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托卡馬克

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托卡馬克可變配置英語Tokamak à configuration variable(TCV)的圓形內部,它的牆壁上掛滿了石墨面磚。
MAST典型的電漿

托卡馬克Tokamak),又稱環磁機,是一種利用磁約束來實現磁局限融合的環性容器。達到穩定的電漿均衡英語Plasma stability需要圍繞環面移動的螺旋形狀的磁力線

托卡馬克是磁約束裝置的幾種類型之一,並且是用於生產受控熱核核融合能中的一個最深入研究的候選類型。磁場被用於約束是因為電漿冷卻會使反應停止。而超導托卡馬克可長時間約束電漿。第一個超導托卡馬克為俄制的T-7(托卡馬克7號),而T-7由中國改造成HT-7(合肥托卡馬克7號為「全」超導托卡馬克)。而HT-7U就是現今中國的EAST。托卡馬克的一種替代方案是仿星器

托卡馬克最初是由位於蘇聯莫斯科庫爾恰托夫研究所的物理學家伊戈爾·塔姆安德烈·沙卡洛夫,和列夫·阿齊莫維齊英語Lev Artsimovich等人在1950年代發明的。[1]

詞源[編輯]

托卡馬克這個詞是轉寫俄語單詞токамак,是一個縮寫: 它的名字Tokamak來源於環形toroidal)、真空室kamera)、magnit)、線圈kotushka)。

環形設計[編輯]

托卡馬克的磁場和電流。圖中所示的是環形場和產生它的線圈(藍色),電漿電流(紅色)和由它產生的極向場,並且當這些被覆蓋在所得的扭曲場。

托卡馬克的中央是一個環形的真空室(有點像輪胎),外面纏繞著多組一定形態的線圈。真空室內充入一定氣體,在燈絲的熱電子或者微波等預電離手段的作用下,產生少量離子,然後通過感應或者微波、中性束注入等方式,激發並維持一個強大的環形電漿電流。這個電漿電流與外面的線圈電流一起,產生一定的螺旋型磁場,將其中的電漿約束住,並使其與外界儘可能地絕熱。這樣,電漿才能被感應、中性束、離子迴旋共振、電子迴旋共振、低雜波等方式加熱到上億度的高溫,以達到核融合的目的。

相比其他的磁約束受控核融合方式,托卡馬克的優勢地位的建立來源於前蘇聯的T-3托卡馬克的實驗結果。1968年8月在蘇聯新西伯利亞召開的第三屆電漿物理和受控核融合研究國際會議上,列夫·阿齊莫維齊英語Lev Artsimovich宣布在蘇聯的T-3托卡馬克上實現了電子溫度1 keV,質子溫度0.5 keV,nτ=1018m-3.s,這是受控核融合研究的重大突破,在國際上掀起了一股托卡馬克的熱潮,各國相繼建造或改建了一批大型托卡馬克裝置。其中比較著名的有:日本JT-60美國普林斯頓大學由仿星器-C改建成的ST Tokamak,美國橡樹嶺國家實驗室的奧爾馬克(Ormark),法國馮克奈-奧-羅茲研究所的TFR Tokamak,英國卡拉姆實驗室的克利奧(Cleo),西德馬克斯-普朗克研究所的Pulsator Tokamak。

托卡馬克裝置[編輯]

美國80年代的TFTR裝置

20世紀70年代後期到80年代中期,世界各國陸續建成了五個大型的托卡馬克實驗器,他們分別是:

其他[編輯]

即將開始的托卡馬克[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ Bondarenko B D "Role played by O. A. Lavrent'ev in the formulation of the problem and the initiation of research into controlled nuclear fusion in the USSR" Phys. Usp. 44 844 (2001) available online
  2. ^ ITER & Beyond. The Phases of ITER.. [12 September 2012]. (原始內容存檔於2012年9月22日). 

外部連結[編輯]