托卡马克
托卡马克是利用磁场将等离子体约束在环面(甜甜圈形状)中的装置。其名称源自俄语中意为“带磁线圈的环形容器”一词的首字母缩写。
通俗定义(高中水平)
Section titled “通俗定义(高中水平)”在甜甜圈形状的真空容器周围缠绕线圈,产生强磁场,把 1 亿度的等离子体悬浮起来加以约束的装置。它是当今世界研究最为深入的核聚变方式,正在法国建设的国际实验堆 ITER 也是一台托卡马克。
工作原理(本科及以上)
Section titled “工作原理(本科及以上)”- 缠绕在环面上的环向磁场线圈,产生沿甜甜圈圆环绕行方向的磁场
- 中心螺线管依据变压器原理在等离子体自身中感应出大电流(等离子体电流),该电流产生沿圆环截面绕行方向的极向磁场
- 两种磁场合成的螺旋状磁力线将等离子体稳定地约束住
利用等离子体电流进行约束是托卡马克最大的特征,它能使结构变得简单,但同时也带来了电流骤然停止的破裂(disruption)这一固有难题。
主要构成要素
Section titled “主要构成要素”- 环向磁场线圈
- 中心螺线管(用于感应等离子体电流)
- 极向磁场线圈(用于控制等离子体的位置与形状)
- 真空容器
- 偏滤器(用于排出热量与粒子)
- ITER(正在法国建设的国际实验堆)
- JET(英国,1997 年创下核聚变输出 16.1 MW 的纪录)
- JT-60SA(日本,世界最大级别的超导托卡马克)
- KSTAR(韩国)