Tokamak

Tokamak توكاماك (/ˈtoʊkəmæk/; Rusia: токамáкcode: ru is deprecated ) ialah alat yang menggunakan medan magnet yang berkuasa untuk membendung plasma dalam bentuk torus. Tokamak ialah salah satu dari mesin yang dibangunkan menggunakan kaedah pelakuran pembendungan magnetik bagi menjana kuasa pelakuran yang terkawal. Setakat 2021, rekabentuk ini ialah calon utama bagi reaktor pelakuran nuklear yang praktikal.

Tokamak mula dibangunkan pada 1950-an oleh ahli fizik Soviet Igor Tamm dan Andrei Sakharov, yang diinspirasikan oleh surat dari Oleg Lavrentiev. Tokamak pertama yang berfungsi boleh dikaitkan kepada hasil kerja Natan Yavlinsky terhadap T-1 pada 1958. Telah ditunjukkan bahawa ekuilibrium plasma yang stabil memerlukan garisan medan magnet yang mengelilingi bentuk torus dalam heliks. Alat-alat seperti Sepitan-Z dan stellarator telah dibina bagi tujuan ini, namun menunjukkan ketidakstabilan yang serius. Pengenalan kepada konsep yang kini diketahui sebagai faktor keselamatan (dilabel q dalam notasi matematik) yang membantu pembangunan tokamak. Dengan menyusun reaktor supaya faktot kritikal q sentiasa melebihi 1, ketidakstabilan yang menyelubungi rekabentuk-rekabentuk yang lama dapat dihapuskan.

Menjelang pertengahan 1960-an, rekabentuk tokamak mula menunjukkan prestasi yang amat baik. Keputusan terawal telah dikeluarkan pada 1965, namun telah diabaikan, dengan Lyman Spitzer memberi kritikan bahawa terdapat masalah yang berkemungkinan berlaku dalam kaedah mencatat suhu oleh ahli fizik Soviet. Set kedua keputusan diterbitkan pada 1968 dan mendakwa prestasi jauh lebih baik dari rekabentuk yang lain. Apabila keputusan ini juga dipertikaikan, Ahli fizik Soviet telah menjemput delegasi dari United Kingdom untuk mengukur suhu, lalu mengesahkan keputusan yang diperolehi Soviet. Hasil eksperimen ini menyebabkan peningkatan pembinaan rekabentuk tokamak.

Menjelang pertengahan 1970-an, banyak tokamak telah dibina diserata dunia. Menjelang hujung 1970-an, mesin-mesin ini telah mencapai kesemua keadaan yang diperlukan bagi pelakuran praktikal, cuma bukan pada masa yang sama atau dalam satu reaktor. Dengan sasaran untuk sifar tenaga bersih yang dihasilkan (berbanding pengeluaran tenaga negatif), beberapa siri mesin baharu direka yang akan menggunakan bahan api pelakuran deuterium dan tritium. Mesin ini, terutamanya Joint European Torus (JET) dan Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) mempunyai matlamat yang nyata untuk mencapai sifar tenaga bersih.

Namun, mesin-mesin ini mempunyai masalah baharu yang menghadkan prestasinya. Untuk membaiki masalah tersebut, sebuah reaktor yang lebih besar dan mahal perlu dibina, yang jauh melebihi kemampuan sesebuah negara pada masa itu. Oleh itu, selepas perjanjian awal oleh Ronald Reagan dan Mikhail Gorbachev pada November 1985, usaha daripada International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) muncul dan masih menjadi usaha antarabangsa utama untuk menghasilkan kuasa lakuran yang praktikal. Banyak rekabentuk lebih kecil dan cabang-cabang dari rekabentuk ini seperti tokamak sfera, digunakan untuk menyiasat parameter prestasi dan isu-isu lain yang muncul. Setakat 2020, JET memegang rekod bagi output lakuran, dengan mencapai 16MW output bagi 24MW input pemanasan.