] 随着磁约束核聚变物理与实验研究的进一步拓深，低环径比球形环托卡马克装置有望成为未来聚变堆的竞争性与可行性日富生机，它不仅具有常规托卡马克装置的性能，而且还具有球马克高β约束性能。它的这些优点已经为国际聚变界高度重视，并开始吸引了更多的科学家更为深入地从事其物理与工程研究。最近在英国卡拉姆实验室，美国加利福利亚大学国家实验室和日本原子力研究所也取得了很多理论与实验数据，并相继转向低环径比球形环托卡马克聚变堆的工程概念设计，如日本的VECTOR，美国ARIES ST和英国的STPP。中心柱作为低环径比球形环托卡马克聚变堆装置的最关键的心脏部件，在装置运行时不仅要承受强大的焦耳热而且还要经受由于等离子体运行所产生的核热，同时还受到巨大的电磁力作用，因此给该部件的结构设计带来了较大挑战，设计的结构如果不合理，就会导致整个装置磁场强度上不去，甚至可能在运行很短时间后就必须更换中心柱，势必严重影响聚变堆电站运行的经济性。本文结合未来磁约束聚变堆电站实际运行工况，针对低环径比球形环托卡马克聚变堆中心柱提出了一整套结构设计过程和设计方法。首先从中心柱导体热力学、结构力学和稳定性角度对其各种物理及结构参数进行了优化，提出了一些工程设计条件与设计准则，其中包括中心柱导体最大许可温升和冷却介质的流体速度及热力学性能；其次对中心柱导体的焦耳热、中子和γ核热辐射进行了计算分析，获取了它们沿导体径向分布的规律和与钨屏蔽层厚度之间的关系；合适厚度的钨材料屏蔽层对低环径比球形环托卡马克聚变堆装置的结构寿命非常重要，它不仅可以改善核废物的对环境的辐射，而且还可以降低中心柱导体上的核热负荷；并从热力学角度进行优化和分析，获取了中心柱导体最大许可电流密度、最佳冷却截面和冷却管直径以及冷却泵功率与压降的关系曲线；同时在热力学分析基础上，考虑到中心柱导体在装置运行期间的力学特点和应力集中等限制条件，最大许可电流密度只能到20.7A/mm2，最佳冷却截面也只能到20%，否则很容易导致整个装置毁灭性灾难；最后为了尽可能提高低环径比球形环托卡马克聚变堆装置中心柱导体的最大许可电流密度，突出其商业运行经济性，提出了一种在采用加轴向压力基础上，通过优化水力学参数来改善中心柱导体力学性能，效果非常明显，最大许可电流密度可以从21A/mm2提高到37A/mm2，从而最大磁场强度也可以从8.6特斯拉提高到15特斯拉以上，可以使未来聚变电站的经济性提高2倍；当中心柱导体长度小于10m或冷却截面小于10%时，低环径比球形环托卡马克聚变堆装置中心柱导体最大许可电流密度不仅取决于导体的热力学特性和应力状态及分布，当长度大于10m时导体最大许可电流密度不仅取决于导体的热力学和力学特点，而且还取决于导体的屈曲，当长度大于30m或冷却截面大于30%时，导体最大许可电流密度主要取决于导体屈曲特性。这些关键性结论和曲线还可以直接成为未来聚变堆电站建设的工程理论依据。