中國科學(xué)技術(shù)館之CT-6托卡馬克裝置—中國第一臺托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置

在中國科學(xué)技術(shù)館展館外，陳列著一個樣子奇特的靜態(tài)裝置，它就是—CT-6托卡馬克裝置。它是我國第一臺托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，由中國科學(xué)院物理研究所和電工研究所于1974年建造，曾獲1978年全國科學(xué)大會一等獎。

中國科學(xué)技術(shù)館室外展出的托卡馬克裝置

什么是核聚變

核聚變指由質(zhì)量小的原子核，主要指氘或氚核，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核聚合反應(yīng)，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)生成過程。與傳統(tǒng)化石能源相比，核聚變?nèi)剂蟽湄S富，海水中氘的儲量足夠人類使用幾十億年。另外，核聚變反應(yīng)的廢物為氦，對環(huán)境無污染。

托卡馬克裝置結(jié)構(gòu)圖

托卡馬克用來做什么

早在20世紀(jì)50年代，人類就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了核聚變—?dú)鋸棻ǎ瑥哪菚r起，物理學(xué)家們就一直夢想著能夠通過原子核聚變產(chǎn)生廉價、安全且豐富的能量，但氫彈的爆炸是不可控制的。人類若想有效利用核聚變能量，必須合理控制核聚變的速度和規(guī)模，實(shí)現(xiàn)持續(xù)平穩(wěn)的能量輸出。托卡馬克就是一種利用磁約束來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形裝置。

托卡馬克（Tokamak）一詞來源于環(huán)形和磁場的俄文。在中國科技館展出的托卡馬克裝置于1974年建成并運(yùn)行，2000年被關(guān)閉，2003年由中國科學(xué)院物理研究所捐贈給中國科學(xué)技術(shù)館。

托卡馬克如何運(yùn)行

托卡馬克主體結(jié)構(gòu)由環(huán)形真空室、環(huán)向磁場線圈、鐵心變壓器、平衡磁場線圈和底座組成。除了展出主體，還有電源和傳輸系統(tǒng)、抽氣和充氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

托卡馬克是一個脈沖運(yùn)行的環(huán)形裝置，通過磁場約束等離子體，創(chuàng)造氘、氚發(fā)生聚變的超高溫環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對聚變反應(yīng)的控制。它的特點(diǎn)是存在環(huán)形等離子體電流，采用角向磁場和環(huán)向磁場組成螺旋形磁場約束等離子體，保證等離子體的平衡并抵御各種不穩(wěn)定性。

托卡馬克運(yùn)行時，先將真空室抽空，并充以一定的工作氣體；環(huán)向場線圈放電產(chǎn)生環(huán)向磁場；變壓器初級線圈通電產(chǎn)生環(huán)向電動勢，在環(huán)形真空室內(nèi)擊穿，形成等離子體和其中的環(huán)向電流，電流作為變壓器的次級繼續(xù)維持并加熱等離子體至高溫。因運(yùn)行產(chǎn)生強(qiáng)磁場和加熱等離子體，這種裝置需耗費(fèi)很強(qiáng)的電力。

（本欄目合作單位：中國科學(xué)技術(shù)館 文圖提供：洪唯佳）