Confinement du plasma : Les tokamaks sont conçus pour confiner le plasma chaud. Le plasma, un état de la matière constitué de gaz ionisé, est généralement produit en chauffant des gaz à des températures extrêmement élevées. Les tokamaks utilisent de puissants champs magnétiques pour former un récipient de confinement toroïdal (en forme de beignet). Ces champs magnétiques empêchent le plasma d'entrer en contact direct avec les parois de la machine, minimisant ainsi les pertes d'énergie et les impuretés.
Chauffage au plasma : Les tokamaks utilisent diverses techniques pour chauffer le plasma à des températures favorables à la fusion (plus de 100 millions de degrés Celsius). Deux méthodes de chauffage courantes sont le chauffage ohmique (passage d'un courant électrique à travers le plasma) et le chauffage supplémentaire (tel que l'injection de faisceau neutre, le chauffage par résonance cyclotron ionique ou le chauffage par résonance cyclotron électronique). Le chauffage du plasma est crucial pour atteindre les conditions énergétiques nécessaires aux réactions de fusion.
Lecteur actuel : Les tokamaks nécessitent un courant électrique continu pour traverser le plasma afin de maintenir sa stabilité et son confinement. Pour piloter ce courant, les tokamaks utilisent des méthodes de pilotage de courant non inductives, telles que l'injection de faisceaux neutres ou les ondes radiofréquences. Ces techniques permettent de maintenir le courant plasma sans compter uniquement sur le chauffage ohmique.
Diagnostics et mesures : Les tokamaks sont équipés de différents systèmes de diagnostic permettant de mesurer et d'analyser les propriétés du plasma. Ces diagnostics comprennent la spectroscopie, l'interférométrie, la polarimétrie et les sondes de particules. Ils fournissent des informations sur la densité, la température, la rotation et la teneur en impuretés du plasma, permettant ainsi aux scientifiques d'étudier le comportement du plasma et d'optimiser les conditions de fusion.
Recherche sur la fusion : Les tokamaks sont au cœur de la recherche sur la fusion, qui vise à exploiter la puissance de la fusion nucléaire en tant que source d’énergie propre et abondante. En réalisant et en entretenant des réactions de fusion de manière contrôlée, les tokamaks contribuent au développement de réacteurs à fusion viables. Les chercheurs utilisent des tokamaks pour explorer différents régimes plasmatiques, étudier les instabilités, optimiser les performances du plasma et démontrer les principes clés de la physique de la fusion.
Réalisations records : Les tokamaks ont franchi des étapes importantes dans la recherche sur la fusion. Par exemple, le Joint European Torus (JET) a atteint une puissance de fusion record de 16 mégawatts pendant 25 secondes en 1997. Plus récemment, le tokamak EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) en Chine a établi un nouveau record pour le maintien d'un plasma à haute température pendant 1 056 secondes en 2021.
En résumé, les machines tokamak jouent un rôle essentiel dans la physique des plasmas en fournissant une plate-forme pour le confinement, le chauffage et l'étude des plasmas à haute température. Ce sont des outils essentiels pour la recherche sur la fusion, visant à faire progresser notre compréhension du comportement du plasma et à réaliser des réactions de fusion contrôlées pour de potentielles applications énergétiques futures.
