托卡马克(Tokamak)是一环形装置，通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控制。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)。托卡马克中等离子体的束缚是靠纵场(环向场)线圈，产生环向磁场，约束等离子体，极向场控制等离子体的位置和形状，中心螺管也产生垂直场，形成环向高电压，激发等离子体，同时加热等离子体，也起到控制等离子体的作用。

艰难探索

二战末期，苏联和美、英各国的科学家在互相保密的情况下开展了受控核聚变有关工作。苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿奇莫维奇于1954年建成了第一个磁约束装置。但人们很快发现，理论上估计的等离子体约束时间与实验结果相差甚远。人们开始认识到核聚变问题的复杂和研究的艰难。在这种情况下，苏、美等国感到保密不利于研究的进展，只有开展国际学术交流，才能推进核聚变的深入研究。另外，磁约束核聚变与热核武器在科学技术上没有重大的重叠，而且其商业应用的竞争为时尚早。于是，1958年秋在日内瓦举行的第二届和平利用原子能国际会议上达成协议，各国互相公开研究，开展国际学术合作。 

自这次会议后，50年来，全世界共建造了上百个托卡马克装置，在改善等离子体加热和磁场约束上下足了功夫。在托卡马克装置上努力提高“聚变三重积”，提高能量增益因子Q值（即输出功率与输入功率之比）一直是核聚变研究的核心目标。早在1933年，人们用加速器使原子核获得所需的动能，在实验室实现了核聚变。可是从这样的核聚变中得到的能量比加速器消耗的能量要小得多，根本无法获得增益的能量。直到1970年，前苏联在托卡马克装置T-3上，才有可以察觉到的核聚变能量输出，能量增益因子Q值为十亿分之一。从1970年代末开始，美、欧、日、苏开始建造四个大型托卡马克，即美国的聚变实验反应器TFTR，欧洲建在英国的欧洲联合环JET，日本的JT-60和原苏联的T-15，它们是后来在磁约束聚变研究中做出了决定性贡献的四个装置。

终于实现了“发电”

1991年11月9日，欧共体的JET装置运行实验核聚变反应持续了2秒钟，等离子体温度达到3亿摄氏度，获得的聚变输出功率为1700千瓦，能量增益因子Q值达0.11-0.12。这是人类历史上第一次用可控方式获得的聚变能，意义十分重大。

1993年12月9日和10日，美国在TFTR装置两次实验释放的聚变能分别为3000千瓦和5600千瓦，能量增益因子Q值达0.28。

1997年9月22日，联合欧洲环JET又创造输出功率为12900千瓦的世界纪录，Q值达0.60，持续时间2秒。仅过了39天，输出功率又提高到1.61万千瓦，Q值达到0.65。

1997年12月，日本宣布在JT-60上成功实现了Q值1.00。后来，Q值又超过了1.25。

 这一系列突破性的进展表明，磁约束核聚变研究终于完成验证科学可行性的基础研究，为转向以证实工程可行性为主的技术研究，即国际托卡马克实验堆ITER计划奠定了基础。

超导技术，“如虎添翼”

另外，研究和改进磁场的形态和性质，以达到等离子体长时间的的稳定约束，使得反应堆连续稳态运行是受控核聚变研究的另一个重点。
　　 约束等离子体的磁场，虽然不怕高温，却很不稳定。为了维持强大的约束磁场，需要非常强大的电流，时间长了，线圈就要发热。从这个角度来说，常规托卡马克装置不可能长时间运转。
　　 为了解决这个问题，人们把最新的超导技术引入到托卡马克装置中，应用于产生强磁场的线圈。目前，法国、日本、俄罗斯和中国共有4个超导的托卡马克装置在运行，它们都只有纵向场线圈采用超导技术，属于部分超导。
　　 2002年初，中国HT-7超导托卡马克实现了放电脉冲长度大于100倍能量约束时间的高约束稳态运行。法国的超导托卡马克Tore-Supra体积是HT-7的17.5倍，它是世界上第一个真正实现高参数准稳态运行的装置。
　　 中国和韩国正在建造全超导的托卡马克装置，目标是实现更长时间的稳态运行。

 目前全世界已有30多个国家及地区开展了核聚变研究，运行的托卡马克装置至少有几十个。
　　 在和平利用核聚变的不懈探索中，理论研究和实验技术上遇到又解决了一个又一个难题，随着核聚变研究的进展，人们对受控核聚变越来越有信心。
　　 但到目前为止，托卡马克装置都是脉冲式的，等离子体约束时间很短，大多以毫秒计算，还没有一台托卡马克装置实现长时间的稳态运行，而且在能量输出上很难做到不赔本运转。
　　 进一步开展广泛国际合作，用全尺寸反应堆大工程促进研究，“毕其功于一役”，是加速实现核聚变能利用的明智选择。

（文章摘自凤凰网军事）