中國科學技術館之CT-6托卡馬克裝置—中國第一臺托卡馬克核聚變實驗裝置

中國科學技術館之CT-6托卡馬克裝置—中國第一臺托卡馬克核聚變實驗裝置

在中國科學技術館展館外，陳列著一個樣子奇特的靜態裝置，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驗裝置，由中國科學院物理研究所和電工研究所于1974年建造，曾獲1978年全國科學大會一等獎。

中國科學技術館室外展出的托卡馬克裝置

什么是核聚變

核聚變指由質量小的原子核，主要指氘或氚核，在一定條件下（如超高溫和高壓），發生原子核聚合反應，生成新的質量更重的原子核，并伴隨巨大的能量釋放的一種核反應生成過程。與傳統化石能源相比，核聚變燃料儲備豐富，海水中氘的儲量足夠人類使用幾十億年。另外，核聚變反應的廢物為氦，對環境無污染。

托卡馬克裝置結構圖

托卡馬克用來做什么

早在20世紀50年代，人類就已經實現了核聚變—氫彈爆炸，從那時起，物理學家們就一直夢想著能夠通過原子核聚變產生廉價、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模，實現持續平穩的能量輸出。托卡馬克就是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環形裝置。

托卡馬克（Tokamak）一詞來源于環形和磁場的俄文。在中國科技館展出的托卡馬克裝置于1974年建成并運行，2000年被關閉，2003年由中國科學院物理研究所捐贈給中國科學技術館。

托卡馬克如何運行

托卡馬克主體結構由環形真空室、環向磁場線圈、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、抽氣和充氣系統、控制系統、診斷系統、數據采集系統。

托卡馬克是一個脈沖運行的環形裝置，通過磁場約束等離子體，創造氘、氚發生聚變的超高溫環境，實現對聚變反應的控制。它的特點是存在環形等離子體電流，采用角向磁場和環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定性。

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

（本欄目合作單位：中國科學技術館 文圖提供：洪唯佳）