Термоя́дерный реа́ктор, устройство для получения энергии за счёт реакций синтеза лёгких атомных ядер, протекающих при высоких температурах (⩾10⁸ К). Создание термоядерного реактора является основной целью работ по термоядерному синтезу. Различают 2 типа термоядерных реакторов – импульсный с инерциальным удержанием и стационарный с магнитным удержанием плазмы. С началом 21 в. основное внимание привлекают разработки проектов термоядерных реакторов магнитным удержанием, к ним относятся токамак и стелларатор.

Магнитное удержание плазмы в токамаке. Швейцарский центр плазмы, Лозанна.Магнитное удержание плазмы в токамаке. Швейцарский центр плазмы, Лозанна.Выделяющуюся в реакциях термоядерного синтеза энергию приобретают продукты реакции – нейтроны и заряженные частицы. Энергия нейтронов может быть преобразована в тепловую, затем вне объёма реактора – в электрическую. Быстрые заряженные частицы нагревают плазму, и когда мощность такого нагрева превышает тепловые потери, говорят о зажигании реакции синтеза. Поток энергии через первую стенку реактора, непосредственно обращённую к плазме, можно передать какому-либо теплоносителю для практического использования. Доля энергии заряженных частиц может быть преобразована в электрическую энергию прямым путём.

В равнокомпонентной смеси дейтерия и трития для достижения зажигания должен быть выполнен критерий Лоусона: произведение плотности плазмы n (м^–3) на время удержания энергии в плазме τ (с), nτ > 2·10²⁰ м^–3·c. Анализ результатов экспериментов на различных токамаках показал, что технически можно построить установку, в которой коэффициент усиления мощности (отношение мощности термоядерных реакций к мощности, вложенной в плазму), т. н. добротность устройства, Q > 1. Ныне во Франции ведётся строительство международного токамака ИТЭР, цель которого – достижение в экспериментах с тритием в импульсе длительностью до 10³ с значений Q ≈ 5–10. В случае успешной реализации программы ИТЭР будет создана опытная (демо-) термоядерная электростанция. Основное требование к плазме в этой установке – стационарность. Длительность импульса тока в плазме необходимо увеличить от 10³ с до величины порядка 10³ ч. Первая стенка камеры должна обеспечивать работоспособность демоустановки в течение этих тысяч часов. При этом должны быть решены две задачи: эффективная стационарная генерация тока и надёжная работа стенки. Решение проблемы видится не столько в поиске соответствующих материалов, сколько в получении режимов с равномерной тепловой нагрузкой стенки.

Термоядерный реактор можно использовать не только для производства электроэнергии, но и как источник нейтронов. Быстрый нейтрон (14,6 МэВ) в окружающем плазму бланкете, содержащем ²³⁸U, может с выделением энергии 143 MэВ образовать до 3,3 атомов ²³⁹Pu, которые могут служить топливом для существующих атомных электростанций.