tore

磁约束：是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性，构

造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，在其中将聚变材料加

热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。

托卡马克是前苏联科学家于20世纪60年代发明的一种环

形磁约束装置。美、日、欧等发达国家的大型常规托卡马克在

短脉冲（数秒量级）运行条件下，做出了许多重要成果。等离

子体温度已达4.4亿度；脉冲聚变输出功率超过16兆瓦；Q值

（表示输出功率与输入功率之比）已超过1.25。

所有这些成就都表明：在托卡马克上产生聚变能的科学可

行性已被证实。但这些结果都是在数秒时间内以脉冲形式产生

的，与实际反应堆的连续运行仍有较大的距离，其主要原因在

于磁容器的产生是脉冲形式的。

受控热核聚变研究的一次重大突破，就是将超导技术成功

地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，建成了超导的托卡马

克，使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。超导托卡马克

是公认的探索、解决未来具有超导堆芯的聚变反应堆工程及物

理问题的最有效的途径。

目前，全世界仅有俄、日、法、中四国拥有超导托卡马

克。法国的超导托卡马克Tore-supra的体积是中国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，在放电时间长达120s条件下，等离子体温度为两千万度，

中心密度每立方米1.5×1019，放电时间是热能约束时间的数百

倍。

西南物理研究院1984年建成中国环流器一号（HL-1），

1995年建成中国环流器新一号。

中国科学院等离子体物理研究所1995年建成超导装置

HT-7。它原是前苏联无偿赠送给中国的一套纵向超导的托卡马

克实验装置，经等离子体物理研究所的不断改进，它已成为一

个宠大的实验系统。它包括HT-7超导托卡马克装置本体、大

型超高真空系统、大型计算机控制和数据采集处理系统、大型

高功率脉冲电源及其回路系统、全国规模最大的低温氦制冷系

统、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统以及数十种复杂

的诊断测量系统。在十几次实验中，取得若干具有国际影响的

重大科研成果。特别是在2003年3月31日，实验取得了重大

突破，获得超过1分钟的等离子体放电，最长放电时间达到

63.95秒；这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子

体放电的托卡马克装置。

这些重大进展是：

实现了在低杂波驱动下电子温度超过500万度、中心密度

大于每立方米1.0×10

19

、长达20秒可重复的高温等离子体放

电；实现了大于10秒、电子温度超过1000万度、中心密度大

于每立方米1.0×1019的高参数等离子体放电，这是世界上第二

个形成放电长度达到1000倍热能约束时间的高参数准稳态等离

子体；在离子伯恩斯波和低杂波协同作用下，实现放电脉冲长

度大于100倍热能约束时间、电子温度2000万度的高约束稳态

运行；最高电子温度超过3000万度。

在HT-7的基础上，等离子体物理研究所研制和设计了全

超导托卡马克装置HT-7U，后来名字更改为EAST或者称“实

验型先进超导托卡马克”（ExperimentalAdvanced

SuperconductingTokamak），目前正在组装阶段，预计2005年

建成。目前世界上第一个在建的全超导托卡马克―HT-7U装置

超导磁体的设计、研制和测试工作，于2003年7月下旬在合肥

市中科院等离子体所获得全面成功。

据中广网报道，作为中国第一个超导托卡马克HT-7的升级

装置，HT-7U装置的规模、性能都远远超出现在的HT-7，它

将在等离子体稳态运行、未来聚变反应堆的工程与物理研究等

方面做出更加深入的探索。

报道称，全超导托卡马克上的大型超导中心螺管线圈是建造

此类核聚变实验装置最具挑战性的技术难关，它的作用是通过

快速磁通变化产生初始阶段的等离子体电流。

2003年5月12日，第一个超导中心螺管原型线圈成功通

过性能测试，随后中科院等离子体所又对其纵场原型线圈成功

进行了超导电磁性能、机械性能、热工水力性能测试，经过

100小时的降温，线圈成功进入超导状态。

实验结果显示，线圈的性能完全达到设计参数，标志着该

装置的设计测试工作全面获得成功。

EAST是一台全超导托卡马克装置，受到国际同行的瞩

目。国际专家普遍认为，EAST可能将成为世界上第一个可实

现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却第一壁结构的托卡马

克。该装置有真正意义的全超导和非圆截面特性，更有利于科

学家探索等离子体稳态先进运行模式，其工程建设和物理研究

将为“国际热核聚变实验堆”（ITER）的建设提供直接经验和基

础。

为了达到聚变所要求的条件，托卡马克已经变为一个高度

复杂的装置，十八般武艺全用上了，其中有超大电流、超强磁

场、超高温、超低温等极限环境，对工艺和材料也提出了极高

的要求，从堆芯上亿度的高温到线圈中零下269度的低温，就

可见一斑。