托卡馬克是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，其中含有高能帶電粒子的氣體，等離子體，用于發(fā)展核聚變產(chǎn)生的能量。大多數(shù)大型托卡馬克用螺線(xiàn)管制造等離子體 - 大型磁性線(xiàn)圈繞過(guò)容器中心并注入啟動(dòng)等離子體的電流，并完成將超熱氣體保持在適當(dāng)位置的磁場(chǎng)。但是未來(lái)的托卡馬克必須沒(méi)有螺線(xiàn)管，這種螺線(xiàn)管可以短脈沖運(yùn)行，而不是像商業(yè)聚變發(fā)電廠(chǎng)那樣需要數(shù)周或數(shù)月。

最近的計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)提出了一種在不使用螺線(xiàn)管的情況下發(fā)射等離子體的新方法。模擬建模顯示形成稱(chēng)為等離子體的不同的載流磁性結(jié)構(gòu)，其可以啟動(dòng)等離子體并完成復(fù)雜的磁場(chǎng)。

一切都始于磁場(chǎng)線(xiàn)或環(huán)路，通過(guò)托卡馬克地板的一個(gè)開(kāi)口上升。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)制電場(chǎng)強(qiáng)制擴(kuò)展到容器中時(shí)，可以形成薄的電流層或薄片。通過(guò)稱(chēng)為磁性重新連接的過(guò)程，片材可以破碎并形成一系列環(huán)形等離子體，其與由海豚產(chǎn)生的氣泡環(huán)相當(dāng)。

美國(guó)能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的主要聚變?cè)O(shè)施 - 國(guó)家球形環(huán)實(shí)驗(yàn)(NSTX)內(nèi)的快速攝像機(jī)圖像已經(jīng)證實(shí)了計(jì)算預(yù)測(cè)的等離子體。該設(shè)施已經(jīng)升級(jí)。等離子體合并形成一個(gè)承載高達(dá)400,000安培電流的大環(huán)，在托卡馬克內(nèi)部形成等離子體啟動(dòng)階段。

對(duì)等離子體的這種先進(jìn)建模也導(dǎo)致了另一個(gè)主要發(fā)現(xiàn)：通過(guò)國(guó)家球面環(huán)面實(shí)驗(yàn)(NSTX-U)的升級(jí)可以實(shí)現(xiàn)大量場(chǎng)線(xiàn)閉合和最大啟動(dòng)電流的條件。

在自然界中也觀(guān)察到類(lèi)似等離子體的結(jié)構(gòu)，例如在噴發(fā)的太陽(yáng)活動(dòng)期間。在托卡馬克觀(guān)測(cè)到的全球等離子體形成揭示了磁重聯(lián)過(guò)程和太陽(yáng)耀斑的觸發(fā)機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)還揭示了在空間中發(fā)生的相同的等離子體介導(dǎo)的重新連接在關(guān)閉磁場(chǎng)線(xiàn)和在NSTX-U中啟動(dòng)等離子體方面起主導(dǎo)作用。