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托卡马克核聚变装置原理与进展

更新时间：2026-07-30 09:15:29 大小：16K 上传用户：潇潇江南查看TA发布的资源 标签：核聚变 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

一、什么是托卡马克？

托卡马克（Tokamak）是一种利用强磁场约束高温等离子体，以实现可控核聚变的环形容器，名称来源于俄语“环形、真空室、磁、线圈”的单词缩写，是目前全球发展最成熟、研究投入最多的核聚变装置类型。

核聚变是两个轻原子核（比如氘、氚）结合成更重的原子核，同时释放出巨大能量的核反应，也是太阳发光发热的能量来源。托卡马克的核心目标就是在地球上模拟太阳的核反应过程，通过人工方式约束高温等离子体，获得持续可控的清洁核能。

托卡马克的基本结构由环向真空室、环向磁场线圈、极向磁场线圈、中央 solenoid（中心螺管）和加热系统组成：

1. 环向真空室：提供超高真空环境，避免等离子体杂质和能量损失；

2. 环向线圈：产生环向强磁场，用于初步约束等离子体；

3. 极向线圈与中心螺管：产生极向磁场，和环向磁场结合形成螺旋形的总磁场，进一步约束等离子体防止其碰壁；

4. 加热系统：包括欧姆加热、中性束注入加热、射频加热等，将等离子体加热到1亿摄氏度以上，满足核聚变的点火条件。

二、托卡马克的发展历史

托卡马克的概念起源于20世纪50年代的苏联，由物理学家萨哈罗夫、塔姆等人提出，1954年第一个托卡马克装置在苏联库尔恰托夫研究所建成。早期的托卡马克实验结果并不理想，等离子体温度和约束时间都远达不到要求。

1968年，苏联科学家公布T-3托卡马克装置的实验结果，等离子体电子温度达到了1000万摄氏度，约束性能比其他装置高出一个量级，这一结果震惊了全球核聚变界，由此掀起了托卡马克研究的全球热潮，各国纷纷开始建设自己的托卡马克装置。

20世纪70到90年代，托卡马克研究快速发展，美国的TFTR、欧洲的JET、日本的JT-60相继建成，取得了一系列关键突破：1991年JET实现了首次氘氚聚变实验，输出功率达到1.7兆瓦；1997年JET进一步把氘氚聚变输出功率提升到16兆瓦，输入功率为24兆瓦，聚变输出已经接近输入能量，证明了托卡马克实现核聚变发电的原理可行性。

中国的托卡马克研究起步于20世纪70年代，先后建成了HT-6B、HT-7等装置，2006年建成了全超导托卡马克EAST（东方超环），成为世界上第一个建成并运行全超导非圆截面托卡马克的国家，长期保持着长脉冲高约束等离子体运行的世界纪录。

2006年，中国、欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度七方共同启动了**ITER（国际热核聚变实验堆）**计划，在法国建设世界上第一个示范性托卡马克聚变堆，目标是实现聚变输出功率大于输入功率10倍以上（输出500兆瓦，输入50兆瓦），为未来商用聚变电站奠定技术基础，目前ITER装置正在建设中，预计2035年开始首次氘氚实验。


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