トカマク型
プラズマ電流をCSコイルによる誘導電流で作っていては運転がパルス運転になってしまうので、トカマク型で商用炉を作ると炉の運転率が下がってしまう。そこでブートストラップ電流や高周波や中性粒子ビームを用いた非誘導電流を長時間流せる技術を開発する必要がある。
ダイバータへの熱負荷を低減させる必要がある。
ベータ値の向上(アスペクト比、プラズマの断面形状、電流分布、q分布)
NTMの抑制
プラズマ回転によって、長時間の壁安定化効果を得る
1950年代にソ連のイゴール・タム、アンドレイ・サハロフらによって考案された。「トカマク」(Токамак) の語はこの方式の構造を示すロシア語 “тороидальная камера в магнитных катушках” (toroidal chamber in magnetic coils) の頭字語である。トーラス (тор)、容器 (камера)、磁気 (магнит)、コイル (катушка) の組み合わせが元になっているとも言われている。
トカマクではプラズマ中に流れる電流でプラズマ自身を閉じ込めるトカマク磁場を作るので、プラズマの自律制が必要であり、当初この方式は困難だろうと考えられていたが、ロシアのT-3というトカマク炉が非常に良いプラズマ性能を有した事から磁場配位の主流になった。1970年代に日米欧に大型のトカマク装置が建設され、核融合炉を現実の物とする為の多くが発見されることになる(後述)。
現在では電磁石には超伝導体を使用した超伝導電磁石が一般的になりつつある。
プラズマは完全導体とみなせるので、CSコイルに電流を流すとプラズマ中にトロイダル方向の電流が誘導される。これをプラズマ電流と呼ぶ。この電流によりトカマク磁場が発生する。
しかし、TFコイルとCSコイルだけではプラズマは安定には存在し続けられない。ドーナツ状のプラズマ中にトロイダル方向のプラズマ電流がながれるとフープ力によりプラズマは膨らもうとするためである、これを押さえつけるには単純な円環コイルを用意すればよく、トカマクを上下に貫く磁場を発生させるポロイダルフィールドコイル(PFコイル)、または単にポロイダルコイルと呼ばれる。
以上を整理すると
TFコイル → トロイダル磁場を生成(プラズマをドーナツ状にまとめる)
PFコイル → ポロイダル磁場を生成(プラズマを内周方向へ押し込める)
CSコイル → (トロイダル方向のプラズマ電流を誘導する)
プラズマの磁力線が何らかの弾みで揺れ始め次第に大きくなってやがて隣の磁力線と結び付いてしまうことがある。磁力線のこのような結合をリコネクションと呼んでいる。この磁力線は周囲の大きな流れから孤立した島状となり、これが磁気島(アイランド)と呼ばれる現象でこれによってプラズマ内側の熱が外側へと逃げるのを早めてしまう。
JT-60は、EUのJET (Joint European Torus) と同様に、D型ポロイダル断面を持つ典型的なトカマク炉である。これらの実験結果は次の実験装置であるITERにとってとても重要なものである。
1998年(平成10年)に行った「重水素-重水素」のプラズマ実験を、もしも50%-50%の「重水素-三重水素」で行えばエネルギー均衡点を越えて、入力エネルギーと発生エネルギーが等しい点、以上の反応、恐らくQ=1.25程度が生じたはずである。JT-60は、放射性物質である三重水素を扱う機能を持っておらず、EUのJETのみがその機能を持っている。
2006年(平成18年)5月9日に28.6秒のプラズマ保持時間を記録した。これは2004年にJT-60自身が出したこれまでの世界記録16.5秒を塗り替えるものであった。これは、強磁性体であるフェライト鋼を用いたプラズマ閉じ込め磁場形状の改良の結果であると発表されている。JT-60の次の課題はプラズマの圧力と閉じ込め磁場の圧力の比(ベータ値)を高める必要がある。
Chinese Academy of Sciences Institute of Plasma Physics - EAST
People's Daily article
Xinhua article Mar 1 2006 - Note that EAST is obviously not the "world's first experimental nuclear fusion device".
Xinhua article Mar 24, 2006 Nuke fusion reactor completes test
Mainichi Daily News article Jun 2, 2006
Xinhua article Jan 15, 2007 Chinese scientists conduct more tests on thermonuclear fusion reactor