?**托卡馬克技術(shù)研究綜述**

**摘要**  

托卡馬克（Tokamak）是一種利用磁約束實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形裝置，被認為是目前最有希望實現(xiàn)可控核聚變的裝置類型。本文系統(tǒng)介紹了托卡馬克的基本原理、發(fā)展歷程、技術(shù)特點及未來應(yīng)用前景，并重點分析了中國在該領(lǐng)域的突破性進展。

---

### **1. 基本原理**

托卡馬克是一種環(huán)形磁約束裝置，其名稱源自俄語“環(huán)形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnit）、線圈（kotushka）”的組合。其核心結(jié)構(gòu)包括：

- **環(huán)形真空室**：用于容納高溫等離子體。

- **超導(dǎo)線圈**：產(chǎn)生強磁場約束等離子體，防止其接觸容器壁。

- **加熱系統(tǒng)**：通過中性束注入或微波加熱使等離子體達到上億攝氏度的高溫。

在托卡馬克中，氘和氚等離子體被加熱至極端高溫（超過1億攝氏度），使原子核克服庫侖斥力發(fā)生聚變，釋放巨大能量。

---

### **2. 發(fā)展歷程**

- **1950年代**：蘇聯(lián)庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊團隊發(fā)明首個托卡馬克裝置。

- **1968年**：蘇聯(lián)T-3托卡馬克實現(xiàn)電子溫度1keV（約1160萬攝氏度），引發(fā)全球研究熱潮。

- **2006年**：中國建成**EAST（東方超環(huán)）**，成為世界首個全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克裝置。

- **2021年**：中國EAST實現(xiàn)**1億攝氏度等離子體運行1066秒**，刷新世界紀(jì)錄。

- **2025年**：國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃啟動首個等離子體實驗。

---

### **3. 技術(shù)優(yōu)勢**

1. **磁約束穩(wěn)定性**：螺旋磁場結(jié)構(gòu)可有效抑制等離子體不穩(wěn)定性。

2. **長脈沖運行**：超導(dǎo)磁體技術(shù)使裝置能持續(xù)維持高溫等離子體。

3. **燃料豐富**：氘可從海水中提取，1升海水所含氘的能量相當(dāng)于300升汽油。

4. **清潔安全**：聚變產(chǎn)物為無害氦氣，無放射性污染。

---

### **4. 中國的研究進展**

中國在托卡馬克領(lǐng)域已躋身世界前列：

- **EAST裝置**：多次打破高溫等離子體運行時間紀(jì)錄，為ITER提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

- **BEST計劃**：預(yù)計2027年建成聚變能實驗裝置，全球首次演示聚變發(fā)電。

- **CFEDR工程堆**：正在設(shè)計，目標(biāo)建設(shè)世界首個聚變示范電站。

---

### **5. 未來挑戰(zhàn)與展望**

- **技術(shù)瓶頸**：等離子體控制、材料耐高溫性能、能量輸出效率仍需突破。

- **商業(yè)化路徑**：預(yù)計2050-2060年實現(xiàn)聚變能商業(yè)應(yīng)用。

- **國際協(xié)作**：ITER項目（中、美、歐、日等七方合作）是邁向聚變能源的關(guān)鍵一步。

---

**結(jié)論**  

托卡馬克是目前最接近實現(xiàn)可控核聚變的裝置，中國在該領(lǐng)域的突破為全球能源轉(zhuǎn)型提供了重要支撐。盡管仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)進步和國際合作深化，托卡馬克有望在未來成為人類清潔能源的核心解決方案。