Attualmente, la fusione termonucleare controllata è molto spesso prevista in sostituzione delle classiche centrali nucleari e persino dei combustibili fossili, tuttavia, nonostante una serie di seri successi in questa direzione, non è stato ancora dimostrato un singolo prototipo funzionante di un reattore termonucleare. La costruzione del primo reattore termonucleare internazionale ITER in Francia (nel progetto partecipano UE, Russia, Cina, India e Repubblica di Corea) è ancora in una fase iniziale del progetto. Allo stesso tempo, la società americana Lockheed Martin, così come un team di ricercatori che rappresentano il Massachusetts Institute of Technology (MIT), stanno lavorando allo sviluppo di un efficiente reattore termonucleare. Sono stati gli esperti del MIT ad annunciare nell'agosto 2015 lo sviluppo di un nuovo progetto di un tokamak abbastanza compatto.
Tokamak sta per camera toroidale con bobine magnetiche. Si tratta di un dispositivo a forma di toro progettato per contenere plasma al fine di realizzare le condizioni necessarie per il flusso di fusione termonucleare controllata. L'idea stessa di un tokamak appartiene ai fisici sovietici. La proposta per l'uso della fusione termonucleare controllata per scopi industriali, nonché uno schema specifico che utilizza l'isolamento termico di un plasma ad alta temperatura da un campo elettrico, furono formulate per la prima volta dal fisico O. A. Lavrentyev nel suo lavoro scritto a metà del 1950. Sfortunatamente, questo lavoro è stato "dimenticato" fino agli anni '70. Il termine stesso tokamak è stato coniato da IN Golovin, uno studente dell'accademico Kurchatov. È il reattore tokamak che è attualmente in fase di realizzazione nell'ambito del progetto scientifico internazionale ITER.
Mentre i lavori per la creazione del reattore a fusione ITER in Francia procedono piuttosto lentamente, gli ingegneri americani del Massachusetts Institute of Technology hanno avanzato una proposta per un nuovo design per un reattore a fusione compatto. Tali reattori, hanno detto, potrebbero essere messi in esercizio commerciale in soli 10 anni. Allo stesso tempo, l'energia termonucleare, con le sue enormi capacità generate e l'inesauribile combustibile a idrogeno, è rimasta per decenni solo un sogno e una serie di costosi esperimenti ed esperimenti di laboratorio. Nel corso degli anni, i fisici hanno persino scherzato: "L'applicazione pratica della fusione termonucleare inizierà tra 30 anni e questo periodo non cambierà mai". Nonostante ciò, il Massachusetts Institute of Technology ritiene che la svolta tanto attesa nel campo dell'energia avverrà in soli 10 anni.
La fiducia degli ingegneri del MIT si basa sull'uso di nuovi materiali superconduttori per creare un magnete che promette di essere significativamente più piccolo e più potente dei magneti superconduttori disponibili. Secondo il professor Dennis White, direttore del Plasma and Fusion Center del MIT, l'uso di nuovi materiali superconduttori disponibili in commercio a base di terre rare bario rame ossido (REBCO) consentirà agli scienziati di sviluppare magneti compatti e molto potenti. Secondo gli scienziati, ciò consentirà di ottenere una maggiore potenza e densità del campo magnetico, che è particolarmente importante per il confinamento del plasma. Grazie a nuovi materiali superconduttori, il reattore, secondo i ricercatori americani, sarà molto più compatto dei progetti esistenti, in particolare del già citato ITER. Secondo stime preliminari, a parità di potenza di ITER, il nuovo reattore a fusione avrà metà del diametro. A causa di ciò, la sua costruzione diventerà più economica e più facile.
Un'altra caratteristica fondamentale del nuovo progetto di un reattore termonucleare è l'uso di coperte liquide, che dovrebbero sostituire quelle tradizionali allo stato solido, che sono il principale "materiale di consumo" in tutti i moderni tokamak, poiché assorbono il flusso principale di neutroni, convertendo esso in energia termica. È stato riferito che il liquido è molto più facile da sostituire rispetto alle cassette di berillio in casse di rame, che sono piuttosto massicce e pesano circa 5 tonnellate. Sono le cassette di berillio che verranno utilizzate nella progettazione del reattore termonucleare sperimentale internazionale ITER. Brandon Sorbom, uno dei principali ricercatori del MIT, che sta lavorando al progetto, parla dell'elevata efficienza del nuovo reattore nella regione di 3 a 1. Allo stesso tempo, con le sue stesse parole, il design del rettore in futuro può essere ottimizzato, il che, eventualmente, consentirà di raggiungere il rapporto tra l'energia generata e l'energia spesa a livello di 6 a 1.
I materiali superconduttori basati su REBCO forniranno un campo magnetico più forte, che renderà più facile il controllo del plasma: più forte è il campo, minore sarà il volume del nucleo e del plasma utilizzabili. Il risultato sarà che un piccolo reattore a fusione può produrre la stessa quantità di energia di un moderno grande reattore. Allo stesso tempo, sarà più facile costruire un'unità compatta e poi farla funzionare.
Dovrebbe essere chiaro che l'efficienza di un reattore termonucleare dipende direttamente dalla potenza dei magneti superconduttori. I nuovi magneti possono essere utilizzati anche sulla struttura esistente dei tokamak, che hanno un nucleo a forma di ciambella. Inoltre, sono possibili una serie di altre innovazioni. Vale la pena notare che il grande tokamak sperimentale ITER attualmente in costruzione in Francia, vicino a Marsiglia, del valore di circa 40 miliardi di dollari, non ha tenuto conto dei progressi nel campo dei superconduttori, altrimenti questo reattore avrebbe potuto essere la metà delle dimensioni, avrebbe costava ai creatori molto meno e sarebbe stato costruito più velocemente. Tuttavia, esiste la possibilità di installare nuovi magneti sull'ITER e questo sarà in grado di aumentare notevolmente la sua potenza in futuro.
La forza del campo magnetico gioca un ruolo chiave nella fusione termonucleare controllata. Raddoppiare questa forza 16 volte in una volta aumenta la potenza della reazione di fusione. Purtroppo i nuovi superconduttori REBCO non sono in grado di raddoppiare la forza del campo magnetico, ma sono comunque in grado di aumentare di 10 volte la potenza della reazione di fusione, che è anche un ottimo risultato. Secondo il professor Dennis White, un reattore termonucleare, che sarà in grado di fornire energia elettrica a circa 100mila persone, potrà essere costruito entro circa 5 anni. È difficile crederci ora, ma una svolta epocale nel campo dell'energia che può fermare il processo di riscaldamento globale può avvenire in tempi relativamente brevi, praticamente oggi. Allo stesso tempo, il MIT è fiducioso che questa volta 10 anni non siano uno scherzo, ma una vera data per l'apparizione dei primi tokamak operativi.
