托卡马克装置

托卡马克装置

校本课程实施方案-台湾英语

2023年3月20日发(作者：创意设计产品)

什么是托卡马克

太阳的中心温度有1500万度，表面温度最高到6000度，但是由于压力巨大，聚变

反应可以自然地发生。

但是在地球上实现持续核聚变所需的条件要苛刻的多，只有在上亿度的高温等离子

体环境下，才能实现自发的持续核聚变反应。在氢弹中，爆发是在瞬间发生并完成的，

可以用一个原子弹提供高温和高压，引发核聚变，但是人类需要的是可控的核聚变，采

用这种方式会使得聚变反应难以控制。

所以一定很难想象，几亿度的高温，地球上有什么样的容器能装下它们然后让它们

在其中缓慢地发生核聚变呢？

这个问题并没有难倒科学家。20世纪50年代初，苏联科学家提出了磁约束的概念，

并于1954年建成了第一个磁约束装置。这就是托卡马克(Tokamak)，它是俄语“磁线圈

环形真空室”的缩写。

托卡马克

托卡马克是一个由封闭磁场组成的“容器”，形状像一个放倒的轮胎。由于等离子体

中每个粒子都是显电性的，带电粒子会沿封闭的磁力线做螺旋式运动，所以几亿度高温

的等离子体就这样被约束在这种环形的磁场中。这种环形的磁场又叫磁瓶或磁笼，看不

见，摸不着，也不接触有形的物体，因而也就不怕什么高温了，它可以把炙热的等离子

体托举在空中。

托卡马克装置的主要特点是采用很强的纵向磁场，跟等离子体电流本身产生的角向

磁场合成了具有回转变换的螺距很大的螺旋型磁场。这种磁场位形基本上具备了等离子

体的稳定三要素，即乎行磁场、磁阱和磁剪切，因而它能有效地克服各种宏观不稳定性。

当然，受控热核聚变的研究也有其他的途径，例如惯性约束，它是利用超高强度的

激光在极短的时间内辐照靶板来产生聚变。相比较而言，托卡马克类型的磁约束研究则

领先于其他途径，是最有可能率先成功的可控聚变方式。

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