AR看科技之四：走进托卡马克

托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

我们为什么要通过托卡马克装置进行核聚变呢？核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用生成新的质量更重的原子核，中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。核聚变所释放出的是安全、高效、洁净的能量，除此之外目前人类可实现的氢弹爆炸属于不受控核聚变，而托卡马克装置是我们目前实现可控核聚变主流方式。

在托卡马克装置中有着四大关键部件，分别是内外冷屏，内外冷屏的作用是有效减少EAST超导磁体的热负荷，80K的内外冷屏设置在超导磁体与真空室及超导础体与外真空杜瓦之间，冷屏由液氮或液氨冷却。EAST内部一边是温度高达一亿度的等离子体，一边是冷却到零下269度极低温的超导线圈，二者直线距离最近只有1.2米。为了解决二者矛盾，EAST内部拥有内外两侧冷屏，通过真空隔热的方式，隔绝超导线圈和内部等亲子体以及外部大气的热量。

超导极向场线圈，超导极向场线圈是由上下对称分布的中心螺管和匹对大线圈组成，线圈采用CICC导体设计方案，超导材料为NbTi,并用超临界4.5K氨迫流冷却。

超导纵场线圈，超导纵场线圈是由十六个D形线圈沿环向均布组成，该系统可在等离子体中心产生3.5T的环向场，其总安匝数为30MAT。

外真空杜瓦，外真空杜瓦为圆桶状结构，它分为圆顶盖、中部环体和基座三个部分。外真空杜瓦主要为极向场、纵场真空室等部件提供真空环境，并隔断外部环境对这几个大部件所产生的热交换，同时它将承受装置大部件所施加的载荷。杜瓦是主机部分的最外一层，它将内部其他组件密封在一个真空的环境之中，EAST工作时主机内部的大气压值最低可低至大气压的一亿分之一。

随着科技的不断发展，科学家们发现实验研究还发现多种改善约束的模式，根据这些模式，托卡马克型核聚变反应堆的经济性能还可以进一步提高。基于50多年来在等离子体理论、物理实验研究和工程技术上取得的重大进展，由七方共同参与的超大型国际合作项目国际热核实验堆（ITER）计划已经进入工程建造阶段。

未来在核聚变领域，托卡马克将会不断为人们提供更加安全、清洁、高效的能源