什麼是托卡馬克
托卡馬克裝置托卡馬克(Tokamak)是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環性容器。它的名字 Tokamak 來源於環形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。最初是由位於蘇聯莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發明的。
托卡馬克聚變
磁約束示意圖托卡馬克的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的電漿加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。相比其他方式的受控核聚變，托卡馬克擁有不少優勢。1968年8月在蘇聯新西伯利亞召開的第三屆電漿物理和受控核聚變研究國際會議上，阿齊莫維齊宣布在蘇聯的T-3托卡馬克上實現了電子溫度 1 keV，質子溫度 0.5 keV，nτ=10的18次方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：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。
2006年9月28日，中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置ＥＡＳＴ首次成功完成放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫電漿放電。ＥＡＳＴ成為世界上第一個建成並真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。
超導托卡馬克可控熱核聚變
核反應釋放的能量相當於相同質量的物質釋放的化學能的數十萬倍至百萬倍。核反應有核裂變、核聚變兩種形式。一個重核在中子的轟擊下分裂成高能碎片的反應叫做核裂變，主要反應物是稀少的放射性元素鈾、鈽等，如核子彈爆炸；兩個輕核發生碰撞結合成重核的反應叫做核聚變，主要反應物為氫的同位素氘和氚，如氫彈爆炸、太陽發光發熱等。現在占發電量比重較大的核電站就是在控制之下的裂變能利用。可控熱核聚變是海水中富含的氘、氚在特定環境和超高溫條件下使其實現核聚變反應，以釋放巨大能量，世界各國科學家為此已奮鬥半個多世紀。在煤炭、石油一次性能源日漸枯竭且難以抑制環境污染的時候，清潔、安全而且原料取之不盡的可控熱核聚變，成為本世紀中葉人類替代能源的希望所在。可控熱核聚研究涵蓋基礎科學、工程科學和信息科學等多個領域，吸引了全世界的關注。美國、歐洲、日本等已開發國家均為此投入巨額資金。
托卡馬克是一環形裝置，通過約束電磁波驅動，創造氘、氚實現聚變的環境和超高溫，並實現人類對聚變反應的控制。受控熱核聚變在常規托卡馬克裝置上已經實現。但常規托卡馬克裝置體積龐大、效率低，突破難度大。上世紀末，科學家們把新興的超導技術用於托卡馬克裝置，使基礎理論研究和系統運行參數得到很大提高。
可控熱核聚變的演示性的聚變堆於２０２５年實現，商用聚變堆將於２０４０年建成。商用堆建成之前，我國科學家還設計把超導托卡馬克裝置作為中子源，和平用於環境保護、科學研究及其它途徑。
相關知識
托卡馬克磁場位形
托卡馬克外部磁場線圈：
托馬克磁場位形1. 縱場線圈：產生恆定環向磁場和磁通。
2. 極向場線圈：產生極向磁場與磁通。極向磁場的功能包括平衡與成形。極向磁通的變化率產生環向電壓，驅動電漿電流與歐姆加熱。
托卡馬克位形重要概念
1、磁面
磁力線相互之間不能相交，各個螺旋磁力線在托卡馬克中沿環向無限纏繞，形成一個個嵌套的閉合拓撲環面，這些環面被稱為磁面（有些磁力線經過有限圈纏繞後回到原來位置，從該磁力線所在磁面上任意一點出發經過有限圈後均會回到原來位置，這一磁面被稱為有理面，永遠不會回到原來 位置的磁力線所在磁面稱為無理面）。
2、磁面函式
由於沿磁力線方向的輸運遠大於垂直於磁力線方向的輸運，在巨觀時間尺度上（流體），整個磁面上的溫度和密度均達到均勻分布，因此，電漿溫度、密度和壓強分布只依賴與磁面分布，即都是磁面函式。
位形3、最後閉合磁面（LCS）和分界面(Separatrix)
最後閉合磁面指的是電漿邊界磁面。通常托卡馬克位形自身存在一個最外層的閉合磁面(由於存在外部線圈)，這個磁面之外磁力線不閉合，剛好跨過最外層磁面的被稱為分界面。如果所有的閉合磁面都落在限制器的內部，這時電漿邊界由分界面決定的，自身最外層磁面也是該位形的最後閉合磁面，這一位形成為偏濾器位形，果有些閉合磁面在限制器的外面，那么此時，剛好和限制器接觸的閉合磁面決定了電漿邊界，因此該磁面被稱為最後閉合磁面，這時的位形被稱為限制器位形。
