科学变得简单：什么是托卡马克？

时间：2022-04-22 10:58:11来源：

ITER聚变反应堆托卡马克。

托卡马克是一种利用等离子体将磁场限制在等离子体中的机器，科学家将其称为圆环形状。聚变能源科学家相信，托卡马克是未来聚变电站的主要等离子约束概念。

在托卡马克中，磁场线圈限制等离子体粒子，以使等离子体达到聚变所需的条件。一组电磁线圈会产生一个强烈的“环形”磁场，该磁场沿环面的很长一段距离定向。中央螺线管（承载电流的磁体）会产生一个沿“圆弧”方向（围绕圆环的较短路径）定向的第二磁场。

这两个场分量导致扭曲的磁场，从而将粒子限制在等离子体中。第三组励磁线圈产生一个外部极化电场，该电场使等离子体成形并定位。

托卡马克的基本组件包括环形场线圈（蓝色），中央螺线管（绿色）和多极场线圈（灰色）。圆环周围的总磁场（黑色）限制了带电等离子体粒子的行进路径。

第一辆托卡马克（T-1）于1958年在俄罗斯开始运营。随后的进展导致在普林斯顿等离子体物理实验室和英国联合欧洲圆环实验室建造了托卡马克聚变测试反应堆，这两个聚变反应堆均在1990年代获得了创纪录的聚变能力。这些成功激励了35个国家合作研究ITER托卡马克超导，该托卡马克旨在探索燃烧等离子体的物理学。

快速托卡马克事实

托卡马克可以将等离子流维持在兆安级，这相当于最强大的闪电中的电流.1997年，英国JET托卡马克实现了创纪录的16兆瓦的聚变功率输出。螺线管将成为有史以来最大的超导磁体。它将产生13特斯拉的磁场，相当于地球磁场的280,000倍。

美国能源部科学办公室：托卡马克贡献

美国能源部科学办公室主要通过其融合能源科学（FES）计划以及FES与高级科学计算机研究（ASCR）计划的合作关系来支持托卡马克的研究与开发。FES计划专注于托卡马克，因为该概念具有极好的限制等离子体的能力，而等离子体是维持聚变反应并实现聚变能量产生所必需的功能。科学办公室在Tokamak用户设施（例如DIII-D国家融合设施和国家球形环实验升级（NSTX-U））上保持着世界领先的研究计划。FES也支持一些国际合作。这些项目包括在亚洲的项目以及在法国的ITER。由美国ITER项目办公室管理的ITER中FES的角色包括制造中央螺线管。