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.
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.
Rayon gammavignette|Des rayons gamma sont produits par des processus nucléaires énergétiques au cœur des noyaux atomiques. Un rayon gamma (ou rayon γ) est un rayonnement électromagnétique à haute fréquence émis lors de la désexcitation d'un noyau atomique résultant d'une désintégration. Les photons émis sont caractérisés par des énergies allant de quelques keV à plusieurs centaines de GeV voire jusqu'à pour le plus énergétique jamais observé. Les rayons gamma furent découverts en 1900 par Paul Villard, chimiste français.
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.
RayonnementLe rayonnement est le processus d'émission ou de propagation d'énergie et de quantité de mouvement impliquant une onde ou une particule. On peut distinguer les rayonnements corpusculaires (ou particulaires) par le type de particule auquel ils sont associés. Il peut par exemple s'agir de neutrons, de protons, d'électrons (ou de positrons), de particules alpha, de photons, de neutrinos ou de muons. Il existe également des rayonnements ondulatoires, exemples : rayonnement électromagnétique (rayons X, lumière visible, etc.
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.
Astronomie gammavignette|redresse|Aperçu de l'astronomie des rayons gamma.De haut en bas, de gauche à droite : l'observatoire terrestre de rayons gamma MAGIC et le télescope spatial CGRO ; carte du ciel à des énergies supérieures à ; l'observatoire de rayons gamma HAWC.|454x454px L'astronomie gamma est le domaine de l'observation astronomique centrée sur le spectre électromagnétique des rayons gamma. Ces derniers englobent les photons émis à des énergies supérieures à , et constituent la plus grande forme d'énergie lumineuse dont l'observation soit dans notre univers.
Spectrométrie gammaLa spectrométrie gamma est une technique de mesure nucléaire permettant d'identifier certains éléments radioactifs par la mesure de l'énergie des rayonnements gamma qu'ils émettent. Elle diffère de la technique du compteur Geiger, qui ne détecte que la présence de rayonnements gamma sans fournir d'information sur la nature de la source détectée. La mesure par spectrométrie gamma permet de construire des spectres, qui sont des histogrammes donnant les quantités de photons détectés en fonction de leur énergie.
Spectrométrie de fluorescence des rayons Xthumb|Analyseur portatif (Olympus Delta Professional XRF donnant la quantité de contaminants métalliques ou métalloïdes dans le sol. contaminants préoccupants recherchés sont ici le plomb, le mercure, le cadmium et l'arsenic. La spectrométrie de fluorescence des rayons X (SFX ou FX, ou en anglais XRF pour X-ray fluorescence) est une technique d'analyse chimique utilisant une propriété physique de la matière, la fluorescence de rayons X.
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.
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.
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 .
Transmutationvignette|redresse=1.2|Le Soleil est un réacteur à fusion naturel qui transmute les éléments légers en éléments plus lourds grâce à la nucléosynthèse stellaire, une forme de fusion nucléaire. La transmutation de la matière est la transformation d'une substance en une autre. En physique nucléaire, la transmutation (ou mue atomique) est la transformation d'un élément chimique en un autre par une modification de son noyau atomique. Elle est aussi appelée transmutation nucléaire.
Reactor-grade plutoniumReactor-grade plutonium (RGPu) is the isotopic grade of plutonium that is found in spent nuclear fuel after the uranium-235 primary fuel that a nuclear power reactor uses has burnt up. The uranium-238 from which most of the plutonium isotopes derive by neutron capture is found along with the U-235 in the low enriched uranium fuel of civilian reactors.
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).
SpectromètreUn spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en spectrométrie de masse — en ses éléments simples qui constituent son spectre. En optique, il s'agit d'obtenir les longueurs d'onde spécifiques constituant le faisceau lumineux (spectre électromagnétique) tandis que, pour un mélange chimique, il s'agira d'obtenir les masses spécifiques de chacune des molécules (spectre de masse).
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.
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.
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.
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.
