磁约束热核聚变约束形态

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磁约束热核聚变技术是当前研究的热点领域，其中磁镜约束形态和环形约束形态是两种主要的磁约束途径。磁镜约束形态通过在长圆柱两端加强磁场，形成“开端”，以此解决等离子体沿磁力线流失的问题。当带电粒子沿磁力线运动时，受到加强的磁场反射，从而在两端磁镜之间形成约束。如果粒子的速度接行于轴线，它可能会穿出磁镜而散失，称为磁镜端损失。磁矩守恒关系可以推导出粒子轨道与轴线夹角的限值，超过此值的粒子将由磁镜端损失。通过调整适当的磁镜比，大部分带电粒子可以被双磁镜约束，但约束条件仍难以满足受控热核聚变的需求。

磁镜系统的端损失可以通过使用多重串级磁镜、注入特定能量分布的带电粒子和中性粒子及高频波等复杂方法进一步改善，以维持系统中部和两端磁镜之间的静电电位差和温度差，实现更有效的约束。这类设计的磁镜型热核反应聚变堆具有具体的参数，如中心等离子体长度、直径、磁场强度、离子温度、电子温度、约束参量和聚变、发电功率等。目前，有国家正在进行原理验证性实验。

环形约束形态则通过将磁力线连同等离子体柱弯曲起来，形成闭合环形。在简单的环形磁场中，等离子体带电粒子发生电漂移，造成电荷分离和散失。解决这一问题的基本方法是使磁力线进行“旋转变换”，通过沿小圆周方向添加磁场分量，形成螺旋形扭曲的磁力线，避免带电粒子的磁漂移和电荷分离。在等离子体内产生环形电流来产生垂直方向的极向磁场，形成“环流器”（托卡马克），这是目前实验上最有成效的磁约束形态。

最新的环流器实验装置展示了当前磁约束技术的最高水平，设计参数旨在满足受控热核聚变在等离子体物理上的基本要求。目前，基于环流器原理设计的实用热核聚变反应堆的规格、尺寸和磁场强度等，一般不超过现有实验装置的指标。随着技术的不断发展，磁约束热核聚变领域正在逐步接近实现受控核聚变的目标。

一类受控热核聚变引。用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径，是等离子体物理学的一项重大应用。