托卡马克装置核燃料放在哪里？
那么，这些特殊的“燃料”究竟放在哪里，又是怎么运作的呢？这得从托卡马克的核心结构说起。
托卡马克的核心：“环形真空室”
你可以想象托卡马克装置是一个巨大的甜甜圈，或者更准确地说，是一个环形真空室。这个环形室是整个装置的心脏，也是核燃料（等离子体）存在的空间。它通常由厚重的金属材料制成，比如不锈钢，以承受巨大的压力和高温。
这个环形真空室之所以要抽成真空，是为了创造一个极其纯净的环境。这样做的目的非常重要：
防止杂质干扰： 任何进入真空室的杂质，比如空气中的气体分子，在超高温下都会变成电离的粒子。这些粒子不仅会吸收宝贵的能量，还会降低等离子体的温度和密度，阻碍核聚变反应的发生。
保护装置： 杂质粒子在与等离子体碰撞时，也可能对真空室的内壁造成损害。
燃料是如何“放入”并变成等离子体的？
托卡马克并不像燃烧炉那样直接“装载”燃料。它的燃料注入和形成过程是一个巧妙的设计：
1. 注入原料气体： 在开始运作之前，会通过特殊的阀门向环形真空室中注入少量的氘气或氘氚混合气体。这些气体非常纯净，通常是经过多道工序提纯的。
2. 加热和电离： 注入的少量气体只是一个“种子”。真正的魔法发生在装置启动之后。托卡马克通过多种方式对气体进行加热，使其分子解离成原子，再进一步电离成自由的电子和带正电的离子（原子核）。这个过程叫做电离。
3. 形成等离子体： 当气体被电离，并且有足够的能量后，它就变成了一种被称为等离子体的物质状态。你可以把它想象成一种介于固体、液体、气体之外的“第四种物质”，由自由移动的电子和带电的原子核组成。在这个过程中，氘和氚的原子核就是我们说的“核燃料”了。
等离子体的“容身之所”——磁场约束
关键的问题来了：这些温度高达数千万甚至上亿摄氏度的等离子体，怎么可能不接触到环形室的内壁而把装置烧毁呢？答案是：强大的磁场。
托卡马克装置最核心的设计就是利用磁场来约束等离子体。它依靠几个关键的磁场线圈来实现这一目标：
环向场线圈（Toroidal Field Coils）： 这些线圈环绕着整个环形真空室，产生一个非常强大的、沿着环形方向的磁场。这个磁场就像一个无形的轨道，迫使带电的等离子体粒子沿着这个方向运动。
极向场线圈（Poloidal Field Coils）： 这些线圈位于装置的上方、下方和外部，它们产生一个垂直于环向磁场的磁场。这个磁场的作用非常关键，它帮助“扭曲”和稳定等离子体，使其形成一个更加紧凑、稳定的环状结构，防止等离子体向外扩散。
中心柱磁场（Central Solenoid）： 这是一个位于环形室中心的大线圈，它通过感应的方式产生电流，并同时加热等离子体（就像变压器一样）。这个电流在等离子体内部流动，也产生了自身的极向磁场，进一步稳定等离子体。
你可以想象这些磁场就像一个巨大的、看不见的“磁力瓶”。等离子体粒子由于带有电荷，它们会被磁力线引导和束缚住，就像被磁铁吸引的铁粉一样，只能在磁场线的“束缚”下，在环形室内运动，而无法直接接触到容器的内壁。
燃料的“续航”与“补充”
在一个持续运行的托卡马克反应堆中，燃料并不是一次性注入的。为了维持聚变反应的持续进行，需要不断地向等离子体中补充氘和氚。这通常通过以下方式实现：
中性束注入： 将高能的中性原子束（通常是氘原子）注入到等离子体中。这些中性粒子不受磁场约束，可以穿透等离子体的外层，进入核心区域，在那里被电离并加热，然后加入到聚变反应中。
颗粒注入： 将微小的、由固体燃料（如氘和氚的冰粒）组成的颗粒，高速注入到等离子体中。这些颗粒会在等离子体的高温下迅速汽化、电离，补充燃料。
激光或微波加热： 在某些装置中，也会使用激光或微波来加热等离子体，提高其温度和密度，从而促进燃料的燃烧。
总结一下，托卡马克装置的核燃料（氘和氚）并不是以固体或液体形式直接“放在”某个地方，而是以气态注入到装置的环形真空室中。然后，通过强烈的加热和电离过程，这些气体被转化为极高温的等离子体。最后，利用一系列精密的磁场线圈产生的“磁力容器”，将这些等离子体约束在环形真空室内，使其在极高的温度和压力下发生核聚变反应。整个过程是一个高度动态和精密控制的过程，每一个环节都至关重要。
网友意见
首先氚是一种极其珍贵的同位素。不会进行长期保存。
自然界本身存在的氚一般是地表和大气中所存在的本底氚，主要来源：
（1）大气中的氮、氧吸收高能宇宙射线中的中子和质子而生成；
（2）地表中锂元素发生（n，α）反应生成的氚。
丰度极低，绝对数量及其稀少。
整个地球天然氚的总量约 .
说Bq可能大家没什么概念。
折算约为3.6kg。
并且主要都是以氧化物形式存在水环境中。
因此，天然氚无法加以提取利用，核反应所需要的氚全部为人工方法得到。
那么大家认为是不是人工可以得到，就很常见就产量很大？
商业用氚主要从CANDU堆中的重水提取出来，全世界范围内现有的38座CANDU型重水堆，每年总产量只有数千克，并且价格昂贵（30000-36000美元/g）。
氚的半衰期约为12.3年，如果进行长期储存的话，意味着每年约有5.47%的氚发生β衰变生成He-3。
以上背景意味着氚的大量，长期贮存不可能实现。
一个1GW聚变功率每年将消耗大约55.6kg的氚。
ITER在整个堆内的氚滞留量约为3kg左右，意味着每年会衰变掉160g左右的氚，是一笔非常大不可忽视的损失。
我国目前只有秦山三期两座CANDU 6型机组，累计产氚能力约为260g/年。
看一下ITER的燃料循环。
通过包层内的锂材料球床，氘氚反应产生的聚变中子经过慢化，倍增最终被锂材料吸收生成氚，从而实现氚的增殖。经过包层而增殖的氚经过辅助系统提取，净化和分离等一系列步骤，再次送入堆芯。同时堆芯中氘氚反应的燃烧并不够充分，未燃烧的部分会通过偏滤器排出后经过一系列处理同样送回到堆芯进行燃烧。
聚变堆真空室内随着核反应的进行，氘和氚逐渐消耗，He-4和氢气等杂质气体会不断产生并积累，这些会导致等离子体降温，所以必须不断的从真空室内取出“燃烧”过得气体，这个过程叫做“排灰”过程，同时需要通过加料系统向堆芯补充1:1高纯度氘氚气体。
而对于注入反应堆的氘氚燃料。氚的燃烧率非常低，ITER只有0.3%，所以排除的气体中仍然含有大量的氘氚燃料，所以必须回收氘氚加以循环利用。
聚变堆加料主要有两种方式：弹丸注入和气体注入。
弹丸注入为主要的加料方式，具有比较高的加料效率（95%），而气体注入的加料效率只有1%左右。
弹丸注入
弹丸注入是将燃料气体通过低温技术冷凝成固态弹丸后，高速注入到等离子体中实现加料，获得更高的加料效率。弹丸的制造是应用气-固相变的原理：当某气体被降温至其三相点温度以下，其压力又高于该温度下的固相蒸汽压，则气体被低温凝华成固体。利用液氦致冷器将核聚变燃料气体低温快速凝华成固体，通过气动推进加速抑或转盘离心加速，使弹丸以极其快的速度（最高可到几千米/秒）注入到等离子体中，实现等离子体芯部加料。
总之，氘氚是直接通过弹丸注入系统给送进堆芯并发生反应。
其实简单点理解也就是题主所说的环形线圈里。
希望可以提供一些帮助。
聚变堆跟裂变堆不太一样，裂变堆堆芯里能放的燃料按吨算，更换一次燃料能够用一两年。但磁约束聚变装置真空室中的燃料其实很少，往往以克为单位。随着聚变反应的进行，肯定需要实时的补充燃料。
最简单的补充方法，就是直接以气体形态注入燃料。不过这种方式效率不高，还容易降低等离子体储能。目前研究的较多的一种燃料补充方法是弹丸注入法[1]：先将燃料在液氦温度下凝华成固体，然后再用高压气体或转盘离心加速到km/s级别，再注入等离子体中。
聚变净消耗的燃料是氘，氘放在哪里其实无所谓，毕竟它安全又不贵。但另一个关键反应物氚就得谨慎处理了，这货天然储量几乎为0，人工生产的难度也很大。氚在聚变堆中需要靠中子和锂反应生成，而中子正好又是氘氚聚变的产物，所以氚其实是循环利用的。不过氚自持是下一阶段的任务，目前很多堆（如EAST）运行用的都是氘等离子体，研究的重心是如何维持等离子体的温度。而完成氚的提取、纯化、分离、贮存等过程需要一个完整的氚工厂，这部分的研究目前还比较少，预计会是接下来CFETR的核心。
参考
- ^合肥研究院在弹丸注入加料研究方面取得新进展 http://www.cas.cn/syky/201909/t20190927_4718345.shtml
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