Actuellement, la fusion thermonucléaire contrôlée est très souvent prédite pour remplacer les centrales nucléaires classiques et même les combustibles fossiles, cependant, malgré un certain nombre de succès sérieux dans cette direction, aucun prototype fonctionnel de réacteur thermonucléaire n'a encore été démontré. La construction du premier réacteur thermonucléaire international ITER en France (l'UE, la Russie, la Chine, l'Inde et la République de Corée sont impliquées dans le projet) est encore à un stade précoce du projet. Parallèlement, la société américaine Lockheed Martin, ainsi qu'une équipe de chercheurs représentant le Massachusetts Institute of Technology (MIT), travaillent au développement d'un réacteur thermonucléaire efficace. Ce sont les experts du MIT qui ont annoncé en août 2015 le développement d'un nouveau projet de tokamak assez compact.
Tokamak signifie chambre toroïdale à bobines magnétiques. Il s'agit d'un dispositif en forme de tore destiné à contenir du plasma afin de réaliser les conditions nécessaires au flux de la fusion thermonucléaire contrôlée. L'idée même d'un tokamak appartient aux physiciens soviétiques. La proposition d'utilisation de la fusion thermonucléaire contrôlée à des fins industrielles, ainsi qu'un schéma spécifique utilisant l'isolation thermique d'un plasma à haute température par un champ électrique, ont été formulés pour la première fois par le physicien O. A. Lavrentyev dans son ouvrage écrit au milieu des années 1950. Malheureusement, cette œuvre a été « oubliée » jusque dans les années 1970. Le terme même de tokamak a été inventé par IN Golovine, un étudiant de l'académicien Kurchatov. C'est le réacteur tokamak qui est actuellement en cours de réalisation dans le cadre du projet scientifique international ITER.
Alors que les travaux sur la création du réacteur à fusion ITER en France avancent plutôt lentement, des ingénieurs américains du Massachusetts Institute of Technology ont proposé une nouvelle conception pour un réacteur à fusion compact. De tels réacteurs, ont-ils dit, pourraient être mis en service commercial en seulement 10 ans. Dans le même temps, l'énergie thermonucléaire, avec ses énormes capacités générées et son combustible hydrogène inépuisable, n'est restée qu'un rêve et une série d'expériences de laboratoire et d'expériences coûteuses pendant des décennies. Au fil des ans, les physiciens ont même fait une blague: « L'application pratique de la fusion thermonucléaire commencera dans 30 ans, et cette période ne changera jamais. Malgré cela, le Massachusetts Institute of Technology estime que la percée tant attendue dans le domaine de l'énergie se produira dans seulement 10 ans.
La confiance des ingénieurs du MIT repose sur l'utilisation de nouveaux matériaux supraconducteurs pour créer un aimant qui promet d'être nettement plus petit et plus puissant que les aimants supraconducteurs disponibles. Selon le professeur Dennis White, directeur du MIT Plasma and Fusion Center, l'utilisation de nouveaux matériaux supraconducteurs disponibles dans le commerce à base d'oxyde de cuivre baryum de terre rare (REBCO) permettra aux scientifiques de développer des aimants compacts et très puissants. Selon les scientifiques, cela permettra d'atteindre une plus grande puissance et densité du champ magnétique, ce qui est particulièrement important pour le confinement du plasma. Grâce aux nouveaux matériaux supraconducteurs, le réacteur, selon des chercheurs américains, sera beaucoup plus compact que les projets existants, en particulier l'ITER déjà évoqué. D'après des estimations préliminaires, à la même puissance qu'ITER, le nouveau réacteur à fusion aura la moitié du diamètre. De ce fait, sa construction deviendra moins chère et plus facile.
Une autre caractéristique clé du nouveau projet de réacteur thermonucléaire est l'utilisation de couvertures liquides, qui devraient remplacer les couvertures traditionnelles à l'état solide, qui sont le principal « matériau consommable » de tous les tokamaks modernes, puisqu'elles assument le principal flux de neutrons, convertissant en énergie thermique. Il est rapporté que le liquide est beaucoup plus facile à remplacer que les cassettes de béryllium dans les boîtiers en cuivre, qui sont assez massives et pèsent environ 5 tonnes. Ce sont les cassettes de béryllium qui seront utilisées dans la conception du réacteur thermonucléaire expérimental international ITER. Brandon Sorbom, l'un des principaux chercheurs du MIT, qui travaille sur le projet, parle du rendement élevé du nouveau réacteur de l'ordre de 3 à 1. En même temps, selon ses propres mots, la conception du recteur à l'avenir peut être optimisé, ce qui, éventuellement, permettra d'atteindre le rapport entre l'énergie générée et l'énergie dépensée au niveau de 6 à 1.
Les matériaux supraconducteurs à base de REBCO fourniront un champ magnétique plus fort, ce qui facilitera le contrôle du plasma: plus le champ est fort, plus le volume du noyau et du plasma pourra être utilisé. Le résultat sera qu'un petit réacteur à fusion peut produire la même quantité d'énergie qu'un grand réacteur moderne. Dans le même temps, il sera plus facile de construire une unité compacte puis de l'exploiter.
Il faut comprendre que le rendement d'un réacteur thermonucléaire dépend directement de la puissance des aimants supraconducteurs. Les nouveaux aimants peuvent également être utilisés sur la structure existante des tokamaks, qui ont un noyau en forme de beignet. De plus, un certain nombre d'autres innovations sont possibles. Il est à noter que le grand tokamak expérimental ITER actuellement en construction en France, près de Marseille, d'une valeur d'environ 40 milliards de dollars, n'a pas pris en compte les progrès dans le domaine des supraconducteurs, sinon ce réacteur aurait pu être deux fois plus petit, aurait coûtait beaucoup moins cher aux créateurs et aurait été construit plus rapidement. Cependant, la possibilité d'installer de nouveaux aimants sur l'ITER existe et cela permettra d'augmenter considérablement sa puissance à l'avenir.
La force du champ magnétique joue un rôle clé dans la fusion thermonucléaire contrôlée. Doubler cette force 16 fois à la fois augmente la puissance de la réaction de fusion. Malheureusement, les nouveaux supraconducteurs REBCO ne sont pas capables de doubler l'intensité du champ magnétique, mais ils sont toujours capables d'augmenter de 10 fois la puissance de la réaction de fusion, ce qui est également un excellent résultat. Selon le professeur Dennis White, un réacteur thermonucléaire, qui pourra fournir de l'énergie électrique à environ 100 000 personnes, peut être construit en 5 ans environ. C'est difficile à croire maintenant, mais une percée historique dans l'énergie qui peut arrêter le processus de réchauffement climatique peut se produire relativement rapidement, pratiquement aujourd'hui. Dans le même temps, le MIT est persuadé que cette fois 10 ans n'est pas une blague, mais une vraie date pour l'apparition des premiers tokamaks opérationnels.
