Walton e Cockcraft ladeando Rutherford em 1934.
As origens da investigação em fusão remontam aos estudos sobre a estrutura atômica e ao desejo de compreender a fonte de energia das estrelas. No final dos anos 20, Atkinson e Houtermans sugeriram que a radiação solar poderia ter como origem reações termonucleares, e uma década mais tarde foi postulado o ciclo de fusão nuclear para a produção de energia no Sol. Em 1932 Rutherford, Walton e Cockroft detetaram a captura de um proton pelo Litio 7, decompondo-se em duas partículas alfa e libertando energia.
Walton e Cockcraft ladeando Rutherford em 1934.
Dois anos mais tarde, Rutherford, Oliphant e Harteck conseguiram efetuar a fusão de dois deuterons que se transformam em hélio 3 e um neutron, ou em trítio e um proton (libertando-se energia em qualquer das reações).
A investigação em fusão nos Estados Unidos e na URSS teve as suas raízes na pesquisa militar sobre energia atómica efetuada durante e após a segunda guerra mundial.
A afirmação do presidente argentino Juan Peron em 1951, sobre a posse de uma instalação nuclear operacional, foi a causa próxima dos trabalhos desenvolvidos pelo astrofísico Lyman Spitzer em Princeton.
Em 1951, os físicos soviéticos Andrei Sakharov e Igor Tamm conceberam o que mais tarde foi designado por Tokamak (toroidalnya kamera magnetnaya katushka).
No Reino Unido, a maior parte da investigação era efetuada em Harwell onde o dispositivo ZETA foi notícia dos jornais no início de 1958, quando os físicos britânicos anunciaram a produção de neutrons de fusão, uma afirmação que em seguida foi retirada.
Todos os trabalhos de investigação se mantiveram classificados até à Conferência "Átomos para a Paz" que decorreu em Genebra, em 1958, onde as trocas de informação mostraram claramente que era necessário um conhecimento mais aprofundado do comportamento do plasma. Seguiu-se um aumento da investigação fundamental durante os anos 60.
Em 1968, o tokamak T3 de Kurchatov, na Rússia, permitiu um avanço decisivo e os estudos de confinamento por tokamak expandiram-se largamente nas décadas seguintes.
Nos anos 70, a investigação em fusão tornou-se um segmento importante da atividade científica ("Big Science"). O custo e a complexidade dos dispositivos tiveram um tal desenvolvimento que se tornou necessária a cooperação internacional para reunir as competências técnicas e financiar os projetos.
Em 1978, a Comunidade Europeia (mais a Suécia e a Suiça) empreenderam a construção do projeto JET ("Joint European Torus") próximo de Abingdon (Reino Unido). O JET produziu o seu primeiro plasma em Junho de 1983, e atingiu o equivalente do "breakeven" científico antes de realizar as experiências bem sucedidas com uma mistura deutério-trítio em Novembro de 1991.
O tokamak Europeu JET (Projeto Comunitário, Abingdon - Reino
Unido), o maior e o mais importante do mundo.
Nos Estados Unidos, o tokamak PLT em Princeton produziu uma temperatura de plasma superior a 60 milhões de graus em 1978. Durante os anos 80, foram realizadas experiências no tokamak TFTR ('reator teste para fusão em tokamak') igualmente em Princeton e em 1993 foram também efetuadas descargas com uma mistura deutério-trítio.
No Japão foram efetuadas experiências de ponta no tokamak JT-60 a partir de 1988, continuando atualmente na versão 'upgrade' (JT-60U).
No tokamak, um conjunto de bobinas, regularmente espaçadas
em torno da câmara toroidal, gera um forte campo magnético
na direção toroidal, enquanto que uma corrente no plasma
cria um campo mais fraco na direção poloidal. O campo magnético
resultante tem linhas de força helicoidais semelhantes a uma mola
em hélice que se fecha sobre si próprio. A corrente no plasma
é gerada indutivamente por um transformador; ela é igualmente
responsável pelo aquecimento do plasma.
No stellarator, a helicidade das linhas do campo é produzida
por um conjunto de bobinas, elas próprias podendo ter também
a forma helicoidal. O stellarator não tem transformador visto não
necessitar de corrente no plasma para gerar o seu campo magnético;
pode pois funcionar continuamente.
Um 'Reverse Field Pinch' é um tokamak no qual circula uma
corrente muito forte que provoca uma reorganização interna
espontânea dos campos magnéticos conduzindo à inversão
do sentido do campo toroidal no interior do plasma. As componentes poloidais
e toroidais têm intensidades comparáveis.