约束方式

要引发核聚变，就必须准备温度超过一亿度的等离子体（电子和离子四处乱飞的气体），才能让原子核相互碰撞。可是这么高温的气体，无论装进什么样的容器，一碰到壁就会立刻冷却下来。所以核聚变研究的出发点始终是同一个问题：怎样才能让炽热的等离子体保持在不接触壁的状态？这种「约束（confinement）」上的巧思，正是本节的整体主题。

约束的三种思路（高中水平）

保持炽热等离子体的方法大致分为三种。若按「利用什么力」来区分，就能把整体图景理得清清楚楚。

用重力约束的是太阳。太阳靠自身极为庞大的重量把等离子体压聚在中心。这是非常稳定的方法，但地球尺度的重力远远不够，所以无法用于地面装置。恒星是如何发光的，会在 核聚变基础 中讲解。

用磁场约束是地面研究的主流。等离子体是带电粒子的集合，所以能用磁铁的力（磁场）来改变它前进的方向。粒子会像缠绕在磁力线上一样一边旋转一边前进，因此只要把磁力线巧妙地闭合成环形，等离子体就能不接触壁地不停绕圈跑。可以想象成让等离子体在磁铁看不见的轨道上奔跑。

用惯性约束的是激光核聚变。这是把极小的燃料颗粒从四面八方用激光在一瞬间压碎，趁它还来不及飞散就让它发生反应的方法。基于「在逃走之前就结束」的构想，约束的时间只有约一万亿分之一秒。

本节将学到什么

建议按以下页面从上到下依次阅读。前半部分打好磁场约束的基础，后半部分再拓展到代表性装置和其他方式。

• 磁场位形基础：用磁场保持等离子体的机制的共同基础。学习为什么要做成环形（环面），以及如何扭转磁力线。请先从这里读起。
• 托卡马克：目前研究最为深入的磁场约束方式。特点是让等离子体自身通电流来扭转磁场。
• 仿星器：仅靠外部线圈来扭转磁场的方式。因为不依赖电流，所以适合连续运行。
• 磁镜：不做成环形，而是把笔直磁场的两端加强，像塞子一样把等离子体弹回来的方式。
• 惯性约束核聚变：不使用磁场，而用激光在一瞬间压缩燃料的另一类方式。

阅读前需要了解的内容

本节如果先读过下面这两节，理解起来会轻松很多。

• 核聚变基础：讲解核聚变到底是什么、为什么需要高温高密度。
• 等离子体物理：讲解带电粒子在磁场中如何运动（拉莫尔运动等）。磁场约束的内容以此为基础。

即使还没读过，各页面也会在术语首次出现时加以说明，所以如果有疑问，可以随时返回查看再继续。首先从 磁场位形基础 开始吧。