磁感应定律、涡流效应与焦耳定律。高温超导感应加热技术利用超导材料在临界低温下呈现零电阻的特性，产生强

44、直流磁场，由机械传动系统带动如铝锭等金属工件在磁场中旋转，产生相对运动，工件切割磁力线形成涡流并产生焦耳热，实现对工件的热处理。28/36 高温超导感应加热技术节能效果明显。高温超导感应加热技术节能效果明显。目前成熟的电机技术可以让超导感应加热效率达 90%以上，约为传统方式的两倍，节能效果明显；高温超导感应加热可以得到更深入、更均匀的轴向温度分布，提高加热质量，从而适用于如镁合金、钛合金等传统方式不能加热的合金。高温超导感应加热经济性体现在综合经营成本低、投资回收期短、能效高等方面。高温超导感应加热经济性体现在综合经营成本低、投资回收期短、能效高等方面。高温超导感应加热设备生产利用率越高，产

45、生的经济效益越显著，超导线圈基本无能耗，大大节约了外围辅助设备的电力成本。以 1MW 超导感应装置为例，按电费 0.6 元/kWh 计算，每年约能节约电费 547 万元，静态设备投资回收期仅 2-3 年。2023 年年 4 月月 20，联创超导自主研制的世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置于黑龙江中铝集团东北，联创超导自主研制的世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置于黑龙江中铝集团东北轻合金公司投用，标志我国超导热加工技术在全球实现重大突破。轻合金公司投用，标志我国超导热加工技术在全球实现重大突破。该设备具有磁场强度高、透热深度大、能效转化率高等显著优势，并对超导磁体、旋转加热等核心关键技术的稳定性

46、和可靠性进行了验证，在金属热加工行业实现了颠覆性替代应用。联创光电预计 2024 年兆瓦级超导感应加热器年产能达 100 台，超导产业园达产后，可实现年产 500 台的目标。此外，高温超导感应加热设备可用于铜、铝、镁、钛等材料的热加工及单晶硅生长炉、选矿和污水处理等方面，国内超导感应加热技术持续发展，应用范围广，设备市场空间巨大。29/36 6.超导在电力领域产业化应用曙光初现超导在电力领域产业化应用曙光初现 高温超导技术在电力工业具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。高温超导技术在电力工业具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。超导电力的结合包括高温超导限流器、高温超导电缆、高温超导变压器等一系列

47、产品，且均已在实际生活中得到使用，其中高温超导输电电缆在超导体实现规模化的商业应用过程中，率先迈向产业化，目前已有多个长距离高温超导电缆挂网运行。超导输电技术是一种利用高密度载流能力的超导材料发展而成的新型输电技术。超导输电技术是一种利用高密度载流能力的超导材料发展而成的新型输电技术。超导输电系统的主要组成部分由超导电缆本体、超导电缆终端、循环低温制冷装置和配套的超导电缆及线路监控保护设施。超 30/36 导输电电缆主要由超导材料、绝缘材料和维持超导状态的低温容器构成。目前高温超导电缆按绝缘方式可分为常温绝缘（Warm-Dielectric,WD）电缆和低温绝缘（Cold-Dielectric

48、,CD）电缆两种；按电缆结构可分为单相型、三相同轴型和三相统包型电缆，分别别适用于高电压等级（110kV）、额定电压 10kV商业化超导电缆系统和 66kV 以下的电压等级。高温超导电缆可能会替代传统电缆成为输电电缆的主流。高温超导电缆可能会替代传统电缆成为输电电缆的主流。常规电缆输电时，由于电阻生热都会有所损耗，如输送 1000 万千瓦电力的损失可能达到一座 100 万千瓦发电站的发电量，如果能通过给输电线降温使其达到超导状态，就能将电阻几乎变为零，从而实现无损输电，大大提升输电效率。和传统的铜、铝制成的电缆相比，高温超导电缆可以将发电厂与用户之间传输的电力损耗减少至 1/4。考虑到高载流密

49、度的特性让超导输电系统的安装占地空间变小，土地开挖和占用量也得以减少，利用现有的基础设施铺设超导电缆的可行性较高。同时，超导导线截面积较普通电缆大大减少，可以减轻输电系统的总重量。在城市密集区域、跨越性输电工程等场景下，高温超导线路将成为更具优势的选择。随着示范工程推进，超导电缆产业化大幕有望逐步拉开。随着示范工程推进，超导电缆产业化大幕有望逐步拉开。超导输电逐步从示范性工程向商业 20 世纪 90年代以来，美国、日本、韩国、德国等相继开展了高温超导电缆及其输电技术的研究工作，并有多个工程投运。虽然关于超导电缆工程的研究起步较晚，但我国已经成为国际超导领域的中坚力量。随着示范工程推进，超导电缆

50、产业化大幕有望逐步拉开。31/36 7.超导在高速电动悬浮领域应用前景可期超导在高速电动悬浮领域应用前景可期 超导电动悬超导电动悬浮列车最具实用化前景。浮列车最具实用化前景。根据磁悬浮列车的悬浮方式不同，可以将磁悬浮列车划分为：电磁悬浮（electromagnetic suspension，EMS）列车、电动悬浮列车（electro dynamic suspension，EDS）、超导钉扎悬浮（superconducting pinning levitation，SPL）列车。电动悬浮按照场源形式可以划分为超导电动悬浮和永磁电动悬浮，超导电动悬浮按照磁体的工作温度又可以划分为高温超导电动悬浮和

51、低温超导电动悬浮。在上述的几种电动悬浮方式中，日本研发的线圈式超导电动悬浮列车最具实用化前景。电动悬浮、超导磁悬浮列车具有运行速度高、车辆轻、悬浮间隙大等优点，是目前超高速磁悬浮列车发展的主流趋势。32/36 车载超导磁体是核心部件，承担着与地面线圈（驱动、悬浮、导向线圈）相互作用，实现列车驱动、悬车载超导磁体是核心部件，承担着与地面线圈（驱动、悬浮、导向线圈）相互作用，实现列车驱动、悬浮、导向的任务。浮、导向的任务。根据超导线圈的绕制线材不同，超导磁体可以分为基于 NbTi 低温超导线绕制的低温超导（low temperature superconducting,LTS）磁体、基于 Bi 系

52、一代高温超导带材绕制的高温超导（high temperature superconducting,HTS）磁体和基于 ReBCO 二代高温超导带材绕制的高温超导磁体，基于高温超导带材绕制的超导线圈可以大幅降低超导磁体的运行成本。日本磁悬浮列车的车载超导磁体采用低温超导线 NbTi 绕制超导线圈。磁体系统主要由超导线圈、内杜瓦、支撑系统、冷屏、外杜瓦、液氮罐、液氦罐等设备组成。国内车载高温超导磁体投入实验运行国内车载高温超导磁体投入实验运行,在高速电动悬浮领域应用前景可期。在高速电动悬浮领域应用前景可期。国内车载超导磁体研究包括中国合肥物质研究院 LTS 磁体、中国上海交通大学 HTS 磁体、中

53、国西南交通大学 HTS 磁体等，其中上海交通大学设计的闭环车载 HTS 磁体的电流衰减率是最低的，设计的非浸渍、固氮低温系统也是目前低温维持时间最长的，部分磁体已经投入实验运行。高温超导带材具有临界电流高、温度裕度大、机械强度高等优点，采用二代 HTS 带材绕制超导磁体具有结构紧凑、磁场强度高的优点，在高速电动悬浮领域应用前景可期。六、六、相关公司相关公司 1.联创光电：国内光电器件领军企业，高温超导技术领跑联创光电：国内光电器件领军企业，高温超导技术领跑 国内光电器件领军企业，聚焦三大主业推进产业优化升级。近年来，背光源和低端线缆业务的市场收窄，业绩不佳，公司正逐步剥离相关资产，将业务中心放

54、在智能控制器、激光产品和高温超导三大业务板块。公司的智能控制器产品从高端家电智能控制器拓展至新能源汽车、工业控制领域的智能控制器、高端光耦等。激光产品系列由公司与我国中物院十所合作成立中久激光经营，公司将中物院十所的先进激光技术科研成果产业化，现已具备国内功率最高的泵浦源和高质量光纤激光器生产能力，目前激光武器光刃已通过验收，等待列装，光刃也已临近验收。公司是全球唯一的高温超导感应设备供应商，在该领域构建了极高的技术壁垒，产品目前主要应用于铝、铜等非磁金属热加工领域，未来将向金属熔炼，晶硅生长炉等领域拓展业务。33/36 公司具备全球唯一的兆瓦级感应加热设备生产能力，产品技术遥遥领先。公司具备

55、全球唯一的兆瓦级感应加热设备生产能力，产品技术遥遥领先。目前全球仅有德国和韩国各有一台工业级超导感应加热装置，分别为 720kW 和 300kW。这些设备的工业生产效率远落后于公司的产品。公司的设备功率是其他产品的 1.5 倍以上；可加热铝锭的最大直径是韩国设备 1.9 倍，是德国设备的 2.5 倍；可加热锭坯的长度为韩国设备的 2.14 倍，为德国设备的 2.17 倍；产能是韩国设备的 3.9 倍，是德国设备的 2.6 倍。工业生产效率上的巨大差异，保障了公司产品的竞争优势。34/36 产品矩阵加速完善，提前布局产能扩张蓄力长期成长，布局新领域应用研发打开长期成长空间。产品矩阵加速完善，提前

56、布局产能扩张蓄力长期成长，布局新领域应用研发打开长期成长空间。公司规划布局单工位、双工位、四工位、八工位的超导加热装置。每台设备的使用寿命在 25 年左右，公司目前销售产品以单工位产品为主，正重点打磨多工位产品，提升公司盈利能力。公司目前超导设备产能在50 台左右。后期公司计划在铝产业集中的区域附近布局超导产业园，预计在年内完成选址明年开工投建，最终计划在 2025 年实现年产能 200 台的目标。应用领域方面，目前主要应用于铝、铜等非磁金属热加工领域，积累行业经验后将逐步拓展至铝铜型材挤压机配套、金属熔炼、晶硅生长炉、钛及钛合金等高端非磁性金属加热、镁合金（镁铝合金）加热等领域。2.永鼎股份

57、：深耕光电领域数十年，高温超导发展加速永鼎股份：深耕光电领域数十年，高温超导发展加速 国内老牌光通信重点企业，业务拓展聚焦光电产业。国内老牌光通信重点企业，业务拓展聚焦光电产业。公司历经数十年发展，产业链不断拓展，目前已形成光电交融、协同发展的战略布局。1）光通信产业：聚焦新基建，提供 5G/固网宽带双千兆网络、DCI(数据中心互联)综合解决方案，以及数据收集与信息服务解决方案，未来将持续加大对光模块、光器件和光芯片的研发投入，顺应双千兆提速与数据中心扩容的发展趋势。2）电力传输产业：聚焦新能源，重点发展汽车高压线束、海底电缆与超导电力等新能源相关业务，并保持海外工程稳中有进、可持续发展。高温

58、超导发展进入加速期，关键应用领域取得重要进展，公司发展有望再上新台阶。高温超导发展进入加速期，关键应用领域取得重要进展，公司发展有望再上新台阶。公司积极布局高温超导市场，以业内独有的磁通钉扎技术，不断研制应用于高强磁场工况下的高载流超导带材，积极推进高温超导材料在超导感应加热和可控核聚变堆的应用，产业化发展进入加速期。超导金属感应加热设备方面，已完成大批量特种高场高温超导带材的供货工作；可控核聚变反应堆应用方面，顺利通过前期测试评估工作，获得高温超导带材合同，首批超导带材已完成交货；超导电力方面，与国网合作落地实施的高温超导直流电缆示范工程，已完成试验工作。目前公司已和众多科研院所如中科院电工

59、所、702所、核工业 585 所，以及众多企业如联创光电建立联系，随着产业化应用逐渐落地，公司发展有望再上新台阶。3.西部超导：高端钛合金行业龙头，低温超导线材商业化生产企业西部超导：高端钛合金行业龙头，低温超导线材商业化生产企业 高端钛合金行业龙头，产品谱系全面。高端钛合金行业龙头，产品谱系全面。公司主要从事高端钛合金材料、高性能高温合金材料和超导材料及其应用的研发、生产和销售，是目前国内唯一实现超导线材商业化生产的企业，也是国际上唯一的铌钛铸锭、棒材、超导线材生产及超导磁体制造全流程企业。其中高端钛合金材料包括棒材、丝材等，超导材料包括铌钛锭棒、铌钛超导线材、铌三锡超导线材和超导磁体等，高

60、性能高温合金材料，包括变形 35/36 高温合金和高温合金母合金等。公司产品以国际先进、国内空白、解决急需为定位，始终服务国家战略，补上了我国新型战机、大飞机、直升机、航空发动机、舰船制造所需关键材料的短板。低温超导线材商业化生产企业，研究成果丰富，构筑核心竞争力。低温超导线材商业化生产企业，研究成果丰富，构筑核心竞争力。公司自主开发全套低温超导产品的生产技术，业务涉及 NbTi 锭棒和线材、Nb3Sn 线材（包括青铜法和内锡法）和超导磁体的生产，是全球唯一的铌钛（NbTi）锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业。在高温超导材料方面，专注Bi 系和 MgB2 的研发和产业化，已掌握核心制备技术；重点发展 20T 以上全超导磁体、高性能核磁共振 MRI/NMR 用超导线材、低成本千米级高温超导涂层导体织构化基带及功能层沉积技术、高性能 Bi系和铁基超导线材制备技术。公司的超导线材目前主要应用于磁约束核聚变、人体核磁共振成像仪（MRI）、核磁共振谱仪（NMR）、磁控直拉单晶硅（MCZ）磁体等领域，未来有望拓展至核聚变工程堆、大科学工程、半导体、高速磁悬浮列车、新概念武器装备等领域，发展前景广阔。