トカマク型
トカマクではプラズマはドーナツ状の真空容器内に閉じ込められる。このドーナッツの大円周方向をトロイダル方向、小円周方向をポロイダル方向と呼ぶ。
トーラス形状のソレノイドコイル(トロイダルフィールドコイル、TFコイル)に電流を流すとトロイダル方向に閉じた磁力線ができる。この閉じた磁力線を単純トーラスと呼ぶ。これがあれば、その周りを螺旋運動することでプラズマが長時間閉じ込められるのではないかと考えられる。しかし実際には磁場勾配ドリフト効果によって荷電分離が発生し、この荷電分離により電場が発生し、この電場によりE×Bドリフトが発生するので、単純トーラスの磁場ではプラズマは閉じ込められない。
そこで、トカマクでは荷電分離を発生させないためにポロイダル方向の磁場を作る。その為にドーナツ状のトカマクの中心の空芯部分にソレノイドコイルを入れる。これをセンターソレノイドコイル(CSコイル)と呼ぶ。
これら3種類のコイルによってプラズマはドーナツ状の形状に保持される。
プラズマ中の磁場はまずトロイダルフィールドコイルによって作られたトロイダル磁場によって単純なトロイダル方向の、つまりドーナッツの輪の中をぐるぐる回る方向に磁場が形成される。
センターソレノイドコイルの作り出す磁場によってプラズマがトロイダル方向に力を受ける。 既にトロイダル磁場があるのでこの磁場に沿う形で内部のプラズマがドーナッツの中を流れる。流れる方向はプラスの原子核(イオン)とマイナスの電子では逆方向なのでこの流れは電流として働く。
シア。層ごとに磁力線の方向がずれているのでプラズマ粒子の磁力線間の移動が制限される。この電流がポロイダル方向に、つまりドーナツの片側断面方向にまとわり付くように新たな磁場が生じる。この新たな磁場をポロイダル磁場と呼ぶ。既にあるトロイダル磁場とこの新たなポロイダル磁場の合成によりねじれた磁場がプラズマ中の電流を中心として周囲を囲む。
このドーナツ型にねじれた磁場は長ネギの皮のように層をなしており、この仮想的な層を磁気面と呼ぶ。プラズマに近い磁気面は強くプラズマに遠い磁気面では弱くなる。またこの磁気面同士ではねじれ方に違いがありこの違いがシアと呼ばれ、プラズマの散逸を防ぐ働きをする。
ドーナツの外周側では内周側に比べてトロイダル磁場が弱くなるので、このままではプラズマの漏れが大きくなる。これを防ぐためにもドーナッツに平行なポロイダルフィールドコイルによって外周側の上下方向の磁場を強くして漏れを最小にする。