În prezent, fuziunea termonucleară controlată este foarte des prezisă ca un înlocuitor pentru centralele nucleare clasice și chiar pentru combustibilii fosili, cu toate acestea, în ciuda unui număr serios de succese în această direcție, nu a fost încă demonstrat niciun prototip de lucru al unui reactor termonuclear. Construcția primului reactor termonuclear internațional ITER în Franța (UE, Rusia, China, India și Republica Coreea sunt implicate în proiect) se află încă într-un stadiu incipient al proiectului. În același timp, corporația americană Lockheed Martin, precum și o echipă de cercetători care reprezintă Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT), lucrează la dezvoltarea unui reactor termonuclear eficient. Experții MIT au anunțat în august 2015 dezvoltarea unui nou proiect al unui tokamak destul de compact.
Tokamak înseamnă cameră toroidală cu bobine magnetice. Acesta este un dispozitiv în formă de tor conceput să conțină plasmă pentru a atinge condițiile necesare fluxului de fuziune termonucleară controlată. Însăși ideea unui tokamak aparține fizicienilor sovietici. Propunerea pentru utilizarea fuziunii termonucleare controlate în scopuri industriale, precum și o schemă specifică care utilizează izolația termică a unei plasma cu temperatură înaltă de către un câmp electric, au fost formulate pentru prima dată de fizicianul O. A. Lavrentyev în lucrarea sa scrisă la mijlocul anului 1950. Din păcate, această lucrare a fost „uitată” până în anii 1970. Însuși termenul tokamak a fost inventat de IN Golovin, un student al academicianului Kurchatov. Reactorul tokamak este creat în prezent în cadrul proiectului științific internațional ITER.
În timp ce lucrările privind crearea reactorului de fuziune ITER în Franța se desfășoară destul de încet, inginerii americani de la Massachusetts Institute of Technology au venit cu o propunere pentru un nou design pentru un reactor de fuziune compact. Astfel de reactoare, au spus ei, ar putea fi puse în funcțiune comercială în doar 10 ani. În același timp, energia termonucleară, cu capacitățile sale uriașe generate și combustibilul de hidrogen inepuizabil, a rămas doar un vis și o serie de experimente și experimente costisitoare de laborator de zeci de ani. De-a lungul anilor, fizicienii au avut chiar o glumă: „Aplicația practică a fuziunii termonucleare va începe peste 30 de ani, iar această perioadă nu se va schimba niciodată”. În ciuda acestui fapt, Institutul de Tehnologie din Massachusetts consideră că mult așteptata descoperire a energiei va avea loc în doar 10 ani.
Încrederea inginerilor MIT se bazează pe utilizarea de noi materiale supraconductoare pentru a crea un magnet care promite să fie semnificativ mai mic și mai puternic decât magneții supraconductori disponibili. Potrivit profesorului Dennis White, director al Centrului de plasmă și fuziune MIT, utilizarea noilor materiale supraconductoare disponibile comercial, pe bază de oxid de cupru de bariu din pământuri rare (REBCO), va permite oamenilor de știință să dezvolte magneți compacti și foarte puternici. Potrivit oamenilor de știință, acest lucru va permite realizarea unei puteri și a unei densități mai mari a câmpului magnetic, ceea ce este deosebit de important pentru confinarea cu plasmă. Datorită noilor materiale supraconductoare, reactorul, potrivit cercetătorilor americani, va fi mult mai compact decât proiectele existente, în special ITER deja menționat. Conform estimărilor preliminare, la aceeași putere ca ITER, noul reactor de fuziune va avea jumătate din diametru. Datorită acestui fapt, construcția sa va deveni mai ieftină și mai ușoară.
O altă caracteristică cheie în noul proiect al unui reactor termonuclear este utilizarea păturilor lichide, care ar trebui să înlocuiască cele tradiționale în stare solidă, care sunt principalul „material consumabil” în toate tokamak-urile moderne, deoarece acestea preiau fluxul principal de neutroni, transformând în energie termică. Se raportează că lichidul este mult mai ușor de înlocuit decât casetele de beriliu din cutii de cupru, care sunt destul de masive și cântăresc aproximativ 5 tone. Casetele de beriliu vor fi utilizate la proiectarea reactorului termonuclear internațional experimental ITER. Brandon Sorbom, unul dintre principalii cercetători de la MIT, care lucrează la proiect, vorbește despre eficiența ridicată a noului reactor în regiunea 3 la 1. În același timp, în propriile sale cuvinte, designul rectorului în viitor poate fi optimizat, ceea ce, posibil, va permite realizarea raportului dintre energia generată și energia consumată la nivelul de 6 la 1.
Materialele supraconductoare bazate pe REBCO vor oferi un câmp magnetic mai puternic, ceea ce facilitează controlul plasmei: cu cât câmpul este mai puternic, cu atât volumul miezului și al plasmei poate fi mai mic. Rezultatul va fi că un reactor de fuziune mic poate produce aceeași cantitate de energie ca unul modern modern. În același timp, va fi mai ușor să construiți o unitate compactă și apoi să o operați.
Ar trebui înțeles că eficiența unui reactor termonuclear depinde în mod direct de puterea magneților supraconductori. Noii magneți pot fi folosiți și pe structura existentă a tokamak-urilor, care au un miez în formă de gogoașă. În plus, sunt posibile o serie de alte inovații. Este demn de remarcat faptul că marele tokamak experimental ITER în prezent în construcție în Franța, lângă Marsilia, în valoare de aproximativ 40 de miliarde de dolari, nu a luat în considerare progresul în domeniul supraconductoarelor, altfel acest reactor ar fi putut avea jumătate din dimensiune, ar fi avut a costat creatorii mult mai ieftin și ar fi fost construit mai repede. Cu toate acestea, există posibilitatea de a instala noi magneți pe ITER și acest lucru îi va putea crește semnificativ puterea în viitor.
Puterea câmpului magnetic joacă un rol cheie în fuziunea termonucleară controlată. Dublarea acestei forțe de 16 ori simultan crește puterea reacției de fuziune. Din păcate, noii superconductori REBCO nu sunt capabili să dubleze puterea câmpului magnetic, dar sunt totuși capabili să mărească puterea reacției de fuziune de 10 ori, ceea ce este, de asemenea, un rezultat excelent. Potrivit profesorului Dennis White, un reactor termonuclear, care va putea furniza energie electrică aproximativ 100 de mii de oameni, poate fi construit în aproximativ 5 ani. Este greu de crezut acum, dar o descoperire de epocă în energie care poate opri procesul de încălzire globală se poate întâmpla relativ rapid, practic astăzi. În același timp, MIT este încrezător că de data aceasta 10 ani nu este o glumă, ci o dată reală pentru apariția primelor tokamak-uri operaționale.
