约束方式

要维持核聚变反应的持续进行，必须将超过1亿度的高温等离子体保持在不接触容器壁的状态下。本节将解释主要约束方式的原理和特点。

为什么需要约束

等离子体要发生足够频率的核聚变反应，必须满足以下条件：

这些条件被总结为核聚变点火的指标——劳森条件。

n \cdot T \cdot \tau_E > 3 \times 10^{21} \text{ keV} \cdot \text{s} / \text{m}^3

等离子体约束主要有三种方法。

利用磁场约束带电粒子的方式。由于带电粒子会绕磁力线运动（拉摩尔运动），通过构成适当的磁场位形可以保持等离子体。

拉摩尔半径 $r_L$ 由下式表示。

r_L = \frac{m v_\perp}{q B}

其中 $m$ 是粒子质量， $v_\perp$ 是垂直于磁场的速度分量， $q$ 是电荷， $B$ 是磁场强度。

主要的磁场约束装置：

用强激光或粒子束快速压缩和加热燃料颗粒，利用燃料自身的惯性确保反应时间的方式。

在太阳等恒星中实现的方式。巨大的质量产生的重力将高温等离子体约束在中心部位。由于在地上无法实现，因此不作为研究对象。

作为评估约束性能的重要指标，有等离子体压力与磁压力的比值——贝塔值 $\beta$ 。

\beta = \frac{n k_B T}{B^2 / 2\mu_0} = \frac{2\mu_0 n k_B T}{B^2}

贝塔值越高，在相同磁场强度下可以约束更高压力的等离子体，因此经济性优越。然而，在高贝塔区域容易发生 MHD 不稳定性。