托卡马克装置的发电过程解析

   托卡马克（Tokamak）通过磁约束核聚变实现发电，其核心流程可分为以下四个关键阶段：  

 1. 等离子体的产生与约束  

- 燃料注入：向环形真空室注入氘（氢同位素）和氚的混合气体。  

- 等离子体生成：通过环形线圈（环向磁场）和中央螺线管（极向磁场）产生强磁场，结合高频电流加热至1亿摄氏度以上，使气体电离为等离子体。  

- 磁场约束：磁场将带电粒子限制在环形轨道内，避免与容器壁接触，维持超高温等离子体的稳定状态。  

 2. 核聚变反应释放能量  

- 聚变触发：在极端高温高压下，氘和氚的原子核克服库仑斥力，聚合成氦核并释放中子与巨大能量（1kg燃料释放能量相当于300万升汽油）。  

- 能量传递：释放的中子携带动能撞击真空室壁的锂包层，产生热量（约1.5亿摄氏度），并通过液态钠等冷却剂传递至二回路系统。  

 3. 热能转化为电能  

- 热交换发电：二回路中的热能驱动蒸汽轮机旋转，带动发电机发电，最终输出电能。  

- 直接发电尝试：部分实验性装置（如EAST）通过等离子体切割磁力线产生感应电流，但该技术尚未成熟。  

 4. 能量输出与系统循环  

- 电力输出：发电后的废热通过冷却塔或海水循环系统消散，电能并入电网。  

- 燃料循环：未反应的氘氚通过抽气系统回收，氦灰被偏滤器分离排出，实现闭式燃料循环。  

当前技术挑战  

当前托卡马克发电仍面临等离子体稳定性（如边界湍流控制）和材料耐辐射性（中子辐照导致设备脆化）等难题。