> 数据图表一起讨论下2.2 磁体系统：超导磁体是稳态运行基础 全高温超导是当前发展方向
2025-5-52.2 磁体系统：超导磁体是稳态运行基础 全高温超导是当前发展方向◼ 托卡马克磁体系统的构成及各线圈功能：托卡马克磁体系统包括中心螺管线圈、纵场线圈、极向线圈等。其中1）纵场线圈运行稳态电流产生环向磁场，并与等离子体产生的极向磁场叠加，形成螺旋磁场对等离子体进行约束；2）中心螺管线圈和极向场线圈运行变化电流用于击穿、加热和控制等离子体。◼ 超导磁体是稳态运行的基础，托卡马克朝着全超导方向发展：早期托卡马克装置磁场线圈采用铜导体，但在大电流下铜磁体存在发热问题、只能以极短脉冲方式运行，且中心螺管磁体和极向场磁体面临磁场强度大、需要快速交变运行。然而超导体在特定条件下电阻率低、载流性能好，可助力托卡马克实现长时间稳态运行，因此业内逐步转向采用超导磁体并朝着全超导方向发展。◼2006年中科院等离子体物理研究所建成世界上第一个全超导托卡马克装置EAST。就构造来看，EAST超导磁体系统包括16个D形纵场超导磁体、6个中心螺管超导磁体和8个极向场超导磁体。ITER则是全球规模最大的超导托卡马克装置，其导体材料采用低温超导材料NbTi、Nb3Sn。◼ 磁场强度与约束能力及经济性密切相关，高温超导崭露头角：聚变功率与约束磁场的4次方呈正比，建设强磁场紧凑型托卡马克有望显著提高聚变堆的经济性。高温超导在相同工作条件下具备更高电流密度和临界磁场强度，有利于建造更加紧凑和更高磁场强度的聚变装置。美国CFS联合MIT拟建设的SPARC装置便采用稀土钡铜氧（REBCO)高温超导材料。国内能量奇点公司则完成了首个全高温超导托卡马克装置的建设并实现等离子体放电。图：托卡马克超导磁体系统图： EAST超导磁体系统图：高强度REBCO超导带材资料来源：王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》，徐浩睿等《聚变装置高温超导磁体系统电磁仿真方法研究》,王腾《托卡马克超导磁体失超电压探测技术》，王泽黎等《用于超导储能磁体的高强度REBCO超导带材》，华源证券研究15 
