托卡马克中的磁场

出自SUNIST

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托卡马克中的磁场构成(图片来源)。
托卡马克中的磁场构成(图片来源)。

和开放式的磁场(比如磁镜等)相比,环形的磁场系统可以避免终端损失。因此,目前世界上绝大多数磁约束聚变研究装置都有环形的磁场结构。

然而,粒子在环形磁场中运动时,不可避免地存在磁场梯度漂移和磁场曲率漂移,从而导致电荷分离,进而产生\ E \times B漂移而导致粒子损失。因此,如果仅仅是简单的环形磁场,粒子仍然无法被约束。磁约束聚变研究装置的磁场通常都由环向磁场和一个或多个其他磁场合成而来。

托卡马克中的磁场构成如右图所示。

目录

[编辑] 环向磁场

虽然仅仅依靠环向磁场并不能约束粒子,但环向磁场如同骨架,是抑制扭曲不稳定性、避免环形等离子体电流因为扭曲而破裂的关键,在托卡马克磁场系统中占有重要的地位,也是衡量托卡马克装置规模的主要参数之一(参见SUNIST装置参数)。

托卡马克装置中,环向磁场主要由缠绕在环形真空室上的环向磁场线圈产生的。带电粒子沿螺旋形磁力线(后面将要提到)的运动(包含极向分量)也能提供一部分环向磁场。因此,实际运行的时候,环向磁场强度是高于真空磁场强度的。或者说,托卡马克等离子体具有一定的顺磁性,这其中球形托卡马克的顺磁性又远强于传统托卡马克。

[编辑] 极向磁场

环形等离子体电流和外部极向场线圈都会产生极向磁场。极向磁场的主要作用有两个:一个是在垂直方向上连通等离子体环的顶部和底部,使得电子和离子得以中和,避免由于\ E \times B漂移而导致粒子快速损失。另一个是维持环形等离子体的平衡。环形电流总是受到向外扩张的力作用,调节极向磁场至电流环受到的安培力与这种扩张力平衡,即可避免等离子体环扩张并碰壁而导致的损失。

欧姆场(加热场,内极向场)

垂直场(平衡场,外极向场)

[编辑] 回转变换

[编辑] 极向磁通