Tällä hetkellä hallittua ydinfuusiota ennustetaan usein korvaavan klassiset ydinvoimalaitokset ja jopa fossiiliset polttoaineet, mutta huolimatta monista vakavista menestyksistä tähän suuntaan, ei ole vielä esitetty yhtä toimivaa prototyyppiä lämpöydinreaktorista. Ensimmäisen kansainvälisen ITER -ydinreaktorin rakentaminen Ranskaan (EU, Venäjä, Kiina, Intia ja Korean tasavalta ovat mukana hankkeessa) on vielä hankkeen alkuvaiheessa. Samaan aikaan amerikkalainen yhtiö Lockheed Martin sekä Massachusetts Institute of Technology (MIT) -yhtiötä edustava tutkijaryhmä kehittävät tehokasta lämpöydinreaktoria. MIT -asiantuntijat ilmoittivat elokuussa 2015 uuden melko pienikokoisen tokamakin projektin kehittämisestä.
Tokamak tarkoittaa toroidista kammiota, jossa on magneettikäämit. Tämä on toruksen muotoinen laite, joka on suunniteltu sisältämään plasmaa hallitun lämpöydinfuusion virtauksen edellyttämien olosuhteiden saavuttamiseksi. Ajatus tokamakista kuuluu Neuvostoliiton fyysikoille. Fyysikko O. A. Lavrentjev muotoili ensimmäisen kerran ehdotuksensa kontrolloidun lämpöydinfuusion käytöstä teollisiin tarkoituksiin sekä erityisen järjestelmän, jossa käytetään korkean lämpötilan plasman lämpöeristystä sähkökentän avulla. Valitettavasti tämä teos "unohdettiin" 1970 -luvulle asti. Juuri termi tokamak keksi IN Golovin, akateemikko Kurchatovin opiskelija. Kyseessä on tokamak -reaktori, joka luodaan parhaillaan kansainvälisen tieteellisen hankkeen ITER puitteissa.
Vaikka ITER -fuusioreaktorin luominen Ranskassa etenee melko hitaasti, Massachusetts Institute of Technologyn amerikkalaiset insinöörit ovat tehneet ehdotuksen kompaktin fuusioreaktorin uudesta suunnittelusta. He sanoivat, että tällaiset reaktorit voitaisiin ottaa kaupalliseen käyttöön vain 10 vuoden kuluttua. Samaan aikaan ydinvoima valtavilla tuotantokapasiteeteillaan ja ehtymättömällä vetypolttoaineellaan on jäänyt vuosien ajan vain haaveeksi ja sarjaksi kalliita laboratoriokokeita. Vuosien mittaan fyysikoilla oli jopa vitsi: "Lämpöydinfuusion käytännön soveltaminen alkaa 30 vuoden kuluttua, eikä tämä aika muutu koskaan." Tästä huolimatta Massachusetts Institute of Technology uskoo, että kauan odotettu läpimurto energiassa tapahtuu vain 10 vuoden kuluttua.
MIT -insinöörien luottamus perustuu uusien suprajohtavien materiaalien käyttöön magneetin luomiseen, joka lupaa olla huomattavasti pienempi ja tehokkaampi kuin saatavilla olevat suprajohtavat magneetit. MIT Plasma- ja fuusiokeskuksen johtajan professori Dennis Whitein mukaan uusien kaupallisesti saatavien suprajohtavien materiaalien käyttö harvinaisten maametallien bariumkuparioksidiin (REBCO) perustuen antaa tutkijoille mahdollisuuden kehittää kompakteja ja erittäin voimakkaita magneetteja. Tutkijoiden mukaan tämä mahdollistaa magneettikentän suuremman tehon ja tiheyden saavuttamisen, mikä on erityisen tärkeää plasman sulkemisen kannalta. Uusien suprajohtavien materiaalien ansiosta reaktori on amerikkalaisten tutkijoiden mukaan paljon pienempi kuin nykyiset hankkeet, erityisesti jo mainittu ITER. Alustavien arvioiden mukaan uuden fuusioreaktorin halkaisija on puolet samalla teholla kuin ITER. Tämän vuoksi sen rakentaminen tulee halvemmaksi ja helpommaksi.
Toinen keskeinen piirre uudessa lämpöydinreaktorin projektissa on nestemäisten peittojen käyttö, joiden pitäisi korvata perinteiset solid-state-peitot, jotka ovat tärkein "kulutusmateriaali" kaikissa nykyaikaisissa tokamakeissa, koska ne ottavat vastaan tärkeimmän neutronivuon, se lämpöenergiaksi. On raportoitu, että neste on paljon helpompi korvata kuin berylliumkasetit kuparikoteloissa, jotka ovat melko massiivisia ja painavat noin 5 tonnia. Juuri berylliumkasetteja käytetään kansainvälisen kokeellisen lämpöydinreaktorin ITER suunnittelussa. Brandon Sorbom, yksi MIT: n johtavista tutkijoista, joka työskentelee projektin parissa, puhuu uuden reaktorin korkeasta hyötysuhteesta alueella 3-1. Samalla hänen sanojensa mukaan rehtorin suunnittelu tulevaisuudessa voidaan optimoida, mikä mahdollisesti mahdollistaa tuotetun energian ja kulutetun energian suhteen saavuttamisen tasolla 6: 1.
REBCO -pohjaiset suprajohtavat materiaalit tarjoavat vahvemman magneettikentän, mikä helpottaa plasman hallintaa: mitä vahvempi kenttä, sitä pienempi ytimen ja plasman tilavuus voidaan käyttää. Tuloksena on, että pieni fuusioreaktori voi tuottaa saman määrän energiaa kuin moderni suuri. Samalla on helpompi rakentaa kompakti yksikkö ja käyttää sitä sitten.
On ymmärrettävä, että lämpöydinreaktorin hyötysuhde riippuu suoraan suprajohtavien magneettien tehosta. Uusia magneetteja voidaan käyttää myös olemassa olevaan tokamakkirakenteeseen, jossa on munkin muotoinen ydin. Lisäksi monet muut innovaatiot ovat mahdollisia. On syytä huomata, että Ranskassa, Marseillen lähellä, rakenteilla oleva suuri kokeellinen tokamak ITER, jonka arvo on noin 40 miljardia dollaria, ei ottanut huomioon suprajohtimien alalla saavutettua edistystä, muuten tämä reaktori olisi voinut olla puolet pienemmästä maksoi tekijöille paljon halvempaa ja olisi rakennettu nopeammin. Mahdollisuus asentaa uusia magneetteja ITERiin on kuitenkin olemassa, ja se voi lisätä merkittävästi sen tehoa tulevaisuudessa.
Magneettikentän vahvuus on avainasemassa kontrolloidussa ydinfuusiossa. Tämän voiman kaksinkertaistaminen 16 kertaa kerralla lisää fuusioreaktion tehoa. Valitettavasti uudet REBCO -suprajohteet eivät pysty kaksinkertaistamaan magneettikentän voimakkuutta, mutta ne voivat silti lisätä fuusioreaktion tehoa 10 kertaa, mikä on myös erinomainen tulos. Professori Dennis Whitein mukaan lämpöydinreaktori, joka pystyy toimittamaan sähköä noin 100 tuhannelle ihmiselle, voidaan rakentaa noin viiden vuoden kuluessa. Sitä on vaikea uskoa nyt, mutta energiaa aikaansaava läpimurto, joka voi pysäyttää ilmaston lämpenemisen, voi tapahtua suhteellisen nopeasti, käytännössä tänään. Samaan aikaan MIT on varma, että tällä kertaa 10 vuotta ei ole vitsi, vaan todellinen päivämäärä ensimmäisten toiminnallisten tokamakkien ilmestymiselle.
