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太阳为什么会永远发光,永远能量不减,这是因为在高压高温条件下,太阳从里面到表面都在发生聚变反应。正是因为这些聚变反应释放出大量能量,使太阳上亿年源源不断发出光和热。随着核聚变研究的深入,世界各国科学家逐渐达成了一个共识,即如果制造一个装置实现受控热核(聚变)反应堆,可以得到无穷尽的清洁能源。
托卡马克(Tokamak)正是这样一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字 Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所 托卡马克的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。早在1933年,既发现核裂变现象五年前,人类就发现了核聚变。虽然核裂变比核聚变发现得晚,但是很快就实现了核裂变爆炸。随着受控核裂变发电获得成功,世界范围内大规模核电站建设迅速展开,并投入商业运行。
二十世纪后半叶,各种类型的核电站在世界范围内得到了异常迅速的发展。它们的原理都一样,利用铀等大原子量的重元素原子核的裂变,释放出巨大的能量,这就是人们所说的重核裂变,简称核裂变。事实上在元素按原子量大小排列的另一端,小原子量的轻元素氢的原子核的聚合,也会产生巨大的能量。在氢原子核的聚合中,又以它的同位素氘和氚的原子核的聚合最容易实现。它被称为轻核聚变,简称核聚变。在核聚变实现后,同样,人们也试图能和平利用受控核聚变,如建立受控核聚变发电厂。但是,人类发现核裂变半个多世纪过去了,受控核聚变的研究进展缓慢,与受控核裂变的研究情况不同,受控核聚变至今还没有实现可利用的能量输出。因此,人们提出了托卡马克的设想。
托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。目前,世界上已建成的托卡马克装置包括:美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的 ST Tokamak;美国橡树岭国家实验室的奥尔马克;法国冯克奈·奥·罗兹研究所的 TFR Tokamak;英国卡拉姆实验室的克利奥(Cleo);西德马克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak。
目前,EAST仍然是世界上最先进的托卡马克装置,许许默默无闻的科研人员还在为他而努力奋斗!
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