ТОКАМАК - пристрій для здійснення реакції термоядерного синтезу в гарячій плазмі в квазістаціонарному режимі, причому плазма створюється в тороидальной камері і її стабілізує магнітне поле. Призначення установки - перетворення внутрішньоядерній енергії в теплову і далі - в електричну. Саме cлово «токамак» є абревіатурою від назви «тороїдальна камера магнітна», проте творці установки замінили наприкінці «г» на «до», щоб не викликати асоціацій з чимось магічним.
Атомну енергію (і в реакторі, і в бомбі) людина отримує, розділяючи ядра важких елементів на більш легкі. Енергія, яка припадає на нуклон, максимальна для заліза (так званий «залізний максимум»), а тому що максимум посередині, то енергія буде виділятися не тільки при розпаді важких, але і при з'єднанні легких елементів. Цей процес називається термоядерним синтезом, він відбувається у водневій бомбі і термоядерному реакторі. Термоядерних реакцій, реакцій синтезу, відомо багато. Джерелом енергії можуть бути ті, для яких є недороге паливо, причому можливі два принципово різних шляхи запуску реакції синтезу.
Перший шлях - «вибуховий»: частина енергії витрачається на те, щоб привести в необхідний початковий стан дуже невелика кількість речовини, відбувається реакція синтезу, що виділилася енергія перетворюється в зручну форму. Власне, це воднева бомба, тільки вагою в міліграм. Як джерело вихідної енергії використовувати атомну бомбу можна вона не буває «маленької». Тому передбачалося, що міліметрова таблетка з дейтерій-тритієвого льоду (або скляна сфера зі стислою сумішшю дейтерію і тритію) буде опромінювати з усіх боків лазерними імпульсами. Щільність енергії на поверхні повинна бути при цьому такий, щоб перетворився в плазму верхній шар таблетки виявився нагрітий до температури, при якій тиск на внутрішні шари і сам нагрів внутрішніх шарів таблетки стануть достатніми для реакції синтезу. При цьому імпульс повинен бути настільки коротким, щоб речовина, що перетворилося за наносекунду в плазму з температурою в десять мільйонів градусів, не встигало розлетітися, а давило на внутрішню частину таблетки. Ця внутрішня частина стискається до щільності, в сто разів більшою, ніж щільність твердих тіл, і нагрівається до ста мільйонів градусів.
Другий шлях. Вихідні речовини можна нагріти відносно повільно - вони перетворяться в плазму, а потім в неї можна будь-яким способом вводити енергію, аж до досягнення умов початку реакції. Для протікання термоядерної реакції в суміші дейтерію з тритієм і отримання позитивного виходу енергії (коли енергія, що виділилася в результаті термоядерної реакції виявиться більше енергії, витраченої на здійснення цієї реакції), потрібно створити плазму з щільністю хоча б 10 14 частинок / см 3 (10 - 5 атм.), і нагріти її приблизно до 10 +9 градусів, при цьому плазма стає повністю іонізованої.
Таке нагрівання необхідний, щоб ядра могли зблизитися, незважаючи на кулоновское відштовхування. Можна показати, що для отримання енергії потрібно підтримувати цей стан не менше секунди (так званий «критерій Лоусона»). Більш точне формулювання критерію Лоусона - твір концентрації і часу підтримки цього стану має бути близько 10 15 с Ч см -3. Головна проблема - стійкість плазми: за секунду вона багато разів встигне розширитися, торкнутися стінок камери і охолодитися.
Початок робіт над керованим термоядерним синтезом слід віднести до 1950 коли И.Е.Тамм і А.Д.Сахаров прийшли до висновку, що реалізувати УТС (керований термоядерний синтез) можна за допомогою магнітного утримання гарячої плазми. На початковому етапі роботи у нас в країні велися в Курчатовський інститут під керівництвом Л.А.Арцімовіча. Основні проблеми можна розділити на дві групи - проблеми нестійкості плазми і технологічні (чистий вакуум, стійкість до опромінення і т.п.) Перші токамаки були створені в 1954-1960, зараз в світі побудовано більше 100 токамаков. У 1960-х було показано, що тільки за допомогою нагрівання за рахунок пропускання струму ( «омічного нагріву») не можна довести плазму до термоядерних температур. Найбільш природним шляхом підвищення енергосодержанія плазми здавався метод зовнішньої інжекції швидких нейтральних частинок (атомів), але тільки в 1970-х був досягнутий необхідний технічний рівень і поставлені реальні експерименти з застосуванням інжекторів. Зараз найбільш перспективними вважаються нагрів нейтральних частинок инжекцией і електромагнітним випромінюванням НВЧ-діапазону. У 1988 в Курчатовський інститут побудований токамак предреакторного покоління Т-15 з надпровідними обмотками. З 1956 року, коли під час візиту М. С. Хрущова до Великобританії И.В.Курчатов повідомив про проведення цих робіт в СРСР. роботи в цій області ведуться спільно декількома країнами. У 1988 СРСР, США, Європейський Союз і Японія почали проектування першого експериментального реактора-токамака (установка буде будуватися у Франції).