Jelenleg az ellenőrzött termonukleáris fúziót nagyon gyakran a klasszikus atomerőművek és még a fosszilis tüzelőanyagok helyettesítőjeként is megjósolják, azonban az ezen az irányban elért számos komoly siker ellenére egy termonukleáris reaktor egyetlen működő prototípusát sem mutatták be. Az ITER első nemzetközi termonukleáris reaktorának építése Franciaországban (az EU, Oroszország, Kína, India és a Koreai Köztársaság részt vesz a projektben) még a projekt korai szakaszában van. Ezzel párhuzamosan az amerikai Lockheed Martin vállalat, valamint a Massachusetts Institute of Technology (MIT) képviselő kutatócsoportja egy hatékony termonukleáris reaktor kifejlesztésén dolgozik. Az MIT szakértői jelentették be 2015 augusztusában egy meglehetősen kompakt tokamak új projektjének kifejlesztését.
A Tokamak a toroid kamrát jelenti mágneses tekercsekkel. Ez egy tórusz alakú eszköz, amelyet úgy terveztek, hogy plazmát tartalmazzon az ellenőrzött termonukleáris fúzió áramlásához szükséges feltételek elérése érdekében. A tokamak ötlete a szovjet fizikusoké. A szabályozott termonukleáris fúzió ipari célokra történő felhasználására vonatkozó javaslatot, valamint egy speciális sémát, amely egy magas hőmérsékletű plazma elektromos hőszigetelését használja, először O. A. Lavrentyev fizikus fogalmazta meg 1950 közepén írt munkájában. Sajnos ezt a művet az 1970 -es évekig "elfelejtették". A tokamak kifejezést IN Golovin, Kurchatov akadémikus tanítványa találta ki. Jelenleg a tokamak reaktor jön létre az ITER nemzetközi tudományos projekt keretében.
Míg az ITER fúziós reaktor létrehozásának munkái Franciaországban meglehetősen lassan haladnak, a Massachusetts Institute of Technology amerikai mérnökei javaslatot tettek egy kompakt fúziós reaktor új kialakítására. Az ilyen reaktorokat - mondták - mindössze 10 év múlva lehet üzembe helyezni. Ugyanakkor a termonukleáris energia hatalmas termelési kapacitásaival és kimeríthetetlen hidrogén -üzemanyagával évtizedek óta csak álom és drága laboratóriumi kísérletek és kísérletek sora maradt. Az évek során a fizikusoknak még viccük is volt: "A termonukleáris fúzió gyakorlati alkalmazása 30 év múlva kezdődik, és ez az időszak soha nem fog változni." Ennek ellenére a Massachusettsi Technológiai Intézet úgy véli, hogy a várva várt energia áttörés mindössze 10 év múlva következik be.
Az MIT mérnökeinek bizalma új szupravezető anyagok felhasználásán alapul, hogy olyan mágnest hozzanak létre, amely lényegesen kisebbnek és erősebbnek ígérkezik, mint a rendelkezésre álló szupravezető mágnesek. Dennis White professzor, az MIT Plazma- és Fúziós Központ igazgatója szerint a ritkaföldfém -bárium -réz -oxidon (REBCO) alapuló új, kereskedelmi forgalomban kapható szupravezető anyagok használata lehetővé teszi a tudósok számára, hogy kompakt és nagyon erős mágneseket fejlesszenek ki. A tudósok szerint ez lehetővé teszi a mágneses mező nagyobb teljesítményének és sűrűségének elérését, ami különösen fontos a plazma elzáródása szempontjából. Az új szupravezető anyagoknak köszönhetően a reaktor amerikai kutatók szerint sokkal kompaktabb lesz, mint a meglévő projektek, különösen a már említett ITER. Az előzetes becslések szerint az ITER -rel azonos teljesítmény mellett az új fúziós reaktor átmérője fele lesz. Ennek köszönhetően építése olcsóbb és könnyebb lesz.
A termonukleáris reaktor új projektjének másik kulcsfontosságú jellemzője a folyékony takarók használata, amelyeknek fel kell váltaniuk a hagyományos szilárdtestűeket, amelyek minden modern tokamak fő "fogyóanyaga", mivel ezek veszik fel a fő neutronáramot, átalakítva hőenergiává alakítja át. Úgy tűnik, hogy a folyadékot sokkal könnyebb cserélni, mint a berillium kazettákat réz tokokban, amelyek meglehetősen masszívak és körülbelül 5 tonna súlyúak. A berillium kazettákat fogják használni az ITER nemzetközi kísérleti termonukleáris reaktor tervezésében. Brandon Sorbom, az MIT egyik vezető kutatója, aki a projekten dolgozik, az új reaktor nagy hatékonyságáról beszél a 3 és 1 közötti tartományban. Ugyanakkor, saját szavaival élve, a rektor tervezése a jövőben optimalizálható, ami esetleg lehetővé teszi a termelt energia és a felhasznált energia arányának elérését 6 és 1 között.
A REBCO alapú szupravezető anyagok erősebb mágneses teret biztosítanak, ami megkönnyíti a plazma szabályozását: minél erősebb a mező, annál kisebb a mag és a plazma térfogata. Az eredmény az lesz, hogy egy kis fúziós reaktor ugyanannyi energiát tud előállítani, mint egy modern nagy. Ugyanakkor könnyebb lesz kompakt egységet építeni, majd működtetni.
Meg kell érteni, hogy a termonukleáris reaktor hatékonysága közvetlenül függ a szupravezető mágnesek teljesítményétől. Az új mágnesek a fánk alakú maggal rendelkező tokamakok meglévő szerkezetén is alkalmazhatók. Ezen kívül számos más újítás is lehetséges. Érdemes megjegyezni, hogy az ITER jelenleg Franciaországban, Marseille közelében épülő, nagyjából 40 milliárd dollár értékű kísérleti tokamak nem vette figyelembe a szupravezetők terén elért haladást, különben ez a reaktor fele akkora lehetett volna, az alkotóknak sokkal olcsóbbak, és gyorsabban épültek volna. Az ITER -re azonban új mágnesek telepítésének lehetősége fennáll, és ez a jövőben jelentősen megnövelheti teljesítményét.
A mágneses mező erőssége kulcsfontosságú szerepet játszik a szabályozott termonukleáris fúzióban. Ha ezt az erőt 16 -szor megduplázzuk egyszerre, akkor megnő a fúziós reakció ereje. Sajnos az új REBCO szupravezetők nem képesek megduplázni a mágneses tér erősségét, de így is képesek 10 -szeresére növelni a fúziós reakció erejét, ami szintén kiváló eredmény. Dennis White professzor szerint körülbelül 5 éven belül megépíthető egy termonukleáris reaktor, amely mintegy 100 ezer ember elektromos áramellátására lesz képes. Nehéz ezt most elhinni, de egy korszakalkotó áttörés az energiában, amely megállíthatja a globális felmelegedési folyamatot, viszonylag gyorsan, gyakorlatilag ma történhet meg. Ugyanakkor az MIT bízik abban, hogy ezúttal 10 év nem vicc, hanem valódi dátum az első működő tokamakok megjelenésére.
