是一个重要的因素。由托卡马克内的热聚变产生的聚变功率与Bt的四次幂成比例，因此托卡马克设计为使用最大的可能的Βτ，并与其施加的显著应力和驱动这些磁体所需的显著电力成本相一致。为了使这些成本最低，长脉冲的现代化设备(如ITER)具有以液态氦冷却的LTS磁体为特征。
[0036]目前，强磁场方案的限制在于，以中型的IGNIT0R项目为例，该项目目前作为俄罗斯-意大利联合开发项目:IGNIT0R被预计为通过其很强磁场Bt的作用(等离子体主半径(1.43m)处约13T，而中心堆边缘处约20T)来实现短脉冲点燃而不需要使用大量的辅助加热，强磁场Bt由常规的带有钢支撑结构的铜磁体获得。
[0037]ST方案的缺点在于，由于减小了中心柱内的空间，其中的环向场磁体的尺寸有限，并因此目前在ST中仅已实现了小于IT的相对低的环向场。在ECFR中，通过使用高温超导磁体克服了该问题。
[0038]直到现在，人们都认为规模较小的方案不能导致具有经济效益的聚变能源发电站，这是因为输入的中性束注入(NBI)的功率相对较大，并且磁场不足以容纳由在等离子体内的聚变反应所产生的热的和带电的阿尔法粒子，因此失去其能够提供的自加热，这是旨在产生聚变功率的常规托卡马克设计的关键特征。然而，如下所述，最近的技术进步可以使这些小型ST获得强磁场。
[0039]高温超导体(HTS)的最新的发展对聚变有深远的影响。虽然常规的低温超导体(LTS)磁体使用在液态氦范围(?4K)内的温度，但HTS可以在更方便、更容易达到的液氮温度77K或甚至更高温度得到相似的结果。
[0040]但是，HTS的优点远不止成本和便利性。如果HTS实际上在低于77K的温度下工作，则载流能力会大幅提升，并且该导体可以在更强得多的磁场中操作。较高的最大磁场、提升的载流能力以及复杂度降低的冷却装置的组合，意味着非常高的环向场HTS磁体可以置入低纵横比球形托卡马克核内的有限空间中。
[0041 ]高温超导技术在不断快速进步。第一代HTS材料BSCCO很快被YBCO超越。具有根本上较高的临界磁场和临界电流的新的HTS材料的发现以及现有材料中如YBCO (或者，更一般的(Re)BCO，其中Re为稀土原子)的工程性能的迅速提高使得由HTS制成的磁体可以从越来越小的导体获得越来越强的磁场。应当理解的是，在本说明书中，HTS材料包括在低磁场中、温度在大约30K以上具有超导属性的任何材料。
[0042]在强烈的高能中子轰击下的HTS的性能尚不清楚，然而有人担心需要多于1cm的屏蔽物以保持数月或数年的有效运行。如此数量的屏蔽物可能太大而不能绕小的球形托卡马克的中心柱容纳。可以利用几种替代手段来使大电流穿过中心柱。
[0043]图1A是穿过用于等离子体容器107的六线圈环向场线圈中的两个线圈101、104的示意截面图。图1B是穿过容器107的中心柱108的截面图，示出了所有六个线圈101-106，每个线圈占据中心柱108的一楔状部。每个线圈101、102包括一系列电缆绕组109，电缆绕组109包括HTS材料。如在下文中更详细地描述，在一示例中，电缆109由HTS带材的层或其它构造形成。绕组穿过中心柱108并且围绕容器107的外侧。场线圈的几何因数定义为B/A，其中A是由线圈约束的等离子体的主半径并且B是中心柱108的半径。在中心柱108内，非HTS材料110诸如铍、铜或铝使线圈彼此分隔。非HTS材料诸如铍、铜或铝的层111也可以布置于HTS绕组外侧周围。这提供了对中子的屏蔽并且也可以载送某些电流。由低温恒温器(未图示)来冷却线圈到低温，可选地77K或优选地30K或更低，更优选地4K。屏蔽层111也可以冷却到相问温度。
[0044]图2是标准的HTS带材200的部件的示意图。该带材200通常约100微米厚，并包括约50微米厚的电解抛光的哈氏合金(hasteloy)基板201，该基板201上通过离子束辅助沉积(IBAD)或磁控派射沉积有一系列的缓冲堆叠层(buffer stack layers) 102，每层约为0.2微米厚。外延的(RE) BCO-HTS层303 (利用金属有机化学气相沉积法MOCVD沉积的)覆盖在缓冲层，其厚度通常为I微米。通过溅射在该HTS层上沉积两微米厚的银层204，并且带材的两侧均电镀有20微米厚的铜稳定剂层205。为了增加带材中的电流，HTS层的厚度可以从约I微米增加到4微米至20微米之间。这使得可载送的电流增加2到5倍之间，并使得中子耐受性增加4到20倍之间。如以上提到的，带材的总厚度通常为200微米，因此如果这是唯一的改变，则带材厚度的增加将少于20%。
[0045]另一种方案是减少铜205和哈氏合金201(或带材中其它导电/支撑的非HTS层)的厚度。将这些非HTS层的厚度减半能使带材中的电流密度大约增加一倍，并允许更多的屏蔽空间。然而，如果在超导材料中的电流暂时超过该材料中的临界电流，铜具有提供替代电流路径的有益效果。
[0046]结合内部使用外部低温冷却的铍、铜或铝中心柱也是有益的。在铍或铝中将存在不当的电阻损耗，但是通过冷却，理想地冷却到30K或更低和将铍或铝/HTS中心柱连接到环向场线圈的HTS外臂而最小化这种不当的电阻损耗。选择铍或铝是因为其在30K或更低的温度具有低电阻系数并且因为其耐受高能中子的破坏。也可以使用具有这些性质或类似性质的其它元件或材料。
[0047]带材能以多种方式形成为电缆。一个选择是使带材的部段绕铜芯缠绕，使得如果超导材料中的电流暂时超过该材料中的临界电流，铜可以提供替代电流路径。
[0048]替代地将带材堆叠为层，使得一个带材的底面直接在下一带材的顶面顶部。这允许带材很紧密地堆积在一起并且迫使最大可能HTS材料量进入到电缆内。这种布置在图3中示出，图3是一个堆叠在另一个顶部上以形成电缆302的多个HTS带材301的较短部段的示意图。一般而言，为了形成在电缆中所有带材之间均匀地分担的电流，最好电缆沿着其长度绞入口 ο
[0049]然而，ReB⑶HTS带材的一个重要并且有价值的特点在于虽然垂直磁场对于减小临界电流具有较大影响，平行磁场具有更小得多的负面影响，如从图4可以看出，其示出了对于垂直于带材或平行于带材的磁场而言，作为YBCO带材的磁场的函数，在20K的提升因子。提升因子是临界电流与在77k和零施加场的临界电流的比例。
[0050]在托卡马克中，能将HTS带材布置于中心柱108中(最强磁场和最小可用空间的位置)使得它们平行于或近似平行于环向和极向磁场定位。这使得具有最强磁场区域中材料的临界电流尽可能高。在电缆中的带材之间分担电流所需的绞合可能在外肢部中发生，在外肢部中，磁场较低。
[0051]即使这种带材在中心柱中平行布置，在磁场最强的位置仍有减小临界电流的效果。图5示出了在托卡马克中(主)环向磁场的径向分布，示出了最大值在导体边缘并且靠近中心柱的中心，场减弱。从这点显然，靠近柱中心的磁场显著低于边缘处，并且这表示更靠近中心的HTS材料的临界电流因此将高于靠近边缘的HTS材料。因此，更靠近中心的HTS材料能以比更靠近边缘的HTS材料以更高的电流密度操作。
[0052]能布置电缆使得在最低场的位置，电流密度增加，具体地朝向中心柱的中部增加。电流密度的这种增加可以以多种方式实现，包括:
[0053]i)在较低磁场区域具有较小电缆601，但是载送与较强磁场区域中的电缆602相同的电流(图6A)，这允许更多的电缆装配于相同的空间内。
[0054]ii)所有电缆603具有相同大小，但是在下场区域中的电缆载送更高电流(图6B)
[0055]iii)所有上面那些的组合。
[0056]在每种情况下，可能存在不同电缆大小或电流的两个或更多个区域，或者从中心柱中部的较小电缆朝向中心柱外侧的较大电缆和从中心柱中部的较高电流到朝向中心柱外侧的较小电流稳态渐变。
[0057]磁体可以缠绕成一系列层，其中在较低场区域中的较小电缆载送与更强场区域中较大电缆相同的电流。
[0058]为了减小中子通量对HTS带材的破坏性效果，可以布置成条带垂直于最大中子流量定位(即，从中心柱在径向朝向外)。这导致中子相互作用通常破坏多条带材的小片，而不是单条带材的较大条带。这是有利的，因为对于单条HTS带材的较大破坏量和特别是在带材宽度上的线性“轨迹”更可能会造成超导体电阻增加，而电阻增加将导致过量发热，扰乱其余带材的冷却。严重的破坏甚至可能会造成磁体失超，磁体失超将导致对线圈的严重破坏。相比而言，如果破坏蔓延到多个带材，或者相同带材的多个单独区域，在一个带材中的破坏累积到带材不再能用的点将用更长时间。因此，延长了 HTS线圈的可用寿命。
[0059]HTS带材的临界场受到带材中应变影响。任何应变将用来减小临界场。将带材缠绕为线圈和在反应堆操作期间经历的力将倾向于在带材上造成应变，而这会减小HTS的临界场强度，并且可能造成超导性失去。因此有利地在制造期间引入带材的某些压缩，使得在使用时造成的应变减小或消