Reactoarele de fuziune nucleară au primit multă atenție deoarece acestea oferă avantaje majore față de alte surse de energie. Ele vor folosi surse abundente de combustibil, nu vor avea scurgeri de radiații peste nivelul normal și vor produce deșeuri radioactive mai puține decât reactoarele curente de fisiune nucleară. În momentul de față reactoarele de fuziune sunt în stadii experimentale în laboratoare din întreaga lume.
Un consorțiu din Statele Unite, Rusia, Europa și Japonia și-a propus să construiască un reactor de fuziune numit Reactorul Termonuclear Experimental Internațional (ITER) în Cadarache, Franța, pentru a demonstra posibilitatea de a folosi reacții de fuziune susținute pentru a produce electricitate.
Reactoarele nucleare actuale folosesc fisiunea nucleară pentru a genera energie. În fisiunea nucleară energia se obține prin divizarea unui atom în doi atomi. Într-un reactor nuclear convențional neutroni de mare energie împart atomii de uraniu, rezultând astfel cantități mari de energie, radiații și deșeuri radioactive.
În fuziunea nucleară, energia se obține atunci când doi atomi se unesc pentru a forma unul singur. Într-un reactor de fuziune, atomii de hidrogen se unesc pentru a forma atomi de heliu, neutroni și cantități mari de energie. Este același tip de reacție care pornește bombele de hidrogen și Soarele. Aceasta ar fi o sursă mai curată, mai sigură, mai eficientă și mai abundentă decât fisiunea nucleară.
Există mai multe tipuri de reacții de fuziune. Cele mai multe implică izotopii de hidrogen numiți deuteriu și tritiu. Atunci când atomii de hidrogen fuzionează, nucleele lor sunt forțate să se unească. Cu toate acestea, protonii din fiecare nucleu vor tinde să se respingă reciproc, din moment ce au aceeași sarcină (pozitivă).
Pentru a se realiza fuziunea este nevoie de condiții speciale pentru a se putea depăși această tendință de respingere. Prima condiție o reprezintă temperaturile foarte ridicate. Temperaturile ridicate dau atomilor de hidrogen suficientă energie pentru a putea depăși respingerea dintre protoni. Cea de-a doua condiție necesară este o presiune foarte mare. Presiunea înaltă face ca atomii de hidrogen să se strângă unii în ceilalți.
Cu tehnologia actuală putem realiza doar temperaturile și presiunile necesare pentru a face posibilă fuziunea deuteriu-tritiu. Fuziunea deuteriu-deuteriu presupune temperaturi mai înalte ce ar putea fi posibile în viitor. În cele din urmă, fuziunea deuteriu-deuteriu va fi mai bună pentru că este mai ușor de a extrage deuteriu din apă de mare decât a produce tritiu din litiu. Mai mult decât atât, deuteriul nu este radioactiv iar reacțiile deuteriu-deuteriu vor produce mai multă energie.
Principalele componente ale reactorului Tokamak ITER sunt vasul pentru vacuum (reține plasma și păstrează vidul), injectorul fascicul neutru (injectează fascicule de particule pentru a păstra temperatura plasmei), bobinele pentru câmpul magnetic (magneți ce limitează, dau forma și rețin plasma prin câmpuri magnetice), transformatorii (alimentează cu energie electrică bobinele), echipamentul de răcire a magneților, module din litiu pentru a absorbi căldura și energia puternică, divertorii (pentru a evacua produsele de heliu din urma reacției de fuziune).
Reactorul de fuziune va încălzi un flux de deuteriu și tritiu pe post de combustibil. El va strâge plasma în așa fel încât fuziunea să poată avea loc. Puterea necesară pentru a iniția reacția de fuziune va fi de aproximativ 70 de megawați dar randamentul de putere de pe urma reacției va fi de aproximativ 500 de megawați. Reacția de fuziune va dura de undeva între 300 și 500 de secunde. Eventual se va ajunge și la o reacție de fuziune susținută.
Păturile de litiu din afara camerei de reacție a plasmei vor absorbi neutroni de pe urma reacției de fuziune pentru a produce mai mult tritiu pe post de combustibil. Căldura va fi transferată pentru a produce abur. Aburul va conduce turbinele electrice pentru a produce energie electrică. Aburul se va condensa înapoi în apă pentru a absorbi mai multă căldură de la reactor.
Pentru început reactorul Tokamak ITER va testa fezabilitatea unui reactor de fuziune susținută ca mai apoi să devină centrală electrică pe bază de fuziune.
Principala aplicație a fuziunii este de a produce energie electrică. Fuziunea nucleară are capacitatea de a oferi o sursă sigură de energie curată pentru generațiile viitoare având mai multe avantaje față de reactoarele de fisiune curente.
Sursa de combustibil este abundentă din moment ce deuteriu poate fi extras din apa de mare iar triliu poate fi făcut în litiu înăuntrul reactorului de fuziune, care este disponibil în scoarța terestră. Uraniul necesar pentru fisiune este rar și trebuie extras iar mai apoi îmbogățit pentru a putea fi folosit în reactor.
Cantitățile de combustibil utilizate pentru fuziune sunt foarte mici în comparație cu cele folosite în reactoarele de fisiune. Majoritatea reactoarelor de fuziune produc mai puține radiații. Din moment ce nu are loc combustie nu există nici poluare a aerului.
Reactoarele de fuziune nu vor produce deșeuri nucleare așa cum se întâmplă în cazul fisiunii astfel că eliminarea lor va reprezenta o problemă în minus. În același timp deșeurile nu vor putea fi folosite pentru fabricarea armelor nucleare ca în cazul reactoarelor de fisiune.
