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核聚变 装置。关于与“
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托克马克 ”。
托卡马克可变配置 (TCV)的圆形内部,它的墙壁上挂满了石墨 面砖。
MAST典型的等离子体 。
托卡马克 [ 1] [ 2] (俄语 :Токамак ,罗马化 :Tokamak )又译托克马克 ,或称环磁机 ,是一种利用磁约束来实现磁局限融合 的环性容器。达到稳定的等离子体均衡 需要围绕环面移动的螺旋 形状的磁力线 。
托卡马克是磁约束装置 的几种类型之一,并且是用于生产受控热核核聚变 能中的一个最深入研究的候选类型。磁场被用于约束是因为等离子体冷却会使反应停止。而超导托卡马克可长时间约束等离子体。世界上第一个超导托卡马克为俄制的T-7(托卡马克7号)。另一种托卡马克的一种替代方案是仿星器 。
托卡马克最初是由位于苏联 莫斯科 的库尔恰托夫研究所 的物理学家伊戈尔·塔姆 ,安德烈·萨哈罗夫 ,和列夫·阿齐莫维齐 等人在1950年代发明的。[ 3]
托卡马克源自俄语单词токамак ,是一个缩写:
它的名字Tokamak来源于环形 (toroidal )、真空室 (kamera )、磁 (magnit )、线圈 (kotushka )。
托卡马克的磁场和电流。图中所示的是环形场和产生它的线圈(蓝色),等离子体电流(红色)和由它产生的极向场,并且当这些被覆盖在所得的扭曲场。
托卡马克的中央是一个环形的真空室(有点像轮胎),外面缠绕着多组一定形态的线圈。真空室内充入一定气体,在灯丝的热电子或者微波等预电离手段的作用下,产生少量离子,然后通过感应或者微波、中性束注入等方式,激发并维持一个强大的环形等离子体电流。这个等离子体电流与外面的线圈电流一起,产生一定的螺旋型磁场 ,将其中的等离子体 约束住,并使其与外界尽可能地绝热。这样,等离子体才能被感应、中性束、离子回旋共振、电子回旋共振、低杂波等方式加热到上亿度的高温,以达到核聚变的目的。
相比其他的磁约束受控核聚变方式,托卡马克的优势地位的建立来源于前苏联的T-3托卡马克的实验结果。1968年8月在苏联 新西伯利亚 召开的第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上,列夫·阿齐莫维齐 宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子 温度1 keV,质子 温度0.5 keV,nτ=1018 m-3 .s,这是受控核聚变 研究的重大突破,在国际上掀起了一股托卡马克的热潮,各国相继建造或改建了一批大型托卡马克装置。其中比较著名的有:日本 的JT-60 ,美国 普林斯顿大学 由仿星器-C改建成的ST Tokamak,美国橡树岭国家实验室 的奥尔马克(Ormark),法国 冯克奈-奥-罗兹研究所的TFR Tokamak,英国 卡拉姆实验室的克利奥(Cleo),西德 马克斯-普朗克研究所 的Pulsator Tokamak。
美国80年代的TFTR装置
20世纪70年代后期到80年代中期,世界各国陆续建成了五个大型的托卡马克实验器,他们分别是:
1982-1997年: 美国 的TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor,已拆解)。
1980年: 通用原子能公司的DIII-D,获得了目前传统大环径比托卡马克(区别于低环径比球形)上最高水平等离子体比压值,其创新的D型截面也展示了良好约束效果。
1985年: JT-60 , 日本 茨城县 那珂市 (目前正在进行升级到高级型号)
1983年: 欧洲 的欧洲联合环状反应炉 (Joint European Torus)
1988-2005年:俄国莫斯科 库尔恰托夫研究所 T-15 (超导线圈一直工作不正常,基本上未获得太多结果)。
中国 的先进超导托卡马克实验装置(EAST) (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)
中国 的球形托卡马克SUNIST (Sino-UNIted Spherical Tokamak)
韩国 的超导托卡马克KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)