豎直線圈為何產生環向磁場？分清TF、PF與中央螺線管

托卡馬克的照片裡，常能看到豎直放置的巨大D形部件、水平展開的圓環，以及沿中心軸堆疊的圓筒狀磁體。它們都是利用電流產生磁場的線圈，卻不承擔同樣的任務。

辨認它們的關鍵，是把線圈本身的朝向與它產生的磁場方向分開。本文以ITER為例，介紹TF、PF和中央螺線管。有關這一技術路線的整體特點，可閱讀FI的托卡馬克綜述；空間配置可參考FI的托卡馬克3D解說。

TF是Toroidal Field，即環向場的縮寫。「環向」指沿甜甜圈形環面的大環繞行的方向。ITER在真空室周圍配置18個D形線圈，產生這一方向的磁場。

如果認為「線圈豎著放，所以磁場也朝上」，就容易混淆。線圈中的電流方向與它產生的磁場方向並不相同。豎直的D形線圈圍繞裝置排列，產生環向磁場。TF這個名稱主要描述磁場方向，而不是線圈看起來朝向哪裡。

不過，僅靠TF磁場並不能完成托卡馬克的約束。電漿內部電流產生的磁場與之疊加，使磁力線呈螺旋形。IPP的解說指出，這種組合形成約束電漿所需的磁面。

PF是Poloidal Field，即極向場的縮寫。極向不是繞甜甜圈的大環一周，而是繞它的截面一周的方向。

ITER的6個環形PF線圈配置在TF線圈結構外側，用於調節電漿形狀，並幫助它穩定地遠離器壁。所配照片是2018年公布的PF5繞組製造場景，不是裝置完成後的運轉狀態，也不是目前電漿的照片。

還要避免另一種簡化：極向磁場並非全部由PF線圈產生，電漿電流也會產生極向磁場。把部件名稱與裝置內的完整磁場區分開，結構圖就更容易讀懂。

來源：ITER磁體系統、PF5製造紀錄

中央螺線管（CS）位於環面的中心軸一側，也就是「甜甜圈的孔」中。ITER的CS由6個可獨立運轉的線圈模組堆疊組成。它和TF、PF一樣屬於磁體，但一項重要作用是在電漿中感應電流。

其原理類似變壓器。改變中央線圈的電流，就會改變磁通，從而產生驅動環形電漿電流的電場。這並不是把一根外部電線直接插入電漿，向其中供電。

因此，僅讓中央螺線管保持不變的狀態，無法無限期持續感應電流驅動。為實現未來的穩態運轉，研究人員也在研究高頻等其他電流驅動方法。這不意味著CS沒有作用，而是說明延長運轉時間，還需要考慮電漿電流如何產生。

所配照片記錄了2026年6月23日第6個CS模組的堆疊作業。它展示的是組裝進展，不是電漿運轉或發電成果。

來源：ITER組裝紀錄、IPP托卡馬克解說

運輸中的線圈可能橫放，並覆蓋著保護材料。不能從運輸姿態直接推斷其運轉時的磁場方向。閱讀照片時，應依次確認部件名稱、安裝後的配置，以及通電時的作用。

這三類也不是裝置的全部。ITER還有校正磁場誤差的線圈，以及提供額外電漿控制能力的真空室內線圈。電源、冷卻和支撐結構同樣屬於磁體系統的一部分。

先抓住主要分工：TF產生沿大環周向的磁場，PF調節形狀和位置，CS感應電流。再問「測試的是哪個部件，為了驗證什麼」，巨大磁體的照片就能成為理解技術進展的入口。