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Le Tokamak est une chambre de confinement magnétique destinée à contrôler un plasma nécessaire à la production d'énergie par fusion nucléaire. Ce terme vient du russe « toroidalnaja kamera magnetnaja katuska » (soit en français, chambre toroïdale à confinement magnétique).
Il s'agit d'une technologie expérimentale. L'objectif serait de produire de l'électricité en récupérant la chaleur produite par la réaction de fusion nucléaire.
Le tokamak fut inventé par les russes Igor Yevgenyevich Tamm et Andreï Sakharov.
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La fusion nucléaire permet à partir de deux atomes très légers (par exemple le deutérium et le tritium) de créer des atomes plus lourds. Cette transformation produit un défaut de masse qui se manifeste sous forme d'énergie (E=mc2 où E est l'énergie produite, m la masse disparue et c la vitesse de la lumière). Cet excès d'énergie peut se transformer en excès de chaleur qui par convection peut être convertie en électricité.
Pour produire une réaction de fusion nucléaire il faut chauffer la matière à de très hautes températures (plusieurs centaines de millions de degrés). Dans ces conditions les électrons se détachent complètement de leur noyau, on dit que l'atome s'ionise. La matière entre dans un nouvel état : l'état de plasma (pour la fusion, cet evènement est applé le breakeven).
Afin d'obtenir de telles températures plusieurs méthodes sont disponibles :
Dans les réacteurs à fusion du futur, la température nécessaire sera sûrement obtenue par une combinaison de ces méthodes.
Mais plus encore, lorsque les réactions de fusion sont en nombre suffisant, la température alors produite permet d'auto entretenir les conditions de la réaction (Ce seuil est appelé ignition du plasma). On peut alors contrôler cet état en injectant la matière nécessaire à la réaction. Dans de telles conditions, le facteur du bilan d'énergie entre l'énergie nécessaire à la réaction et celle produite par la réaction devient infini.
Mais pour obtenir de telles conditions il est nécessaire de contenir suffisamment longtemps une assez grande quantité de plasma.
L'enjeu consiste alors à contrôler ce plasma au cœur du Tokamak dans un volume limité et suffisamment éloigné des équipements. Comme le plasma est constitué d'électrons chargés, on peut orienter leur trajectoire de déplacement à l'intérieur d'un tore, ceci au moyen de champs magnétiques toroïdaux puissants. Pour augmenter l'efficacité du confinement, à l'intérieur du tore, on ajoute une forme hélicoïdale à la trajectoire de ces électrons.
Les avantages d'une telle technologie sont variés :
Cette technologie est encore difficile à maîtriser :
Il existe actuellement plusieurs prototypes de tokamak :
