等離子體形狀控制

核聚變實驗中托卡馬克和仿星器產生的磁約束聚變等離子體都會有一個特定的形狀。等離子體形狀控制是在這些情況下研究等離子體形狀的學科，它對於下一代聚變堆（例如國際熱核聚變實驗反應堆）的研製非常重要。這種形狀是等離子體的參數的一部分。軸對稱的實驗設施，尤其是托卡馬克，由於其對稱性可以通過其截面來分析。

歷史

早期聚變堆的設計為了便於設計和理解，往往有着圓形的截面。一般來說聚變堆會使用環形的佈局，例如托卡馬克和大多數的仿星器都是如此，這樣可以使其等離子中的離子和電子在磁場中繞環面高速運動。然而，靠外側的等離子走過的路程較內部的更長，從而造成了數種效應，破壞了等離子體的穩定性。

在20世紀60年代，一些不同的方法被用於解決這些問題。通常幾個磁場被組合在一起使得設備內的總的淨磁場扭曲成一種雙螺旋。離子和電子繞着這些路線內外移動，混合在一起並且抑制了幾個最顯著的不穩定因素。

在20世紀80年代，在這個方向上的進一步研究表明，在外部使用螺旋形且不對成的載流線圈可以帶來更好的結果。此後的一系列的實驗開始使用「C」和「D」字形的等離子體腔。

通過將一個或幾個塑形線圈中的電流加大到足夠高，就可以有一個或幾個「X點」。「X點」被定義為空間中的切向場強為零的點。與「X點」相交的磁通量表面稱為分界面，並且由於該表面外部的所有磁通量表面都是無約束的，分界面定義了LCFS（Last Closed Flux Surface）。以前，通過在等離子體中插入材料限制器來建立LCFS，其將等離子體溫度和電勢以及其他物理量量固定為等於限制器的量。從LCFS逃逸的等離子體將沒有優先方向，可能會損壞設備。通過建立「X點」和分界面，等離子體邊緣與容器壁解耦合，同時排出的熱量和等離子體粒子將會優先轉向容器中「X點」附近的已知區域。