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托卡馬克可變配置 (TCV)的圓形內部,它的牆壁上掛滿了石墨 面磚。
MAST典型的等離子體 。
托卡馬克 [1] [2] (俄語 :Токамак ,羅馬化 :Tokamak )又譯托克馬克 ,或稱環磁機 ,是一種利用磁約束來實現磁約束聚變 的環性容器。達到穩定的等離子體均衡 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聚變 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等離子體冷卻會使反應停止。而超導托卡馬克可長時間約束等離子體。世界上第一個超導托卡馬克為俄制的T-7(托卡馬克7號)。另一種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 的庫爾恰托夫研究所 的物理學家伊戈爾·塔姆 ,安德烈·沙哈諾夫 ,和列夫·阿齊莫維齊 等人在1950年代發明的。[3]
詞源
托卡馬克源自俄語單詞токамак ,是一個縮寫:
它的名字Tokamak來源於環形 (toroidal )、真空室 (kamera )、磁 (magnit )、線圈 (kotushka )。
環形設計
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),等離子體電流(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),外面纏繞着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等離子體電流。這個等離子體電流與外面的線圈電流一起,產生一定的螺旋型磁場 ,將其中的等離子體 約束住,並使其與外界儘可能地絕熱。這樣,等離子體才能被感應、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,以達到核聚變的目的。
相比其他的磁約束受控核聚變方式,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 召開的第三屆等離子體物理和受控核聚變研究國際會議上,列夫·阿齊莫維齊 宣佈在蘇聯的T-3托卡馬克上實現了電子 溫度1 keV,質子 溫度0.5 keV,nτ=1018 m-3 .s,這是受控核聚變 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 的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
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:
1982-1997年: 美國 的TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor,已拆解)。
1980年: 通用原子能公司的DIII-D,獲得了目前傳統大環徑比托卡馬克(區別於低環徑比球形)上最高水平等離子體比壓值,其創新的D型截面也展示了良好約束效果。
1985年: JT-60 , 日本 茨城縣 那珂市 (目前正在進行升級到高級型號)
1983年: 歐洲 的歐洲聯合環狀反應堆 (Joint European Torus)
1988-2005年:俄國莫斯科 庫爾恰托夫研究所 T-15 (超導線圈一直工作不正常,基本上未獲得太多結果)。
其他
中國 的先進超導托卡馬克實驗裝置(EAST) (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)
中國 的球形托卡馬克SUNIST (Sino-UNIted Spherical Tokamak)
韓國 的超導托卡馬克KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)
即將開始的托卡馬克
參考資料
外部連結