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.
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.
Joint European TorusJET est un acronyme de l'anglais Joint European Torus (littéralement Tore commun européen) désignant le plus grand tokamak existant, situé au Culham Science Center, à Abingdon, près d'Oxford au Royaume-Uni, jusqu'à la construction d'ITER. Sa construction a débuté en 1979 et il a produit son premier plasma en 1983. Il résulte d'une collaboration entre les différents laboratoires nationaux européens, dans le cadre de l'Euratom. Il réalise la fusion nucléaire entre le deutérium et le tritium qui semblent les matériaux les plus appropriés pour les futurs réacteurs nucléaires.
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.
Ion sourceAn ion source is a device that creates atomic and molecular ions. Ion sources are used to form ions for mass spectrometers, optical emission spectrometers, particle accelerators, ion implanters and ion engines. Electron ionization Electron ionization is widely used in mass spectrometry, particularly for organic molecules. The gas phase reaction producing electron ionization is M{} + e^- -> M^{+\bullet}{} + 2e^- where M is the atom or molecule being ionized, e^- is the electron, and M^{+\bullet} is the resulting ion.
Traceur isotopiqueLes traceurs isotopiques sont utilisés en chimie, en hydrochimie, en géologie isotopique et en biochimie afin de mieux comprendre certaines réactions chimiques, interactions ou la cinétique environnementale de certains éléments. Les processus biologiques, physiques et chimiques induisent en effet une répartition différentielle des isotopes légers et lourds, comportement appelé fractionnement isotopique. Le traçage isotopique utilise cette propriété des traceurs isotopiques.
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.
Neutral-beam injectionNeutral-beam injection (NBI) is one method used to heat plasma inside a fusion device consisting in a beam of high-energy neutral particles that can enter the magnetic confinement field. When these neutral particles are ionized by collision with the plasma particles, they are kept in the plasma by the confining magnetic field and can transfer most of their energy by further collisions with the plasma. By tangential injection in the torus, neutral beams also provide momentum to the plasma and current drive, one essential feature for long pulses of burning plasmas.
Composition isotopiqueLa composition isotopique d'un échantillon indique les proportions des divers isotopes d'un élément chimique particulier (ou de plusieurs éléments) dans cet échantillon. Les noyaux de tous les atomes d'un même élément chimique comportent le même nombre de protons (ce nombre est aussi celui des électrons présents dans le cortège électronique qui enveloppe le noyau de l'atome neutre) mais peuvent comporter différents nombres de neutrons. Les atomes qui ne diffèrent que par le nombre de neutrons sont des isotopes d'un même élément chimique.
Isotopethumb|upright=1.2|Quelques isotopes de l'oxygène, de l'azote et du carbone. On appelle isotopes (d'un certain élément chimique) les nucléides partageant le même nombre de protons (caractéristique de cet élément), mais ayant un nombre de neutrons différent. Autrement dit, si l'on considère deux nucléides dont les nombres de protons sont Z et Z, et les nombres de neutrons N et N, ces nucléides sont dits isotopes si Z = Z et N ≠ N.
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.
Hélium 3L’hélium 3, noté He, est l'isotope de l'hélium dont le nombre de masse est égal à 3 : son noyau atomique compte deux protons et un seul neutron, avec un spin 1/2+ pour une masse atomique de . Cet isotope stable — non radioactif — est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Recherché pour ses applications potentielles en fusion nucléaire, est rare sur Terre, où il constitue environ de l'hélium du manteau ; dans l'atmosphère terrestre, on compte d'hélium, dont représente seulement , soit une fraction d'à peine 7,2 de l'atmosphère dans son ensemble.
Géochimie isotopiqueLa géologie isotopique est une branche de la géologie, apparentée à la géochimie, qui exploite l'étude des isotopes stables et radioactifs présents sur Terre pour en étudier la composition et les variations au cours des temps géologiques. À l'origine, la géologie isotopique a consisté à utiliser les connaissances concernant la radioactivité afin de dater des roches et des minéraux. Cette discipline, au carrefour de la géologie et de la physique nucléaire, s'est surtout illustrée par ses méthodes de datation absolue.
Masse atomiqueLa masse atomique relative (ou poids atomique) est la masse d'un atome en particulier ou d'un élément chimique en général (auquel cas on envisage un mélange isotopique) exprimée en tant que multiple d'une masse élémentaire de référence qui se veut proche de celle d'un nucléon unique. En effet, la masse d'un atome est proportionnelle en première approximation au nombre de ses nucléons (protons et neutrons ensemble), dit nombre de masse.
État plasmathumb|upright|Le soleil est une boule de plasma. thumb|Lampe à plasma.|168x168px thumb|upright|Les flammes de haute température sont des plasmas. L'état plasma est un état de la matière, tout comme l'état solide, l'état liquide ou l'état gazeux, bien qu'il n'y ait pas de transition brusque pour passer d'un de ces états au plasma ou réciproquement. Il est visible sur Terre, à l'état naturel, le plus souvent à des températures élevées favorables aux ionisations, signifiant l’arrachement d'électrons aux atomes.
Facteur de gain d'énergie de fusion nucléairevignette| L'explosion de la bombe à hydrogène Ivy Mike. La bombe à hydrogène est le seul dispositif actuellement capable d'atteindre un facteur de gain d'énergie de fusion nettement supérieur à 1. En technologie des réacteurs à fusion nucléaire, le facteur de gain d'énergie de fusion, que l'on exprime couramment à l'aide du symbole Q, est le rapport entre la puissance de fusion produite par le réacteur et la puissance auxiliaire fournie pour maintenir le plasma en régime stationnaire.
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.
StellaratorLe stellarator (de stellar : stellaire, et generator : générateur) est un dispositif destiné à la production de réactions contrôlées de fusion nucléaire proche du tokamak. Le confinement du plasma est entièrement réalisé par un champ magnétique hélicoïdal créé par l'arrangement complexe de bobines autour du tore, alimentées en courants forts et appelées bobines poloïdales. Le stellarator est analogue au tokamak à la différence qu'il n'utilise pas de courant toroïdal circulant à l'intérieur du plasma pour le confiner.
Générateur de neutronsvignette|Un physicien nucléaire de l'INL se prépare à réaliser une expérience à l'aide d'un générateur de neutrons. Un générateur de neutrons est une machine source de neutrons, permettant de produire un faisceau de neutrons monoénergétiques. Il se distingue des sources isotopiques de neutrons par sa capacité à produire des neutrons « à la demande » dans diverses configurations : faisceaux pulsés, énergies différentes Les générateurs de neutrons sont principalement utilisés comme amorces dans les armes nucléaires et servent également à analyser la matière par les différents rayonnements induits par les neutrons lorsqu'ils rencontrent des atomes (prospection minière, détection d'explosifs.
TritiumLe tritium (/tʁi.sjɔm/ ou /tʁi.tjɔm/), noté H ou T, est l'isotope de l'hydrogène dont le nombre de masse est égal à 3 : son noyau atomique, appelé triton, compte et avec un spin 1/2+ pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Il a été mis en évidence en 1934 par Ernest Rutherford, dans la réaction de fusion nucléaire . À la différence du protium H et du deutérium H, ce nucléide est radioactif et se désintègre en (He) avec une demi-vie de .
