tokamakkonseptiin

Tokamak on fuusion magneto-konfinoidun confinoinnin laite, jonka toroidinen, torpedomainen vakuumikammio pitää erittäin kuumaa plasmaa riittävän pitkään. Konseptin ydin on, että toroidinen magneettikenttä yhdessä plasman virran synnyttämän polaarisen kentän kanssa muodostaa kierretyn magneettikentän, joka rajoittaa plasman kosketusta kamion seinämiin.

Toimintaperiaate perustuu kahteen päätekijään: ulkoiset käämit tuottavat toroidisen magneettikentän ja plasman virta indusoidaan muuntajaperiaatteella, jolloin muodostuu polaarikenttä. Yhdessä nämä kentät muodostavat helicaalisen konfinaation plasmaan. Lämpöenergia plasman ylläpitämiseksi saadaan useilla tavoilla, kuten ohm-lämmitys, neutraalipuskuri-injektio (NBI) sekä radiofrekvenssi-lämmitys (RF). Plasman lämpötilat ovat miljoonien Celsius-asteiden luokkaa, jotta fuusio tapahtuu polttoaineen, yleensä deuteriumin ja tritiumin, avulla.

Historia ja merkitys: Tokamak-kehitys sai alkunsa 1950–1960-luvuilla Neuvostoliitossa; nimi tulee venäjänkielisestä lyhenteestä toroidalnaya kamera s magnitnymi katushkami. 1960-luvulla julkaistut tulokset osoittivat merkittävästi parantuneen confinoinnin, ja tokamakista tuli fuusion magneettiseen confinoinnin pääkonsepti. Kansainvälinen ITER-projekti perustuu tähän konseptiin ja pyrkii osoittamaan nettovoiman tuotannon mahdollisuuden suurissa mittakaavoissa. Muita laitteita ovat esimerkiksi JET, EAST, KSTAR, JT-60 ja TFTR.

Nykytilanne ja haasteet: Tokamak-laitteet ovat suuria ja teknisesti vaativia. Yksi keskeisistä tavoitteista on osoittaa nettovoiman tuotanto sekä ratkaista pitkäaikaisen plasman confinaation, materiaalien neutronivaurioiden sekä tritiumin kierrätyksen kaltaiset haasteet. ITERin ja tulevien laitosten tarkoituksena on osoittaa fuusion kaupallinen potentiaali ja tukea pitkän aikavälin energiantuotantoa.