1993年,美国在tftr上使用氘、氚1:1的燃料,两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦,q值达到了0.28。1997年9月,联合欧洲环创1.29万千瓦的世界纪录,q值达0.60,持续了2秒。仅过了39天,输出功率又提高到1.61万千瓦,q值达到0.65。三个月以后,日本的jt-60上成功进行了氘-氘反应实验,换算到氘-氚反应,q值可以达到1。后来,q值又超过了1.25。这是第一次q值大于1,尽管氘-氘反应是不能实用的(这个后面再说),但是托卡马克理论上可以真正产生能量了。在这个大环境下,中国也不例外,在70年代就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号(hl-1)和ct-6,后来又建设了ht-6,ht-6b,以及改建了hl1m,新建了环流2号。有种说法,说中国的托卡马克装置研究是从俄罗斯赠送设备开始的,这是不对的,ht6/hl1的建设都早于俄罗斯赠送的ht-7系统。
ht-7以前,中国的几个设备都是普通的托卡马克装置,而俄罗斯赠送的ht-7则是中国第一个“超脱卡马克”装置。什么是“超脱卡马克装置”呢?回过头来说,托卡马克装置的核心就是磁场,要产生磁场就要用线圈,就要通电,有线圈就有导线,有导线就有电阻。托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场,就要给导线通过越大的电流,这个时候,导线里的电阻就出现了,电阻使得线圈的效率降低,同时限制通过大的电流,不能产生足够的磁场。托卡马克貌似走到了尽头。幸好,超导技术的发展使得托卡马克峰回路转,只要把线圈做成超导体,理论上就可以解决大电流和损耗的问题,于是,使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了,这就是超脱卡马克。
目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超脱卡马克装置,法国的tore-supra,俄罗斯的t-15,日本的jt-60u,和中国的east。除了east以外,其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”,它们的水平线圈是超导的,垂直线圈则是常规的,因此还是会受到电阻的困扰。此外他们三个的线圈截面都是圆形的,而为了增加反应体的容积,east则第一次尝试做成了非圆型截面。此外,在建的还有德国的螺旋石-7,规模比east大,但是技术水平差不多。(未完待续。)