托卡马克(Tokamak)是一环形装置,通过约束电磁波驱动,创造氘、氚实现聚变的环境和超高温,并实现人类对聚变反应的控制。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。

1.托卡马克是什么

托卡马克,是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。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。

托卡马克是什么

2.托卡马克结构原理

在托卡马克装置中,欧姆线圈的电流变化提供产生、建立和维持等离子体电流所需要的伏秒数(变压器原理);极向场线圈产生的极向磁场控制等离子体截面形状和位置平衡;环向场线圈产生的环向磁场保证等离子体的宏观整体稳定性;环向磁场与等离子体电流产生的极向磁场一起构成磁力线旋转变换的和磁面结构嵌套的磁场位形来约束等离子体。同时,等离子体电流还对自身进行欧姆加热。等离子体的截面形状可以是圆形,也可以与偏滤器(位于真空室内部的边缘区域,通过产生磁分界面将约束区与边缘区隔离开来,具有排热、控制杂质和排除氦灰等功能的特殊部件)位形结合设计成D形。在托卡马克装置上,已可通过大功率中性束注入加热和微波加热使等离子体达到和超过氘一氚有效燃烧所需的温度(>10K),最高已达4.4×10K。加大装置尺寸,约束时间大致按尺寸的平方增大。此外,还可通过提高环向磁场、优化约束位形和运行模式来提高能量约束时间。实验结果表明,托卡马克装置已基本满足建立核聚变反应堆的要求。

托卡马克结构原理

3.托卡马克发展历史

二战末期,前苏联和美、英各国曾出于军事上的考虑,一直在互相保密的情况下开展对核聚变的研究。几千万、几亿摄氏度高温的聚变物质装在什么容器里一直是困扰人们的难题。二十世纪五十年代初期,前苏联科学家提出托卡马克的概念。托卡马克(TOKAMAK)在俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词组合而成,这是一种形如面包(多纳)圈的环流器,依靠等离子体电流和环形线圈产生的强磁场,将极高温等离子状态的聚变物质约束在环形容器里,以此来实现聚变反应。

托卡马克发展历史