Atualmente, a fusão termonuclear controlada é muitas vezes prevista como um substituto para as usinas nucleares clássicas e até mesmo os combustíveis fósseis. No entanto, apesar de uma série de sucessos sérios nessa direção, nenhum protótipo funcional de um reator termonuclear foi ainda demonstrado. A construção do primeiro reator termonuclear internacional ITER na França (a UE, Rússia, China, Índia e a República da Coreia estão envolvidas no projeto) ainda está em um estágio inicial do projeto. Ao mesmo tempo, a corporação americana Lockheed Martin, bem como uma equipe de pesquisadores que representam o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), estão trabalhando no desenvolvimento de um reator termonuclear eficiente. Foram os especialistas do MIT que anunciaram em agosto de 2015 o desenvolvimento de um novo projeto de um tokamak bastante compacto.
Tokamak significa câmara toroidal com bobinas magnéticas. Este é um dispositivo em forma de toro projetado para conter plasma a fim de atingir as condições necessárias para o fluxo de fusão termonuclear controlada. A própria ideia de um tokamak pertence aos físicos soviéticos. A proposta de utilização da fusão termonuclear controlada para fins industriais, bem como um esquema específico de isolamento térmico de um plasma de alta temperatura por um campo elétrico, foram formuladas pela primeira vez pelo físico O. A. Lavrentyev em sua obra escrita em meados de 1950. Infelizmente, esse trabalho foi "esquecido" até a década de 1970. O próprio termo tokamak foi cunhado por IN Golovin, aluno do Acadêmico Kurchatov. É o reator tokamak que está sendo criado no âmbito do projeto científico internacional ITER.
Enquanto o trabalho de criação do reator de fusão ITER na França avança lentamente, engenheiros americanos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts apresentaram uma proposta para um novo projeto de um reator de fusão compacto. Esses reatores, segundo eles, poderiam ser colocados em operação comercial em apenas 10 anos. Ao mesmo tempo, a energia termonuclear, com sua enorme capacidade gerada e combustível inesgotável de hidrogênio, permaneceu apenas um sonho e uma série de experimentos e experimentos de laboratório caros por décadas. Com o passar dos anos, os físicos chegaram a fazer uma piada: “A aplicação prática da fusão termonuclear começará em 30 anos, e esse período nunca mudará”. Apesar disso, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts acredita que a tão esperada descoberta em energia ocorrerá em apenas 10 anos.
A confiança dos engenheiros do MIT é baseada no uso de novos materiais supercondutores para criar um ímã que promete ser significativamente menor e mais poderoso do que os ímãs supercondutores disponíveis. De acordo com o professor Dennis White, diretor do Centro de Fusão e Plasma do MIT, o uso de novos materiais supercondutores disponíveis comercialmente à base de óxido de cobre de bário de terras raras (REBCO) permitirá que os cientistas desenvolvam ímãs compactos e muito poderosos. Segundo os cientistas, isso permitirá alcançar maior potência e densidade do campo magnético, o que é especialmente importante para o confinamento do plasma. Graças aos novos materiais supercondutores, o reator, segundo pesquisadores americanos, será muito mais compacto do que os projetos existentes, em particular o já citado ITER. Segundo estimativas preliminares, com a mesma potência do ITER, o novo reator de fusão terá metade do diâmetro. Com isso, sua construção ficará mais barata e fácil.
Outra característica fundamental no novo projeto de um reator termonuclear é a utilização de mantas líquidas, que deverão substituir as tradicionais de estado sólido, que são o principal "material consumível" em todos os tokamaks modernos, pois assumem o principal fluxo de nêutrons, convertendo em energia térmica. É relatado que o líquido é muito mais fácil de substituir do que os cassetes de berílio em caixas de cobre, que são bastante grandes e pesam cerca de 5 toneladas. São os cassetes de berílio que serão usados no projeto do reator termonuclear experimental internacional ITER. Brandon Sorbom, um dos principais pesquisadores do MIT, que está trabalhando no projeto, fala da alta eficiência do novo reator na região de 3 para 1. Ao mesmo tempo, em suas próprias palavras, o desenho do reitor no futuro pode ser otimizado, o que, possivelmente, permitirá atingir a relação entre a energia gerada e a energia despendida no patamar de 6 para 1.
Os materiais supercondutores baseados em REBCO fornecerão um campo magnético mais forte, o que torna mais fácil o controle do plasma: quanto mais forte o campo, menor o volume do núcleo e o plasma pode ser usado. O resultado será que um pequeno reator de fusão pode produzir a mesma quantidade de energia que um grande e moderno. Ao mesmo tempo, será mais fácil construir uma unidade compacta e operá-la.
Deve ser entendido que a eficiência de um reator termonuclear depende diretamente da potência dos ímãs supercondutores. Os novos ímãs também podem ser usados na estrutura existente de tokamaks, que têm um núcleo em forma de donut. Além disso, uma série de outras inovações são possíveis. É interessante notar que o grande tokamak experimental ITER atualmente em construção na França, perto de Marselha, no valor de cerca de 40 bilhões de dólares, não levou em consideração o progresso na área de supercondutores, caso contrário este reator poderia ter metade do tamanho, teria custou aos criadores muito mais barato e teria sido construído mais rapidamente. No entanto, existe a possibilidade de instalar novos ímãs no ITER e isso poderá aumentar significativamente a sua potência no futuro.
A força do campo magnético desempenha um papel fundamental na fusão termonuclear controlada. Dobrar essa força 16 vezes ao mesmo tempo aumenta o poder da reação de fusão. Infelizmente, os novos supercondutores REBCO não são capazes de dobrar a força do campo magnético, mas ainda são capazes de aumentar a potência da reação de fusão em 10 vezes, o que também é um excelente resultado. Segundo o professor Dennis White, um reator termonuclear, que terá capacidade para fornecer energia elétrica a cerca de 100 mil pessoas, pode ser construído em cerca de 5 anos. É difícil de acreditar agora, mas um avanço histórico em energia que pode parar o processo de aquecimento global pode acontecer de forma relativamente rápida, praticamente hoje. Ao mesmo tempo, o MIT está confiante de que desta vez 10 anos não é uma piada, mas uma data real para o aparecimento dos primeiros tokamaks operacionais.
