图丨托卡马克设计图
托卡马克的局限
实际上，托卡马克由一个“甜甜圈”型的真空管道构成，通过一系列缠绕在管道上的通电线圈来施加磁场，如下图所示。通电导线产生的磁场和其他一些磁铁产生的磁场一起，构成了一个磁力线分布沿真空管道轴向的磁场。
当等离子体注入时，其带电粒子在真空管道内螺旋形前进。咋一看，托卡马克可以通过磁场将等离子体束缚在管道中。
然而，事实却并非如此。对此，MPIPP仿星器项目的负责人Thomas Klinger教授说：“真空中的磁场并不具有束缚的属性，因为它仅是一个环形场。纯的环形场不能束缚等离子体——这早在1951年就被费米发现了。”
由于环形截面上磁场的分布不均匀，带电粒子会在磁力线之间漂移，能量较高的粒子会漂移到外部。所以等离子束流会向外膨胀然后打到管道内壁上。为在托卡马克中获得高温的等离子体，必须抑制这种漂移。
为实现此目标，需要在等离子束流中加载强大的电流。“你需要利用大电流来扭曲磁力线”，电流会产生另外一个磁场，这个磁场将扭曲原有磁场以使得磁力线呈螺旋状。