[科普中国]-环形箍缩装置

概述

环形轴对称磁约束结构：线箍缩和角箍缩的共同缺点是等离子体中的粒子会从两端逸出，为此研制出箍缩等离子体的环形轴对称环流器托卡马克(Tokamak)。

这种装置的每一层磁力线和电流线都各绕成同一个闭合曲面(图1)，这些曲面称为磁面或电流面。磁场力J×B指向等离子体内部。每一层磁面都是等压面；等离子体环中心压强最高，压强从中心到外层逐层降低为零。因此，等离子体环完全可以通过磁场力来箍缩。1

基本原理环形箍缩装置是发生核聚变、产生新能量的装置。聚变反应堆要求高温等离子体作为它的燃料。因此探讨如何约束等离子体、使产生的能量比制造等离子体所消耗的能量还多的办法成为当前研究的中心。

根据劳逊判据，在氘—氚反应中，等离子体温度要大于10千电子伏；等离子体的密度与约束时间的乘积要大于或等于10秒/厘米。最有希望的装置由环形电流管构成。当强电流脉冲通过该管时，就产生了等离子体，并提高其温度。

同时，电流脉冲又产生强磁场，使带电粒子螺旋式扭结，形成等离子体自收缩。这种箍缩效应有助于解决约束等离子体的问题。但这种扭结是因等离子体的不稳定才产生的，故必须另加磁场来加强箍缩效应。美国的“仿星器”和苏联的“托卡马克”装置就是这一类型的装置。后者被认为是当前最有希望的一种装置。2