AR看科技之四：走進(jìn)托卡馬克

托卡馬克，是一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器。最初是由位于蘇聯(lián)莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀(jì)50年代發(fā)明的。托卡馬克的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。

我們?yōu)槭裁匆ㄟ^托卡馬克裝置進(jìn)行核聚變呢？核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘，在一定條件下（如超高溫和高壓），讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發(fā)生原子核互相聚合作用生成新的質(zhì)量更重的原子核，中子雖然質(zhì)量比較大，但是由于中子不帶電，因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來，大量電子和中子的釋放所表現(xiàn)出來的就是巨大的能量釋放。核聚變所釋放出的是安全、高效、潔凈的能量，除此之外目前人類可實現(xiàn)的氫彈爆炸屬于不受控核聚變，而托卡馬克裝置是我們目前實現(xiàn)可控核聚變主流方式。

在托卡馬克裝置中有著四大關(guān)鍵部件，分別是內(nèi)外冷屏，內(nèi)外冷屏的作用是有效減少EAST超導(dǎo)磁體的熱負(fù)荷，80K的內(nèi)外冷屏設(shè)置在超導(dǎo)磁體與真空室及超導(dǎo)礎(chǔ)體與外真空杜瓦之間，冷屏由液氮或液氨冷卻。EAST內(nèi)部一邊是溫度高達(dá)一億度的等離子體，一邊是冷卻到零下269度極低溫的超導(dǎo)線圈，二者直線距離最近只有1.2米。為了解決二者矛盾，EAST內(nèi)部擁有內(nèi)外兩側(cè)冷屏，通過真空隔熱的方式，隔絕超導(dǎo)線圈和內(nèi)部等親子體以及外部大氣的熱量。

超導(dǎo)極向場線圈，超導(dǎo)極向場線圈是由上下對稱分布的中心螺管和匹對大線圈組成，線圈采用CICC導(dǎo)體設(shè)計方案，超導(dǎo)材料為NbTi,并用超臨界4.5K氨迫流冷卻。

超導(dǎo)縱場線圈，超導(dǎo)縱場線圈是由十六個D形線圈沿環(huán)向均布組成，該系統(tǒng)可在等離子體中心產(chǎn)生3.5T的環(huán)向場，其總安匝數(shù)為30MAT。

外真空杜瓦，外真空杜瓦為圓桶狀結(jié)構(gòu)，它分為圓頂蓋、中部環(huán)體和基座三個部分。外真空杜瓦主要為極向場、縱場真空室等部件提供真空環(huán)境，并隔斷外部環(huán)境對這幾個大部件所產(chǎn)生的熱交換，同時它將承受裝置大部件所施加的載荷。杜瓦是主機(jī)部分的最外一層，它將內(nèi)部其他組件密封在一個真空的環(huán)境之中，EAST工作時主機(jī)內(nèi)部的大氣壓值最低可低至大氣壓的一億分之一。

隨著科技的不斷發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)實驗研究還發(fā)現(xiàn)多種改善約束的模式，根據(jù)這些模式，托卡馬克型核聚變反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性能還可以進(jìn)一步提高?；?0多年來在等離子體理論、物理實驗研究和工程技術(shù)上取得的重大進(jìn)展，由七方共同參與的超大型國際合作項目國際熱核實驗堆（ITER）計劃已經(jīng)進(jìn)入工程建造階段。

未來在核聚變領(lǐng)域，托卡馬克將會不斷為人們提供更加安全、清潔、高效的能源