Tokamakthumb|Vue intérieure du tore du Tokamak à configuration variable (TCV), dont les parois sont recouvertes de tuiles de graphite. Un tokamak est un dispositif de confinement magnétique expérimental explorant la physique des plasmas et les possibilités de produire de l'énergie par fusion nucléaire. Il existe deux types de tokamaks aux caractéristiques sensiblement différentes, les tokamaks traditionnels toriques (objet de cet article) et les tokamaks sphériques.
Énergie de fusion nucléairevignette| L'expérience de fusion magnétique du Joint European Torus (JET) en 1991. L'énergie de fusion nucléaire est une forme de production d'électricité du futur qui utilise la chaleur produite par des réactions de fusion nucléaire. Dans un processus de fusion, deux noyaux atomiques légers se combinent pour former un noyau plus lourd, tout en libérant de l'énergie. De telles réactions se produisent en permanence au sein des étoiles. Les dispositifs conçus pour exploiter cette énergie sont connus sous le nom de réacteurs à fusion nucléaire.
Fusion nucléairevignette|Le Soleil est une étoile de la séquence principale, dont l'énergie provient de la fusion nucléaire de noyaux d'hydrogène en hélium. En son cœur, le Soleil fusionne de tonnes d'hydrogène chaque seconde. La fusion nucléaire (ou thermonucléaire) est une réaction nucléaire dans laquelle deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd. Cette réaction est à l’œuvre de manière naturelle dans le Soleil et la plupart des étoiles de l'Univers, dans lesquelles sont créés tous les éléments chimiques autres que l'hydrogène et la majeure partie de l'hélium.
Fusion par confinement magnétiqueLa fusion par confinement magnétique (FCM) est une méthode de confinement utilisée pour porter une quantité de combustible aux conditions de température et de pression désirées pour la fusion nucléaire. De puissants champs électromagnétiques sont employés pour atteindre ces conditions. Le combustible doit au préalable être converti en plasma, celui-ci se laisse ensuite influencer par les champs magnétiques. Il s'agit de la méthode utilisée dans les tokamaks toriques et sphériques, les stellarators et les machines à piège à miroirs magnétiques.
Réacteur nucléaire hybride fusion fissionUn réacteur nucléaire hybride fusion fission est un concept de réacteur nucléaire qui utilise une combinaison de processus de fusion et de fission nucléaires. Dans un tel réacteur, des neutrons rapides à haute énergie provenant d'un réacteur à fusion déclenchent la fission de combustibles de manière sous-critique. Les réactions de fission ne seraient donc pas en chaîne auto-entretenue.
Plasma stabilityThe stability of a plasma is an important consideration in the study of plasma physics. When a system containing a plasma is at equilibrium, it is possible for certain parts of the plasma to be disturbed by small perturbative forces acting on it. The stability of the system determines if the perturbations will grow, oscillate, or be damped out. In many cases, a plasma can be treated as a fluid and its stability analyzed with magnetohydrodynamics (MHD).
Réacteur nucléaireUn réacteur nucléaire est un ensemble de dispositifs comprenant du combustible nucléaire, qui constitue le « cœur » du réacteur, dans lequel une réaction en chaîne peut être initiée et contrôlée par des agents humains ou par des systèmes automatiques, suivant des protocoles et au moyen de dispositifs propres à la fission nucléaire. La chaleur ainsi produite est ensuite évacuée et éventuellement convertie en énergie électrique.
Fusion aneutroniqueLa fusion aneutronique est une réaction de fusion nucléaire au cours de laquelle la proportion d’énergie libérée sous forme de neutrons reste minime, typiquement inférieure au seuil d’1 % de l’énergie totale. Les réactions nucléaires généralement étudiées aujourd’hui peuvent libérer jusqu’à 80 % de leur énergie sous forme de neutrons. À l’inverse, à condition qu’elle puisse être maîtrisée, la fusion aneutronique serait à même de réduire considérablement les inconvénients associés au rayonnement neutronique (rayonnements ionisants, activation), le besoin d’écrans de protection ou d’équipements de télémanipulation et les problèmes de sûreté.
Plasma-facing materialIn nuclear fusion power research, the plasma-facing material (or materials) (PFM) is any material used to construct the plasma-facing components (PFC), those components exposed to the plasma within which nuclear fusion occurs, and particularly the material used for the lining the first wall or divertor region of the reactor vessel. Plasma-facing materials for fusion reactor designs must support the overall steps for energy generation, these include: Generating heat through fusion, Capturing heat in the first wall, Transferring heat at a faster rate than capturing heat.
Tokamak sphériquethumb|Intérieur d'un tokamak sphérique. Un tokamak sphérique est un dispositif de confinement magnétique de plasma de type tokamak permettant d'obtenir des réactions de fusions de nucléons. Un tokamak sphérique a un solénoïde central beaucoup plus fin qu'un tokamak classique. Une telle installation serait susceptible d'être utilisée pour produire de l'électricité.
Fusion catalysée par muonsLa fusion catalysée par muons est un procédé qui permet des réactions de fusion nucléaire sans aucune technique de confinement, grâce à un rapprochement des noyaux des atomes consécutif au remplacement de leurs électrons de liaison par des muons. Ce procédé, qui autorise la fusion dans les conditions ambiantes de température et de pression, a été originellement qualifié de fusion froide, terminologie que l'on préfère désormais réserver à d'autres procédés plus controversés.
Fusion par confinement inertielLa fusion par confinement inertiel est une méthode utilisée pour porter une quantité de combustible aux conditions de température et de pression désirées en vue d'atteindre la fusion nucléaire. Le confinement du combustible de fusion est réalisé à l'aide de forces inertielles. Cette méthode peut être mise en œuvre grâce à des techniques diverses, dont : striction axiale ; confinement inertiel par laser. D'autres méthodes permettent de réaliser le confinement du combustible nécessaire à la fusion, notamment le confinement magnétique, le confinement électrostatique et la fusion catalysée par muons.
Résonance cyclotronLa résonance cyclotron électronique (ECR pour electron cyclotron resonance) est un phénomène observé aussi bien en physique des plasmas qu'en physique de la matière condensée. Un électron dans un champ magnétique statique et uniforme se déplace sur un cercle en raison de la force de Lorentz. Le mouvement circulaire peut être superposé à un mouvement uniforme axial, résultant en une hélice, ou avec un mouvement uniforme perpendiculaire au champ, par exemple, en présence d'un champ électrique ou gravitationnel, résultant en une cycloïde.
Focalisateur de plasma denseUn focalisateur de plasma dense (en anglais dense plasma focus, abrégé DPF), est un appareil qui, par accélération et compression électromagnétiques, donne naissance à un cordon de plasma à vie courte qui produit, grâce aux températures et densités très élevées qu'il atteint, une abondance de rayonnements multiples. Sa conception, qui date du début des années 1960, est due à la fois à l'Américain J.W. Mather et au Russe N.V. Filippov, qui l'ont inventé parallèlement et indépendamment l'un de l'autre.
Lockheed Martin Compact Fusion ReactorThe Lockheed Martin Compact Fusion Reactor (CFR) is a fusion power project at Lockheed Martin’s Skunk Works. Its high-beta configuration, which implies that the ratio of plasma pressure to magnetic pressure is greater than or equal to 1 (compared to tokamak designs' 0.05), allows a compact design and expedited development. The project was active between 2010 and 2019, after that date there have been no updates and it appears the division has shut down.
Bêta (physique des plasmas)The beta of a plasma, symbolized by β, is the ratio of the plasma pressure (p = n kB T) to the magnetic pressure (pmag = B2/2μ0). The term is commonly used in studies of the Sun and Earth's magnetic field, and in the field of fusion power designs. In the fusion power field, plasma is often confined using strong magnets. Since the temperature of the fuel scales with pressure, reactors attempt to reach the highest pressures possible. The costs of large magnets roughly scales like β1⁄2.
DeutériumLe deutérium, noté H ou D, est l'isotope de l'hydrogène dont le nombre de masse est égal à 2 : son noyau atomique, appelé deuton ou deutéron, compte et avec un spin 1+ pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Il s'agit d'un isotope stable découvert en 1931 par Harold Clayton Urey, chimiste à l'université Columbia ; cette découverte lui valut le prix Nobel de chimie en 1934. vignette|Tube à gaz au deutérium.
Fusion froidevignette|redresse=1.3|Schéma d'un calorimètre utilisé à l'institut de la nouvelle énergie à base d'hydrogène au Japon. « Fusion froide » est une expression médiatique qui désigne des réactions supposées nucléaires à température et pression ambiantes. La plus connue est celle qui semble être une fusion nucléaire réalisée selon des techniques dérivées d'une expérience réalisée par Martin Fleischmann et Stanley Pons en mars 1989. Cette expérience se caractérisait par un dégagement de chaleur non explicable par la quantité d'énergie électrique reçue (faisant fondre l'électrode).
ITERLe réacteur thermonucléaire expérimental international, ou ITER (acronyme de l'anglais International thermonuclear experimental reactor, également mot latin signifiant « chemin » ou « voie »), est un projet international de réacteur nucléaire de recherche civil à fusion nucléaire de type tokamak, situé à proximité immédiate du centre d’études nucléaires de Cadarache à Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône, France). Le projet de recherche s'inscrit dans une démarche à long terme visant à l'industrialisation de la fusion nucléaire.
Natural nuclear fission reactorA natural nuclear fission reactor is a uranium deposit where self-sustaining nuclear chain reactions occur. The conditions under which a natural nuclear reactor could exist had been predicted in 1956 by Paul Kuroda. The remnants of an extinct or fossil nuclear fission reactor, where self-sustaining nuclear reactions have occurred in the past, can be verified by analysis of isotope ratios of uranium and of the fission products (and the stable daughter nuclides of those fission products).
