Şu anda, kontrollü termonükleer füzyonun klasik nükleer santrallerin ve hatta fosil yakıtların yerini alması çok sık tahmin edilmektedir, ancak bu yönde bir dizi ciddi başarıya rağmen, henüz bir termonükleer reaktörün tek bir çalışan prototipi gösterilmemiştir. Fransa'daki ilk uluslararası termonükleer reaktör ITER'nin inşası (AB, Rusya, Çin, Hindistan ve Kore Cumhuriyeti projede yer almaktadır) henüz projenin erken bir aşamasındadır. Aynı zamanda, Amerikan şirketi Lockheed Martin ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nü (MIT) temsil eden bir araştırma ekibi, verimli bir termonükleer reaktörün geliştirilmesi üzerinde çalışıyor. Ağustos 2015'te oldukça kompakt bir tokamak projesinin geliştirildiğini açıklayan MIT uzmanlarıydı.
Tokamak, manyetik bobinli toroidal oda anlamına gelir. Bu, kontrollü termonükleer füzyon akışı için gerekli koşulları elde etmek için plazma içerecek şekilde tasarlanmış simit şeklinde bir cihazdır. Bir tokamak fikri, Sovyet fizikçilerine aittir. Endüstriyel amaçlar için kontrollü termonükleer füzyonun kullanılması önerisi ve ayrıca yüksek sıcaklıktaki bir plazmanın bir elektrik alanı tarafından ısıl yalıtımını kullanan özel bir şema, ilk olarak 1950'nin ortalarında yazılan çalışmasında fizikçi O. A. Lavrentyev tarafından formüle edildi. Ne yazık ki bu eser 1970'lere kadar "unutuldu". Tokamak terimi, Akademisyen Kurchatov'un öğrencisi IN Golovin tarafından icat edildi. Şu anda uluslararası bilimsel proje ITER çerçevesinde oluşturulmakta olan tokamak reaktörüdür.
Fransa'da ITER füzyon reaktörünün yaratılmasıyla ilgili çalışmalar oldukça yavaş ilerlerken, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Amerikalı mühendisler, kompakt bir füzyon reaktörü için yeni bir tasarım önerisi ile geldiler. Bu tür reaktörlerin sadece 10 yıl içinde ticari işletmeye alınabileceğini söylediler. Aynı zamanda, üretilen devasa kapasiteleri ve tükenmeyen hidrojen yakıtı ile termonükleer enerji, onlarca yıldır yalnızca bir rüya ve bir dizi pahalı laboratuvar deneyi ve deneyi olarak kaldı. Yıllar geçtikçe fizikçiler bir şaka bile yaptılar: "Termonükleer füzyonun pratik uygulaması 30 yıl içinde başlayacak ve bu süre asla değişmeyecek." Buna rağmen, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, enerjide uzun zamandır beklenen atılımın sadece 10 yıl içinde gerçekleşeceğine inanıyor.
MIT mühendislerinin güveni, mevcut süper iletken mıknatıslardan önemli ölçüde daha küçük ve daha güçlü olmayı vaat eden bir mıknatıs oluşturmak için yeni süper iletken malzemelerin kullanımına dayanmaktadır. MIT Plazma ve Füzyon Merkezi direktörü Profesör Dennis White'a göre, nadir toprak baryum bakır oksit (REBCO) bazlı yeni ticari olarak temin edilebilen süper iletken malzemelerin kullanımı, bilim adamlarının kompakt ve çok güçlü mıknatıslar geliştirmesine olanak sağlayacaktır. Bilim adamlarına göre bu, özellikle plazma hapsi için önemli olan manyetik alanın daha fazla güç ve yoğunluğunun elde edilmesini sağlayacaktır. Yeni süper iletken malzemeler sayesinde, Amerikalı araştırmacılara göre reaktör, mevcut projelerden, özellikle de daha önce bahsedilen ITER'den çok daha kompakt olacak. Ön tahminlere göre, ITER ile aynı güçte, yeni füzyon reaktörü yarı çapa sahip olacak. Bu nedenle, yapımı daha ucuz ve daha kolay hale gelecektir.
Bir termonükleer reaktörün yeni projesindeki bir diğer önemli özellik, tüm modern tokamaklarda ana "tüketilebilir malzeme" olan geleneksel katı hallerin yerini alması gereken sıvı battaniyelerin kullanılmasıdır, çünkü ana nötron akısını alırlar. termal enerjiye dönüştürür. Oldukça masif ve yaklaşık 5 ton ağırlığındaki bakır kasalarda sıvının değiştirilmesinin berilyum kasetlere göre çok daha kolay olduğu bildiriliyor. Uluslararası deneysel termonükleer reaktör ITER'nin tasarımında kullanılacak olan berilyum kasetleridir. Projede çalışan MIT'nin önde gelen araştırmacılarından Brandon Sorbom, yeni reaktörün 3'e 1 bölgesindeki yüksek veriminden bahsediyor. gelecekte optimize edilebilir, bu da muhtemelen üretilen enerjinin harcanan enerjiye oranının 6'ya 1 düzeyinde elde edilmesini sağlayacaktır.
REBCO'ya dayalı süper iletken malzemeler, plazmayı kontrol etmeyi kolaylaştıran daha güçlü bir manyetik alan sağlayacaktır: alan ne kadar güçlü olursa, çekirdek ve plazmanın hacmi o kadar küçük kullanılabilir. Sonuç, küçük bir füzyon reaktörünün modern büyük bir reaktörle aynı miktarda enerji üretebilmesi olacaktır. Aynı zamanda, kompakt bir ünite oluşturmak ve ardından onu çalıştırmak daha kolay olacaktır.
Bir termonükleer reaktörün verimliliğinin doğrudan süper iletken mıknatısların gücüne bağlı olduğu anlaşılmalıdır. Yeni mıknatıslar, çörek şeklinde bir çekirdeğe sahip olan tokamakların mevcut yapısında da kullanılabilir. Ek olarak, bir dizi başka yenilik de mümkündür. Şu anda Fransa'da, Marsilya yakınlarında yapım aşamasında olan ve yaklaşık 40 milyar dolar değerindeki büyük deneysel tokamak ITER'in süper iletkenler alanındaki ilerlemeyi hesaba katmadığını belirtmekte fayda var, aksi takdirde bu reaktör yarı büyüklükte olabilirdi, yaratıcılara çok daha ucuza mal olur ve daha hızlı inşa edilirdi. Bununla birlikte, ITER'ye yeni mıknatıslar takma olasılığı vardır ve bu, gelecekte gücünü önemli ölçüde artırabilecektir.
Manyetik alanın gücü, kontrollü termonükleer füzyonda önemli bir rol oynar. Bu kuvveti aynı anda 16 kez ikiye katlamak, füzyon reaksiyonunun gücünü arttırır. Ne yazık ki, yeni REBCO süper iletkenleri manyetik alanın gücünü ikiye katlayamıyorlar, ancak yine de füzyon reaksiyonunun gücünü 10 kat artırabiliyorlar, bu da mükemmel bir sonuç. Profesör Dennis White'a göre yaklaşık 100 bin kişiye elektrik enerjisi sağlayabilecek bir termonükleer reaktör yaklaşık 5 yıl içinde kurulabilecek. Buna şimdi inanmak zor, ancak küresel ısınma sürecini durdurabilecek enerjide çığır açan bir atılım, pratikte bugün nispeten hızlı bir şekilde gerçekleşebilir. Aynı zamanda MIT, bu sefer 10 yılın bir şaka değil, ilk operasyonel tokamakların ortaya çıkması için gerçek bir tarih olduğundan emin.
