原子核是帶正電荷的，因此一對原子核之間需要具有足夠大的相對運動動能，才能克服庫侖斥力而相互接近，引起核反應(yīng)。例如兩個氘原子核，需要有200千電子伏的相對運動能量，才能互相接近到10-12厘米的距離內(nèi)而引起核反應(yīng)。要把離子加到多高的溫度才能有200千電子伏的動能呢？室溫時空氣分子的平均動能只有0.01電子伏，因此要使氘原子核有機(jī)會相互碰撞而發(fā)生熱核反應(yīng)，必須將核燃料（氘或氘氚混合物）加熱到幾千萬攝氏度以上。當(dāng)然，這樣高的溫度，氘已經(jīng)完全電離，這種完全電離后的離子與電子混合在一起，稱為等離子體氣體。

為了實現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)，從理論上與實驗上研究等離子體的運動規(guī)律，就是“等離子體物理”這樣一門學(xué)科。

事情就這樣矛盾，希望兩離子靠近吧，要給它們能量，只能靠提高它們溫度來使它們有足夠高的能量；可提高了溫度，它們早都成了氣體，離子都在作雜亂無章的運動。

任何普通的容器都無法聚集住如此高溫的等離子體，唯一的辦法是用磁場來約束它。也就是說，假如把氘離子比作一些亂飛的小鳥，則能關(guān)住它們的只有磁場。

磁場可以是永久磁鐵產(chǎn)生，也可以是利用電流產(chǎn)生，為了得到人們所希望的磁場，用電流產(chǎn)生磁場會更方便些。

為了容易了解磁場約束等離子體的原理，大家要記住以下一些電磁學(xué)知識：

第一，磁場的方向與大小，可以形象地用磁力線表示。下圖是一個載流線圈（也就是有電流流過的線圈）的磁力線的示意圖，磁場的方向，就在磁力線上畫一個箭頭就是了，磁場的大小就用磁力線的疏密來表示，在圖中就能看到，在電流圈中間磁場比較大，離開電流圈越遠(yuǎn)，磁場就小。

載流線圈產(chǎn)生的磁場示意圖

第二，帶電粒子在磁場中作圓周運動或螺旋線運動。當(dāng)帶電粒子的速度與磁場B的方向垂直時，就在與磁場垂直的平面上作圓周運動，如下圖所示，當(dāng)磁場B沿z方向時，正離子在xy平面上作順時針圓周運動；（電子帶負(fù)電，運動的方向就逆時針），同樣速度的離子，磁場越強(qiáng)，圓周運動的半徑越小。若正離子還有一沿z方向分速度，則正離子沿磁力線作螺旋線運動。

帶電離子在磁場中的運動

第三，帶電粒子繞著磁力線運動時，磁場越強(qiáng)，繞圈的速度越快，但又要遵從能量守恒原理，轉(zhuǎn)圈的速度越快，則沿磁力線跑的速度就越慢。就好像一個人沿著梯子上高塔頂，若要求你在每一層上必須轉(zhuǎn)幾個圈子再上高一層，你的力氣用在轉(zhuǎn)圈子的多，用在上樓的就少，甚至完全失去了上樓的力氣而停止向上。

接下來的兩圖分別表示兩電流同向且相距一定距離的線圈所產(chǎn)生的磁場；兩電流異向且相距一定距離的線圈所產(chǎn)生的磁場。掌握了電流產(chǎn)生磁場的規(guī)律，設(shè)計者可以按照自己的設(shè)計要求讓載流線圈繞成各種形狀來獲得所需要的磁場形式。也就是說，我們要設(shè)計各種各樣的磁場來約束等離子體，讓等離子體達(dá)到足夠高的溫度與密度，使氘離子互相碰撞而發(fā)生聚變反應(yīng)。

兩同向線圈的磁場

兩異向線圈的磁場