托卡马克聚变实验反应堆相关知识

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托卡马克聚变实验反应堆是实现可控核聚变的重要途径之一。在托卡马克磁场位形中，外部磁场线圈扮演着关键角色，包括纵向场线圈和极向场线圈。纵向场线圈产生恒定的环向磁场和磁通，而极向场线圈则产生极向磁场与磁通。极向磁场的功能包括平衡与成形，其变化率能够产生环向电压，驱动等离子体电流并进行欧姆加热。

托卡马克位形中涉及的重要概念包括磁面、磁面函数、最后闭合磁面和分界面。磁面是磁力线相互之间不能相交的闭合拓扑环面，形成于托卡马克内部的螺旋磁力线中。这些磁面分为有理面和无理面，前者磁力线经过有限圈后回到原位置，后者则不会。磁面上的温度、密度和压强分布只依赖于磁面分布，即都是磁面函数。在宏观时间尺度上，整个磁面上的这些物理量达到均匀分布。

最后闭合磁面（LCS）是等离子体边界的磁面，通常由托卡马克位形自身的外部线圈定义。分界面则是磁力线不闭合的磁面，位于最外层磁面之外。根据闭合磁面的位置，托卡马克位形可以分为偏滤器位形和限制器位形。在偏滤器位形中，所有的闭合磁面都在限制器的内部，最外层磁面也即是最后闭合磁面。而在限制器位形中，有些闭合磁面位于限制器的外面，这时刚好与限制器接触的闭合磁面决定了等离子体边界，成为最后闭合磁面。