Opsluiting van plasma: Tokamaks zijn ontworpen om heet plasma op te sluiten. Plasma, een materietoestand die bestaat uit geïoniseerd gas, wordt doorgaans geproduceerd door gassen tot extreem hoge temperaturen te verwarmen. Tokamaks gebruiken krachtige magnetische velden om een ​​ringvormig (donutvormig) opsluitingsvat te vormen. Deze magnetische velden voorkomen dat het plasma in direct contact komt met de wanden van de machine, waardoor energieverliezen en onzuiverheden worden geminimaliseerd.

Plasmaverwarming: Tokamaks gebruiken verschillende technieken om het plasma te verwarmen tot fusierelevante temperaturen (ruim 100 miljoen graden Celsius). Twee veelgebruikte verwarmingsmethoden zijn ohmse verwarming (het doorgeven van een elektrische stroom door het plasma) en aanvullende verwarming (zoals neutrale straalinjectie, ionencyclotronresonantieverwarming of elektronencyclotronresonantieverwarming). Het verwarmen van het plasma is cruciaal voor het bereiken van de noodzakelijke energieomstandigheden voor het optreden van fusiereacties.

Huidige schijf: Tokamaks hebben een continue elektrische stroom nodig om door het plasma te stromen om de stabiliteit en opsluiting te behouden. Om deze stroom aan te drijven, gebruiken tokamaks niet-inductieve stroomaandrijfmethoden, zoals neutrale straalinjectie of radiofrequentiegolven. Deze technieken helpen de plasmastroom in stand te houden zonder uitsluitend afhankelijk te zijn van ohmse verwarming.

Diagnostiek en metingen: Tokamaks zijn uitgerust met verschillende diagnostische systemen om de eigenschappen van het plasma te meten en analyseren. Deze diagnostiek omvat spectroscopie, interferometrie, polarimetrie en deeltjessondes. Ze bieden informatie over plasmadichtheid, temperatuur, rotatie en onzuiverheidsgehalte, waardoor wetenschappers plasmagedrag kunnen bestuderen en fusieomstandigheden kunnen optimaliseren.

Fusieonderzoek: Tokamaks staan ​​centraal in het fusieonderzoek, dat tot doel heeft de kracht van kernfusie te benutten als een schone en overvloedige energiebron. Door op een gecontroleerde manier fusiereacties te bewerkstelligen en in stand te houden, dragen tokamaks bij aan de ontwikkeling van levensvatbare fusiereactoren. Onderzoekers gebruiken tokamaks om verschillende plasmaregimes te verkennen, instabiliteiten te onderzoeken, plasmaprestaties te optimaliseren en belangrijke principes van fusiefysica te demonstreren.

Registreer prestaties: Tokamaks hebben belangrijke mijlpalen bereikt in het fusieonderzoek. Zo behaalde de Joint European Torus (JET) in 1997 een recordproductie van fusievermogen van 16 megawatt gedurende 25 seconden. Meer recentelijk vestigde de EAST-tokamak (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) in China een nieuw record voor het in stand houden van plasma op hoge temperatuur gedurende een periode van 25 seconden. 1.056 seconden in 2021.

Samenvattend spelen tokamak-machines een cruciale rol in de plasmafysica door een platform te bieden voor de opsluiting, verwarming en studie van plasma's op hoge temperatuur. Het zijn essentiële instrumenten voor fusieonderzoek, met als doel ons begrip van plasmagedrag te vergroten en gecontroleerde fusiereacties te bereiken voor potentiële toekomstige energietoepassingen.