中国科学技术馆之CT-6托卡马克装置—中国第一台托卡马克核聚变实验装置

中国科学技术馆之CT-6托卡马克装置—中国第一台托卡马克核聚变实验装置

在中国科学技术馆展馆外，陈列着一个样子奇特的静态装置，它就是—CT-6托卡马克装置。它是我国第一台托卡马克核聚变实验装置，由中国科学院物理研究所和电工研究所于1974年建造，曾获1978年全国科学大会一等奖。

中国科学技术馆室外展出的托卡马克装置

什么是核聚变

核聚变指由质量小的原子核，主要指氘或氚核，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核聚合反应，生成新的质量更重的原子核，并伴随巨大的能量释放的一种核反应生成过程。与传统化石能源相比，核聚变燃料储备丰富，海水中氘的储量足够人类使用几十亿年。另外，核聚变反应的废物为氦，对环境无污染。

托卡马克装置结构图

托卡马克用来做什么

早在20世纪50年代，人类就已经实现了核聚变—氢弹爆炸，从那时起，物理学家们就一直梦想着能够通过原子核聚变产生廉价、安全且丰富的能量，但氢弹的爆炸是不可控制的。人类若想有效利用核聚变能量，必须合理控制核聚变的速度和规模，实现持续平稳的能量输出。托卡马克就是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置。

托卡马克（Tokamak）一词来源于环形和磁场的俄文。在中国科技馆展出的托卡马克装置于1974年建成并运行，2000年被关闭，2003年由中国科学院物理研究所捐赠给中国科学技术馆。

托卡马克如何运行

托卡马克主体结构由环形真空室、环向磁场线圈、铁心变压器、平衡磁场线圈和底座组成。除了展出主体，还有电源和传输系统、抽气和充气系统、控制系统、诊断系统、数据采集系统。

托卡马克是一个脉冲运行的环形装置，通过磁场约束等离子体，创造氘、氚发生聚变的超高温环境，实现对聚变反应的控制。它的特点是存在环形等离子体电流，采用角向磁场和环向磁场组成螺旋形磁场约束等离子体，保证等离子体的平衡并抵御各种不稳定性。

托卡马克运行时，先将真空室抽空，并充以一定的工作气体；环向场线圈放电产生环向磁场；变压器初级线圈通电产生环向电动势，在环形真空室内击穿，形成等离子体和其中的环向电流，电流作为变压器的次级继续维持并加热等离子体至高温。因运行产生强磁场和加热等离子体，这种装置需耗费很强的电力。

（本栏目合作单位：中国科学技术馆 文图提供：洪唯佳）