Hiện nay, phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có điều khiển thường được dự đoán là một sự thay thế cho các nhà máy điện hạt nhân cổ điển và thậm chí cả nhiên liệu hóa thạch, tuy nhiên, mặc dù có một số thành công nghiêm trọng theo hướng này, vẫn chưa có một nguyên mẫu hoạt động nào của lò phản ứng nhiệt hạch được chứng minh. Việc xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch quốc tế ITER đầu tiên ở Pháp (EU, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ và Hàn Quốc tham gia vào dự án) vẫn đang ở giai đoạn đầu của dự án. Đồng thời, tập đoàn Lockheed Martin của Mỹ, cũng như một nhóm các nhà nghiên cứu đại diện cho Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), đang nghiên cứu phát triển một lò phản ứng nhiệt hạch hiệu quả. Các chuyên gia của MIT đã công bố vào tháng 8 năm 2015 về việc phát triển một dự án mới của một tokamak khá nhỏ gọn.
Tokamak là viết tắt của buồng hình xuyến với các cuộn dây từ tính. Đây là một thiết bị hình xuyến được thiết kế để chứa plasma nhằm đạt được các điều kiện cần thiết cho dòng chảy của phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát. Ý tưởng về một tokamak thuộc về các nhà vật lý Liên Xô. Đề xuất về việc sử dụng phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có điều khiển cho các mục đích công nghiệp, cũng như một kế hoạch cụ thể sử dụng cách nhiệt của plasma nhiệt độ cao bằng điện trường, lần đầu tiên được nhà vật lý O. A. Lavrentyev đưa ra trong công trình của ông được viết vào giữa năm 1950. Thật không may, công trình này đã bị "lãng quên" cho đến những năm 1970. Thuật ngữ tokamak được IN Golovin, một học trò của Viện sĩ Kurchatov đặt ra. Đây là lò phản ứng tokamak hiện đang được tạo ra trong khuôn khổ dự án khoa học quốc tế ITER.
Trong khi công việc chế tạo lò phản ứng nhiệt hạch ITER ở Pháp đang diễn ra khá chậm chạp, các kỹ sư Mỹ từ Viện Công nghệ Massachusetts đã đưa ra đề xuất về một thiết kế mới cho một lò phản ứng nhiệt hạch nhỏ gọn. Họ cho biết những lò phản ứng như vậy có thể được đưa vào vận hành thương mại chỉ sau 10 năm. Đồng thời, năng lượng nhiệt hạch, với công suất tạo ra khổng lồ và nhiên liệu hydro không cạn kiệt, vẫn chỉ là một giấc mơ và một loạt các thí nghiệm và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tốn kém trong nhiều thập kỷ. Trong những năm qua, các nhà vật lý thậm chí còn nói đùa rằng: "Ứng dụng thực tế của phản ứng tổng hợp nhiệt hạch sẽ bắt đầu sau 30 năm nữa, và giai đoạn này sẽ không bao giờ thay đổi". Mặc dù vậy, Viện Công nghệ Massachusetts tin rằng bước đột phá được mong đợi từ lâu về năng lượng sẽ xảy ra chỉ trong 10 năm nữa.
Sự tự tin của các kỹ sư MIT dựa trên việc sử dụng các vật liệu siêu dẫn mới để tạo ra một nam châm hứa hẹn sẽ nhỏ hơn và mạnh hơn đáng kể so với các nam châm siêu dẫn hiện có. Theo Giáo sư Dennis White, giám đốc Trung tâm Plasma và Nhiệt hạch MIT, việc sử dụng các vật liệu siêu dẫn thương mại mới dựa trên oxit đồng bari đất hiếm (REBCO) sẽ cho phép các nhà khoa học phát triển các nam châm nhỏ gọn và rất mạnh. Theo các nhà khoa học, điều này sẽ cho phép đạt được công suất và mật độ từ trường lớn hơn, điều này đặc biệt quan trọng đối với việc giam giữ plasma. Theo các nhà nghiên cứu Mỹ, nhờ các vật liệu siêu dẫn mới, lò phản ứng sẽ nhỏ gọn hơn nhiều so với các dự án hiện có, đặc biệt là ITER đã được đề cập. Theo ước tính sơ bộ, với công suất tương đương ITER, lò phản ứng nhiệt hạch mới sẽ có đường kính bằng một nửa. Do đó, việc xây dựng nó sẽ trở nên rẻ hơn và dễ dàng hơn.
Một tính năng quan trọng khác trong dự án lò phản ứng nhiệt hạch mới là việc sử dụng các tấm đệm lỏng, sẽ thay thế các tấm đệm ở trạng thái rắn truyền thống, là "vật liệu tiêu hao" chính trong tất cả các tokama hiện đại, vì chúng đảm nhận dòng neutron chính, chuyển đổi nó thành nhiệt năng. Theo báo cáo, chất lỏng này dễ thay thế hơn nhiều so với băng berili trong hộp đồng, khá lớn và nặng khoảng 5 tấn. Đó là các băng berili sẽ được sử dụng trong thiết kế lò phản ứng nhiệt hạch thực nghiệm quốc tế ITER. Brandon Sorbom, một trong những nhà nghiên cứu hàng đầu tại MIT, người đang thực hiện dự án, nói về hiệu suất cao của lò phản ứng mới trong khu vực 3 đến 1. Đồng thời, theo cách nói của riêng ông, thiết kế của lò phản ứng trong tương lai có thể được tối ưu hóa, có thể sẽ cho phép đạt được tỷ lệ giữa năng lượng được tạo ra với năng lượng tiêu hao ở mức từ 6 đến 1.
Vật liệu siêu dẫn dựa trên REBCO sẽ cung cấp một từ trường mạnh hơn, giúp điều khiển plasma dễ dàng hơn: từ trường càng mạnh, thể tích của lõi và plasma có thể được sử dụng càng nhỏ. Kết quả là một lò phản ứng nhiệt hạch nhỏ có thể tạo ra cùng một lượng năng lượng như một lò phản ứng lớn hiện đại. Đồng thời, sẽ dễ dàng hơn trong việc xây dựng một đơn vị nhỏ gọn và sau đó vận hành nó.
Cần hiểu rằng hiệu suất của lò phản ứng nhiệt hạch phụ thuộc trực tiếp vào sức mạnh của nam châm siêu dẫn. Các nam châm mới cũng có thể được sử dụng trên cấu trúc hiện có của tokama, có lõi hình bánh rán. Ngoài ra, một số cải tiến khác có thể thực hiện được. Điều đáng chú ý là lò phản ứng tokamak ITER thử nghiệm lớn hiện đang được xây dựng ở Pháp, gần Marseille, trị giá khoảng 40 tỷ đô la, đã không tính đến những tiến bộ trong lĩnh vực chất siêu dẫn, nếu không thì lò phản ứng này có thể có kích thước bằng một nửa. chi phí cho người sáng tạo rẻ hơn nhiều và sẽ được xây dựng nhanh hơn. Tuy nhiên, khả năng lắp đặt nam châm mới trên ITER vẫn tồn tại và điều này sẽ có thể làm tăng đáng kể sức mạnh của nó trong tương lai.
Cường độ của từ trường đóng một vai trò quan trọng trong phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát. Nhân đôi lực này 16 lần cùng một lúc sẽ làm tăng sức mạnh của phản ứng nhiệt hạch. Thật không may, các chất siêu dẫn REBCO mới không thể tăng gấp đôi cường độ của từ trường, nhưng chúng vẫn có thể tăng sức mạnh của phản ứng nhiệt hạch lên 10 lần, đây cũng là một kết quả tuyệt vời. Theo Giáo sư Dennis White, một lò phản ứng nhiệt hạch, có thể cung cấp năng lượng điện cho khoảng 100 nghìn người, có thể được xây dựng trong vòng khoảng 5 năm. Thật khó để tin vào điều đó bây giờ, nhưng một bước đột phá kỷ nguyên về năng lượng có thể ngăn chặn quá trình ấm lên toàn cầu có thể xảy ra tương đối nhanh chóng, thực tế ngày nay. Đồng thời, MIT tự tin rằng thời điểm 10 năm này không phải là một trò đùa mà là một ngày thực sự cho sự xuất hiện của những chiếc tokama đầu tiên đi vào hoạt động.
