托卡马克的基本慨念
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(相关术语―TF coils： The coils that produce the Toroidal Field （TF） in a tokamak) PF coils：The coils that produce the Poloidal Field (PF) in a tokamak）
托卡马克磁场位形特点―――螺旋形结构
（各种托卡马克磁位形示意图 1）
（各种托卡马克磁位形示意图 2）
（圆托卡马克一例，DIII-D 内部示意图：左边有放电的等离子体，右边图 中等离子体壁上有孔洞，装有诊断、加热天线，避免与高能等离子体直接接 触。等离子体第一壁为碳瓦）
磁力线螺距、安全因子 螺距：d 2 r
B B
r：小环截面上的半径。 B , B
Triangularity 三角变形度 等离子体截面的三角形程度的一种量 度。
Vertical Displacement Event 垂直位移事件 整个等离子体在离其平衡位置向上乮或 向下乯运动期间的一种不稳定性。高拉 长度等离子体更有这种运动的倾向丆因 为产生这些需要更强的成形磁场。要是 不用反馈系统控制丆当等离子体与容器 碰撞时丆它将迅速地损失掉丆并导致等 离子体电流流过壁和其它部件。
螺旋磁场的不均匀性 大环外侧磁场最小；大环内侧最大。 造成的结果：因为有磁场梯度存在，所以带电粒子通旋中心的运动是 由沿磁力线的导引运动和磁漂移两部分合成。 两类粒子 “捕获粒子”或“约束粒子”： 托卡马克等离子体外侧磁场 比内侧磁场低。 平行于磁场的低速 度粒子没有足够的能量进入强场 （内侧）区，并且在外侧被捕获，
在上述两种力的作用下， 不同 电荷产生不同方向的漂移，即电荷 分离，由此形成空间电场。该空间 电场与磁场的 EXB 漂移驱动等离子 体整体向外运动。
（简单同心圆环磁场中不同带电粒子的漂移运动）
结论：简单圆环磁场不能有效地约束带电粒子。
克服电漂移的方法：使磁力线旋转，同一根磁力线既经过环的上面，又经 过环的下面，从而抵消电荷分离。 磁场旋转方法 （1） 内部产生环向等离子体电流， 由此产生小环向磁场， 即托卡马克位形； （2）外部线圈为螺旋绕组，产生磁场旋转变化，即仿星器磁位形。
描述这类平衡条件下对给定的外部磁场，等离子体内部压强剖面和极向磁通面的结构。 是托卡马克物理研究的出发点。 （极向磁通面将在下面简要介绍）
―――――――――――――――――――――――――
等离子体磁通函数，电流通量函数（一般了解） 为 了 研 究 托 卡 马克 中 与 磁 场 密 切相 关 的 平 衡 问 题， 引 入 磁 通 函 数
2. 托卡马克的磁场位形及相关概念
纵场线 4 圈、角向磁场 纵场线圈产生的平行于环电流的纵向磁场用于约束等离子体，抑制等离 子体的磁流体力学不稳定性； 角向（极向）磁场由等离子体电流产生； 纵场强度要比角向磁场强度大许多倍， 在正常情况下两比值>>10， 这是
托卡马克与其它环形装置的主要区别，也是它的一个主要特点。
(1) t=0 以前环向场（B-coil）加电流；充入气体；欧姆（E－coil）加 热线圈电流加至最大值 (2) 在零时刻，E-coil 电流迅速下降，在环形真空室中产生感应电流， 加速自由电子，发生碰撞电离，形成等离子体。 这时， E-coil 和等离子体环构成了一个变压器，前者是初级线圈，后 者是次级线圈，从而形成了环形等离子体电流，产生的角向磁场。 感应电场同时具有加热（欧姆加热）等离子体的作用； 在 E-coil 电流的下降后，等离子体电流上升直至平顶。 (3) 之后再充入气体以增加等离子体的密度和压力。另外还有其他的加 热和电流驱动的方法也被使用。 托卡马克的工作过程 等离子体电流增大（0-1秒） 、 保持不变（1-5秒） 、减小 （5-6秒）的三个时间段分别 称为上升段、平顶段和下降 段。 不同的托卡马克装置都有其 特定的设计目标，每个运行 时的等离子体电流、环向场、 放电时间等参数的取值也不 相同。
――――――――――――――――――――
附：安全因子的意义
（意义 1：在 q 为小整数的磁面，对扰动特别敏感，由扰动所引起的不稳定性使等离 子体的能量损失增加） （意义 2： 托卡马克边缘的安全因子 q 必须大于 2，以避免破裂。) （意义 3： 安全因子值 q 必须大于 1，以避免长波长扭曲不稳定性。）
上左图中， 插入磁铁前后的磁场纹 波系数．上右图中为实物照片。
在有、无磁铁时，高能粒子损失造成的器壁温升
―――――――――――――――――――――――――
进行在 HT-7 托卡马克真空室内安装铁磁体材料以降低纵场纹波度，消除有辅助加热 时（如离子回旋加热 ICRH）纹波所造成快离子损失（FAST ION LOSS）的研究。
3. 等离子体在环形螺旋磁场中的约束
环形螺旋磁场的必要性 假设没有等离子体电流，仅存在外部纵向磁场时，磁场由为同心圆的 磁力线组成，在该种磁场中，带电粒子受两种向外的力： （1） 离心力――运动的带电粒子沿磁力线运动，受向外的离心力。 （2） 磁梯度力――环内侧的磁场强度大于外部，带电粒子受向外 的磁驱动力。
1. 托卡马克基本结构、工作原理
（托卡马克典型结构示意图 a，经典，含铁芯变压器）
（托卡马克典型结构示意图 b，经典，含铁芯变压器）
（托卡马克典型磁场示意图 c，经典，含空芯变压器）
（托卡马克典型磁场示意图 d，经典，含空芯变压器）
Elongation 拉长度 等离子体截面高度与其截面宽度之比。 见丗垂直位移事件乮vertical displacement event•j。
托克马克磁场线示意图
托卡马克磁面 每根磁力线构成一个磁面，是一个套着一个的具有磁剪切的环。
由闭合磁力线构成的磁面为有理磁面； 由无限延伸的磁力线构成的磁面为无理面； （ （不要求： 有理、 无理磁面彼此间隔， 如数轴上的有理、 无理数一样。 ） ） 在中心附近，沿大环方向一周即闭合的那根磁力线称为磁轴。 非圆磁面－先进托卡马克（有图示） ： 在托卡马克装置的发展过程中，为了提高等高于体温度而仍保持其稳 定性，把圆截面的等离子体沿着大环主轴方向拉长，成非圆截面(如椭圆、D 型等)，这时其磁面的截面也相应地成为非圆截面。 现代的实验结果表明，该位形能产生高性能的等离子体，有助于高性 能参数的获得，加快了核聚变商业堆的研究步伐。
粒子轨迹 在小圆上 的截面为 是香蕉形 状
只能沿着磁力线在两个强磁场区 构成的局部磁镜之间来回运动， 被 俘获在沿环向和极向都不构成一 圈的轨道上， 这一轨道因为粒子横 越磁场的漂移而具有一定宽度， 因 此被称为香蕉轨道， 该类粒子也叫 做“香蕉粒子”。
“通行粒子”或“自由粒子” 这种粒子的速度向量与螺旋磁场之间的夹角足够小，能够通过强磁场 而不被反射回来。
P
R
子体在Ｒ方向受到一个向外的力．而等离子 体电流在极向磁场中，收到向内的力，正好 与之平衡所以等离子体在Ｒ方向平衡．
JB
R 描述等离子体平衡的基本方程组 前面的力学平衡方程： 再加上麦克斯韦方程：
J B P
B 0 J
B 0
这三个方程组成描述托卡马克和其他轴对称环形平衡位形的基本方程组。 它们完整地
速度传播，在 plasma 中为等离子体声速，一般为 105～106m/s）
垂直磁场方向上的等离子体平衡 平衡时，所有位置上的等离子体受力均为 0，要求磁场力与等离子体压 力平衡。
J B P
说明：电流密度和总磁场包括等离子体内部产生的电流和磁场，即自恰电流和自恰磁场 如左图所示，由于等离子体内部压力，等离
纵向、极向磁场。 由于纵场强，螺距通常大于装置大环周长。 安全因子：一条磁力线围绕小环转一圈，其对应需要 绕大环方的圈数，用 q 表示。不同磁面具 有不同的 q 值。 由定义知：安全因子 q 与等离子体环向电流的大小成反比。 等离子体环向电流小，q 大，等离子体的稳定性好； 等离子体环向电流大，q 小，等离子体的稳定性差； 例子： 一种重要的宏观不稳定性—－ “扭曲模” (Kink mode)， 由环向电流引起。 因此，在托卡马克运行中，环向电流不能太 大。
B B 2 r d 2 r B d B
角向磁场、环向磁场满足的关系：
将 d 的表达式代入 q 表达式：
q
B B r 1 2 r 2 R0 B B R0
装置的安全因子（最大小环半径：r＝a 处） ：
q( a )
B ( a ) a B ( a ) R0
（安全因子 q＝4 的磁场 例子： 小环方向转动 1 圈， 大环方向转动 4 圈）
二、 托卡马克的基本慨念、重要问题
――导言―― 聚变堆堆心是几亿度的等离子体，需要强大的加热手段； 磁约束高热等离子体不稳定，需要解决平衡、稳定控制问题 高热等离子体向外辐射、 传递大量的能量，通常的材料最高能经受3000K左右的温度， 需要解决材料问题。 ―――电约束―― 利用电场约束是最简单的。 在历史上也有人试验过。现在也有人继续研究用电场约束等离子体。 这对低温等离子体是可行的。但对高温等离子体不可行。 主要原因： 等离子体中的离子和电子在电场作用下沿相反方向运动， 外加电场很快就被极化的等 离子体屏蔽。另外，也无法设计一种三维的封闭电场位形。 ―――磁约束（第一章已涉及）―― 带电粒子在磁场中的运动分成两部分：在垂直于磁力线方向做Larmor 运动，沿磁 力线方向则可以自由运动（如果磁场是均匀的）； 因此，除非受到其他作用，带电粒子不会离开磁力线。所以，磁场可以将高温等离 子体与周围物质（真空室）隔开； 磁场的这种热绝缘本领与磁场强度有关，也与等离子体的参数有关； 进一步的分析表明，更与磁场位形的特性有关。 ―――环形磁约束―― 磁约束聚变研究近60 年的历史表明，确保环型磁约束位形有可能建造聚变反应 堆。下面主要介绍托卡马克环形磁位形。
其他情况： 如果有了磁场误差或其它的非轴对称磁场， 则磁力线在多次绕环以后， 它们常常和器壁相交，粒子也就随磁力线碰壁。 托卡马克装置只能使用有限个纵场线圈，引起纵向磁场的起伏，这就会 沿磁力线产生非常浅的局部磁镜，它们能够捕获一小部分带电粒子，它们容 易漂移出系统（见下图） 。
（利用永久磁铁降低纵场线圈纹波，提高粒子约束）
Aspect ratio 环径比 环形等离子体的大半径与小半径之 比丆在JET和Compass装置上丆环 径比接近3•i正如目前计划建造的 ITER•j•C在START装置上丆环径比 可以低于1.2, 在MAST装置上降到 1.3。
（非园托卡马克示意图及位形描述术语）
（磁场约束带电粒子的示意图）
托卡马克是一种环形系统。 典型托卡马克装置结构：它主要由产生等离子体电流的变压器(铁芯 的或空芯的)、产生纵场的线圈、控制等离子体柱平衡位置的极向场线圈和 环形真空室组成。 托克马克工作原理（有变压器欧姆加热的） 托卡马克的工作过程（以 DIII-D 为例）
4. 托卡马克等离子体平衡、平衡(Grad Shafranvo)方程
导言： （a）托卡马克中等离子体的质量非常小，一般仅 10-4 克/m3，不考虑重力因素： （b）载流的环形等离子体柱有向外扩张的趋势，且受力大（10 吨/m3） ，如不设
法加以平衡，等离子体就会向外运动碰撞容器壁。
（c）沿磁力线方向的压力平衡：容易达到，速度很快（压力的传递以类似声波的
――――――――――――――――――――
安全因子表达式推导（不要求，有示意图） ：
r
Hale Waihona Puke a（托卡马克磁场转动变化的示意图） 磁力线绕大环一圈（ 2 ），在小环方向转动的角度
2 R0 2 d
小环方向转动一周（ 2 ），需要在大环方向绕的圈数，即安全因子
2
q＝
d 2 R0
（仿星器螺旋绕组示意图 1）
（仿星器螺旋绕组示意图 2）
螺旋磁场约束优点分析： 在螺旋场中，相对于磁轴而言，带电粒子的位置不断变化，其对应的漂 移方向也改变（在大环内侧，漂移运动指向磁轴，在大环外侧，漂移运动偏 离磁轴） ，平均而言，带电粒子在磁轴附近运动，形成良好的约束。
（同心圆环磁场）
（螺旋环形磁场）
托卡马克磁场位形特点―――螺旋形结构
（各种托卡马克磁位形示意图 1）
（各种托卡马克磁位形示意图 2）
（圆托卡马克一例，DIII-D 内部示意图：左边有放电的等离子体，右边图 中等离子体壁上有孔洞，装有诊断、加热天线，避免与高能等离子体直接接 触。等离子体第一壁为碳瓦）
磁力线螺距、安全因子 螺距：d 2 r
B B
r：小环截面上的半径。 B , B
Triangularity 三角变形度 等离子体截面的三角形程度的一种量 度。
Vertical Displacement Event 垂直位移事件 整个等离子体在离其平衡位置向上乮或 向下乯运动期间的一种不稳定性。高拉 长度等离子体更有这种运动的倾向丆因 为产生这些需要更强的成形磁场。要是 不用反馈系统控制丆当等离子体与容器 碰撞时丆它将迅速地损失掉丆并导致等 离子体电流流过壁和其它部件。
螺旋磁场的不均匀性 大环外侧磁场最小；大环内侧最大。 造成的结果：因为有磁场梯度存在，所以带电粒子通旋中心的运动是 由沿磁力线的导引运动和磁漂移两部分合成。 两类粒子 “捕获粒子”或“约束粒子”： 托卡马克等离子体外侧磁场 比内侧磁场低。 平行于磁场的低速 度粒子没有足够的能量进入强场 （内侧）区，并且在外侧被捕获，
在上述两种力的作用下， 不同 电荷产生不同方向的漂移，即电荷 分离，由此形成空间电场。该空间 电场与磁场的 EXB 漂移驱动等离子 体整体向外运动。
（简单同心圆环磁场中不同带电粒子的漂移运动）
结论：简单圆环磁场不能有效地约束带电粒子。
克服电漂移的方法：使磁力线旋转，同一根磁力线既经过环的上面，又经 过环的下面，从而抵消电荷分离。 磁场旋转方法 （1） 内部产生环向等离子体电流， 由此产生小环向磁场， 即托卡马克位形； （2）外部线圈为螺旋绕组，产生磁场旋转变化，即仿星器磁位形。
描述这类平衡条件下对给定的外部磁场，等离子体内部压强剖面和极向磁通面的结构。 是托卡马克物理研究的出发点。 （极向磁通面将在下面简要介绍）
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等离子体磁通函数，电流通量函数（一般了解） 为 了 研 究 托 卡 马克 中 与 磁 场 密 切相 关 的 平 衡 问 题， 引 入 磁 通 函 数
2. 托卡马克的磁场位形及相关概念
纵场线 4 圈、角向磁场 纵场线圈产生的平行于环电流的纵向磁场用于约束等离子体，抑制等离 子体的磁流体力学不稳定性； 角向（极向）磁场由等离子体电流产生； 纵场强度要比角向磁场强度大许多倍， 在正常情况下两比值>>10， 这是
托卡马克与其它环形装置的主要区别，也是它的一个主要特点。
(1) t=0 以前环向场（B-coil）加电流；充入气体；欧姆（E－coil）加 热线圈电流加至最大值 (2) 在零时刻，E-coil 电流迅速下降，在环形真空室中产生感应电流， 加速自由电子，发生碰撞电离，形成等离子体。 这时， E-coil 和等离子体环构成了一个变压器，前者是初级线圈，后 者是次级线圈，从而形成了环形等离子体电流，产生的角向磁场。 感应电场同时具有加热（欧姆加热）等离子体的作用； 在 E-coil 电流的下降后，等离子体电流上升直至平顶。 (3) 之后再充入气体以增加等离子体的密度和压力。另外还有其他的加 热和电流驱动的方法也被使用。 托卡马克的工作过程 等离子体电流增大（0-1秒） 、 保持不变（1-5秒） 、减小 （5-6秒）的三个时间段分别 称为上升段、平顶段和下降 段。 不同的托卡马克装置都有其 特定的设计目标，每个运行 时的等离子体电流、环向场、 放电时间等参数的取值也不 相同。
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附：安全因子的意义
（意义 1：在 q 为小整数的磁面，对扰动特别敏感，由扰动所引起的不稳定性使等离 子体的能量损失增加） （意义 2： 托卡马克边缘的安全因子 q 必须大于 2，以避免破裂。) （意义 3： 安全因子值 q 必须大于 1，以避免长波长扭曲不稳定性。）
上左图中， 插入磁铁前后的磁场纹 波系数．上右图中为实物照片。
在有、无磁铁时，高能粒子损失造成的器壁温升
―――――――――――――――――――――――――
进行在 HT-7 托卡马克真空室内安装铁磁体材料以降低纵场纹波度，消除有辅助加热 时（如离子回旋加热 ICRH）纹波所造成快离子损失（FAST ION LOSS）的研究。
3. 等离子体在环形螺旋磁场中的约束
环形螺旋磁场的必要性 假设没有等离子体电流，仅存在外部纵向磁场时，磁场由为同心圆的 磁力线组成，在该种磁场中，带电粒子受两种向外的力： （1） 离心力――运动的带电粒子沿磁力线运动，受向外的离心力。 （2） 磁梯度力――环内侧的磁场强度大于外部，带电粒子受向外 的磁驱动力。
1. 托卡马克基本结构、工作原理
（托卡马克典型结构示意图 a，经典，含铁芯变压器）
（托卡马克典型结构示意图 b，经典，含铁芯变压器）
（托卡马克典型磁场示意图 c，经典，含空芯变压器）
（托卡马克典型磁场示意图 d，经典，含空芯变压器）
Elongation 拉长度 等离子体截面高度与其截面宽度之比。 见丗垂直位移事件乮vertical displacement event•j。
托克马克磁场线示意图
托卡马克磁面 每根磁力线构成一个磁面，是一个套着一个的具有磁剪切的环。
由闭合磁力线构成的磁面为有理磁面； 由无限延伸的磁力线构成的磁面为无理面； （ （不要求： 有理、 无理磁面彼此间隔， 如数轴上的有理、 无理数一样。 ） ） 在中心附近，沿大环方向一周即闭合的那根磁力线称为磁轴。 非圆磁面－先进托卡马克（有图示） ： 在托卡马克装置的发展过程中，为了提高等高于体温度而仍保持其稳 定性，把圆截面的等离子体沿着大环主轴方向拉长，成非圆截面(如椭圆、D 型等)，这时其磁面的截面也相应地成为非圆截面。 现代的实验结果表明，该位形能产生高性能的等离子体，有助于高性 能参数的获得，加快了核聚变商业堆的研究步伐。
粒子轨迹 在小圆上 的截面为 是香蕉形 状
只能沿着磁力线在两个强磁场区 构成的局部磁镜之间来回运动， 被 俘获在沿环向和极向都不构成一 圈的轨道上， 这一轨道因为粒子横 越磁场的漂移而具有一定宽度， 因 此被称为香蕉轨道， 该类粒子也叫 做“香蕉粒子”。
“通行粒子”或“自由粒子” 这种粒子的速度向量与螺旋磁场之间的夹角足够小，能够通过强磁场 而不被反射回来。
P
R
子体在Ｒ方向受到一个向外的力．而等离子 体电流在极向磁场中，收到向内的力，正好 与之平衡所以等离子体在Ｒ方向平衡．
JB
R 描述等离子体平衡的基本方程组 前面的力学平衡方程： 再加上麦克斯韦方程：
J B P
B 0 J
B 0
这三个方程组成描述托卡马克和其他轴对称环形平衡位形的基本方程组。 它们完整地
速度传播，在 plasma 中为等离子体声速，一般为 105～106m/s）
垂直磁场方向上的等离子体平衡 平衡时，所有位置上的等离子体受力均为 0，要求磁场力与等离子体压 力平衡。
J B P
说明：电流密度和总磁场包括等离子体内部产生的电流和磁场，即自恰电流和自恰磁场 如左图所示，由于等离子体内部压力，等离
纵向、极向磁场。 由于纵场强，螺距通常大于装置大环周长。 安全因子：一条磁力线围绕小环转一圈，其对应需要 绕大环方的圈数，用 q 表示。不同磁面具 有不同的 q 值。 由定义知：安全因子 q 与等离子体环向电流的大小成反比。 等离子体环向电流小，q 大，等离子体的稳定性好； 等离子体环向电流大，q 小，等离子体的稳定性差； 例子： 一种重要的宏观不稳定性—－ “扭曲模” (Kink mode)， 由环向电流引起。 因此，在托卡马克运行中，环向电流不能太 大。
B B 2 r d 2 r B d B
角向磁场、环向磁场满足的关系：
将 d 的表达式代入 q 表达式：
q
B B r 1 2 r 2 R0 B B R0
装置的安全因子（最大小环半径：r＝a 处） ：
q( a )
B ( a ) a B ( a ) R0
（安全因子 q＝4 的磁场 例子： 小环方向转动 1 圈， 大环方向转动 4 圈）
二、 托卡马克的基本慨念、重要问题
――导言―― 聚变堆堆心是几亿度的等离子体，需要强大的加热手段； 磁约束高热等离子体不稳定，需要解决平衡、稳定控制问题 高热等离子体向外辐射、 传递大量的能量，通常的材料最高能经受3000K左右的温度， 需要解决材料问题。 ―――电约束―― 利用电场约束是最简单的。 在历史上也有人试验过。现在也有人继续研究用电场约束等离子体。 这对低温等离子体是可行的。但对高温等离子体不可行。 主要原因： 等离子体中的离子和电子在电场作用下沿相反方向运动， 外加电场很快就被极化的等 离子体屏蔽。另外，也无法设计一种三维的封闭电场位形。 ―――磁约束（第一章已涉及）―― 带电粒子在磁场中的运动分成两部分：在垂直于磁力线方向做Larmor 运动，沿磁 力线方向则可以自由运动（如果磁场是均匀的）； 因此，除非受到其他作用，带电粒子不会离开磁力线。所以，磁场可以将高温等离 子体与周围物质（真空室）隔开； 磁场的这种热绝缘本领与磁场强度有关，也与等离子体的参数有关； 进一步的分析表明，更与磁场位形的特性有关。 ―――环形磁约束―― 磁约束聚变研究近60 年的历史表明，确保环型磁约束位形有可能建造聚变反应 堆。下面主要介绍托卡马克环形磁位形。
其他情况： 如果有了磁场误差或其它的非轴对称磁场， 则磁力线在多次绕环以后， 它们常常和器壁相交，粒子也就随磁力线碰壁。 托卡马克装置只能使用有限个纵场线圈，引起纵向磁场的起伏，这就会 沿磁力线产生非常浅的局部磁镜，它们能够捕获一小部分带电粒子，它们容 易漂移出系统（见下图） 。
（利用永久磁铁降低纵场线圈纹波，提高粒子约束）
Aspect ratio 环径比 环形等离子体的大半径与小半径之 比丆在JET和Compass装置上丆环 径比接近3•i正如目前计划建造的 ITER•j•C在START装置上丆环径比 可以低于1.2, 在MAST装置上降到 1.3。
（非园托卡马克示意图及位形描述术语）
（磁场约束带电粒子的示意图）
托卡马克是一种环形系统。 典型托卡马克装置结构：它主要由产生等离子体电流的变压器(铁芯 的或空芯的)、产生纵场的线圈、控制等离子体柱平衡位置的极向场线圈和 环形真空室组成。 托克马克工作原理（有变压器欧姆加热的） 托卡马克的工作过程（以 DIII-D 为例）
4. 托卡马克等离子体平衡、平衡(Grad Shafranvo)方程
导言： （a）托卡马克中等离子体的质量非常小，一般仅 10-4 克/m3，不考虑重力因素： （b）载流的环形等离子体柱有向外扩张的趋势，且受力大（10 吨/m3） ，如不设
法加以平衡，等离子体就会向外运动碰撞容器壁。
（c）沿磁力线方向的压力平衡：容易达到，速度很快（压力的传递以类似声波的
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安全因子表达式推导（不要求，有示意图） ：
r
Hale Waihona Puke a（托卡马克磁场转动变化的示意图） 磁力线绕大环一圈（ 2 ），在小环方向转动的角度
2 R0 2 d
小环方向转动一周（ 2 ），需要在大环方向绕的圈数，即安全因子
2
q＝
d 2 R0
（仿星器螺旋绕组示意图 1）
（仿星器螺旋绕组示意图 2）
螺旋磁场约束优点分析： 在螺旋场中，相对于磁轴而言，带电粒子的位置不断变化，其对应的漂 移方向也改变（在大环内侧，漂移运动指向磁轴，在大环外侧，漂移运动偏 离磁轴） ，平均而言，带电粒子在磁轴附近运动，形成良好的约束。
（同心圆环磁场）
（螺旋环形磁场）