Inspärrning av plasma: Tokamaks är designade för att begränsa het plasma. Plasma, ett tillstånd av materia som består av joniserad gas, produceras vanligtvis genom att värma gaser till extremt höga temperaturer. Tokamaks använder kraftfulla magnetfält för att bilda ett toroidformat (munkformat) inneslutningskärl. Dessa magnetiska fält hindrar plasman från att komma i direkt kontakt med maskinens väggar, vilket minimerar energiförluster och föroreningar.
Plasmavärme: Tokamaks använder olika tekniker för att värma plasman till fusionsrelevanta temperaturer (över 100 miljoner grader Celsius). Två vanliga uppvärmningsmetoder är ohmsk uppvärmning (som leder en elektrisk ström genom plasman) och ytterligare uppvärmning (såsom neutralstråleinjektion, joncyklotronresonansuppvärmning eller elektroncyklotronresonansuppvärmning). Uppvärmning av plasman är avgörande för att uppnå de nödvändiga energiförhållandena för att fusionsreaktioner ska inträffa.
Aktuell enhet: Tokamaks kräver en kontinuerlig elektrisk ström för att flyta genom plasmat för att bibehålla dess stabilitet och inneslutning. För att driva denna ström använder tokamaks icke-induktiva strömdrivningsmetoder, såsom neutral strålinjektion eller radiofrekvensvågor. Dessa tekniker hjälper till att upprätthålla plasmaströmmen utan att enbart förlita sig på ohmsk uppvärmning.
Diagnostik och mätningar: Tokamaks är utrustade med olika diagnossystem för att mäta och analysera plasmans egenskaper. Dessa diagnostik inkluderar spektroskopi, interferometri, polarimetri och partikelsonder. De ger information om plasmadensitet, temperatur, rotation och föroreningsinnehåll, vilket gör det möjligt för forskare att studera plasmabeteende och optimera fusionsförhållanden.
Fusionsforskning: Tokamaks är centrala för fusionsforskningen, som syftar till att utnyttja kraften i kärnfusion som en ren och riklig energikälla. Genom att uppnå och upprätthålla fusionsreaktioner på ett kontrollerat sätt bidrar tokamaks till utvecklingen av livskraftiga fusionsreaktorer. Forskare använder tokamaks för att utforska olika plasmaregimer, undersöka instabiliteter, optimera plasmaprestanda och demonstrera viktiga fusionsfysiska principer.
Rekordprestationer: Tokamaks har uppnått betydande milstolpar inom fusionsforskning. Till exempel uppnådde Joint European Torus (JET) en fusionsrekord på 16 megawatt under 25 sekunder 1997. På senare tid satte EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) tokamak i Kina ett nytt rekord för att upprätthålla högtemperaturplasma för 1 056 sekunder 2021.
Sammanfattningsvis spelar tokamak-maskiner en viktig roll i plasmafysik genom att tillhandahålla en plattform för inneslutning, uppvärmning och studier av högtemperaturplasma. De är viktiga verktyg för fusionsforskning, som syftar till att främja vår förståelse av plasmabeteende och uppnå kontrollerade fusionsreaktioner för potentiella framtida energitillämpningar.
