перевищувати деякого граничного значення, інакше плазмовий шнур починає звиватися по гвинтовій лінії і зрештою руйнується: розвивається так звана нестійкість зриву струму. Для характеристики граничного струму використовується коефіцієнт запасу q по гвинтових нестійкості, який визначається співвідношенням q=5Bja2/RIp. Тут а - малий, R - великий радіус плазмового шнура, Bj - тороїдальне магнітне поле, Ip - струм в плазмі (розміри вимірюються в метрах, магнітне поле - в теслах, ток - в MA). Експерименти показують, що надійно стійкий режим утримання досягається лише при значеннях q? 2.
Для щільності є 2 межі - нижній і верхній. Нижня межа по щільності пов'язаний з утворенням так званих прискорених, або тікають електронів. При малої щільності частота зіткнень електронів з іонами стає недостатньою для запобігання їх переходу в режим безперервного прискорення в поздовжньому електричному полі. Прискорені до високих енергій електрони можуть становити небезпеку для елементів вакуумної камери, тому щільність плазми вибирається настільки великий, щоб прискорених електронів не було. З іншого боку, при досить високій щільності режим утримання плазми знову стає нестійким через радіаційних та атомарних процесів на кордоні плазми, які призводять до звуження струмового каналу і розвитку гвинтовий нестійкості плазми. Верхня межа по щільності характеризується безрозмірними параметрами Myракамі M=nR/Bj і Хьюгелла H=nqR/Bj (тут середню по перетину щільність електронів n вимірюється в одиницях 1 020 часток/м3). Для стійкого утримання плазми необхідно, щоб числа M і H не перевищували деяких критичних значень.
При нагріванні плазми і підвищенні її тиску з'являється ще одна межа, що характеризує максимальне стійке значення тиску плазми, p=n (Te + Ti), де Ті, Ti-електронна та іонна температури. Ця межа накладається на величину b, рівну відношенню СР тиску плазми до тиску магнітного поля; спрощене вираз для граничного значення b дається співвідношенням Тройона bc=gIp/aBj, де g-числовий множник, рівний приблизно 3.10-2.
Термоізоляція. Можливість нагріву плазми до дуже високих температур пов'язана з тим, що в сильному магнітному полі траєкторії заряджених частинок виглядають як спіралі, навиті на лінії магнітного поля. Завдяки цьому електрони та іони тривалий час утримуються всередині плазми. І тільки за рахунок зіткнень і невеликих флуктуації електричних і магнітних полів енергія цих частинок може переноситися до стінок у вигляді теплового потоку. Ці ж механізми визначають величину дифузійних потоків. Ефективність магнітної термоізоляції плазми характеризується енергетичним часом життя тe=W/P, де W-повне енергосодержаніе плазми, a P-потужність нагріву плазми, необхідна для підтримки її в стаціонарному стані. Величину tE можна розглядати також як характерне час остигання плазми, якщо потужність нагріву раптово вимикається. У спокійній плазмі потоки часток і тепла до стінок камери створюються за рахунок парних зіткнень електронів та іонів. Ці потоки обчислюються теоретично з урахуванням реальних траєкторій заряджених частинок в магнітному полі токамака. Відповідна теорія дифузійних процесів зв. неокласичної). У реальному плазмі токамака завжди присутні невеликі флуктуації полів і потоків частинок, тому реальні рівні потоків тепла і частинок зазвичай значно перевищують передбачення неокласичної теорії.
Експерименти, проведені на багатьох токамаках різної форми і розмірів, дозволили підсумувати результати досліджень механізмів переносу у вигляді відповідних емпіричних залежностей. Зокрема, були знайдені залежності енергетичного часу життя тe від основних параметрів плазми для різних мод утримання. Ці залежності називаються скейлінгом; вони успішно використовуються для передбачення параметрів плазми під нововведених в лад установках.
Самоорганізація плазми. У плазмі токамака постійно є слабонелінейние коливання, які впливають на профілі розподілу температури, щільності частинок і щільності струму по радіусу, як би управляють ними. Зокрема, в центральній області плазмового шнура дуже часто присутні так наиваемие пилковидні коливання, що відображають періодично повторюваний процес поступового загострення і потім різкого уплощения профілю температури. Пилкоподібні коливання запобігають контракцію струму до магнітної осі тора. Крім того, в токамаке час від часу порушуються гвинтові моди, які поза шнура спостерігаються у вигляді низькочастотних магнітних коливань. Тірінг-моди сприяють встановленню більш стійкого розподілу щільності струму по радіусу. При недостатньо обережному поводженні з плазмою тірінг-моди можуть нарости настільки, що викликаються ними обурення магнітного поля руйнують магнітні поверхні у всьому обсязі плазмового шнура, магнітна конфігурація руйнується, енергія плазми викидається до стінок і струм в плазмі припиняється через її сильного охолодження.
