V posledních letech stále větší množství lidí, hlavně ekologů, mluví o brzkém vyčerpání přírodních zdrojů a o znečištění naší planety odpadem z dnes využívaných procesů produkujících energii. Nejen, že získávání energie spalováním fosilních paliv je relativně málo účinné, neekologické, ale hlavně zásoby uhlí i ropy se neuvěřitelně rychle zmenšují. Jistým dočasným řešením jsou jaderné štěpné reakce, které jsou už čistší a efektivnější, ale stále to jaksi „není ono“. Hlavní nevýhodou je produkce vysoce radioaktivního odpadu.
Na počátku třetího tisíciletí, kdy se lidstvo rozvíjí mnohokrát rychleji, než tomu dosud bylo, je pomalu načase objevovat nový způsob získávání energie, protože její spotřeba je stále vyšší a za pár desetiletí už nemusí stačit ani nejmodernější atomové elektrárny.
Z dnešního pohledu se nejlepším řešením zdá být uskutečnění řízené termonukleární fúze.
Termonukleární fúze obecně je reakce, kdy se spojují jádra lehkých atomů za vzniku značného množství energie a jádra těžšího. Tyto reakce probíhají běžně ve vesmíru jako zdroje energie hvězd. Energie může být uvolňována několika cestami. Jednou z nich je tzv. uhlíko-vodíkový cyklus, navržený r. 1939 H. Bethem:
6C12 + 1H1 7N13 + γ
7N13 6C13 + e+ + ν
6C13 + 1H1 7N14 + γ
7N14 + 1H1 8O15 + γ
8O15 7N15 + e+ + ν
7N15 + 1H1 6C12 + 2He4
Výsledkem proběhnutí celého cyklu je syntéza jednoho jádra hélia ze čtyř jader vodíku. Množství uhlíku se nemění; uhlík je katalyzátorem. Tento cyklus probíhá stacionárně po milióny let při teplotách desítek miliónů stupňů, a to uvnitř žhavých hvězd. V nitru chladnějších hvězd (Slunce) může probíhat jiný cyklus, tzv. proton-protonový cyklus:
1H1 + 1H1 1D2 + e+ + ν
1D2 + 1H1 2He3 + γ
2He3 + 2He3 2He4 + 21H1
Pro nás zatím nejpravděpodobnější je reakce jader deuteria a tritia za vzniku jádra hélia a jednoho neutronu:
1D2 + 1T3 2He4 + 0n1 + energie
Tato reakce je nejméně náročná na ohřev a udržení plazmatu a je pro nás zatím jediná reálná. Ve vesmíru běžně probíhají i reakce složitější, ovšem za podmínek, které jsou na Zemi zatím neuskutečnitelné.
V podstatě je to jednoduché: stačí jádro deuteria a jádro tritia k sobě přiblížit tak, že přestanou působit odpudivé síly dané jejich souhlasnými náboji a začnou působit jaderné síly přitažlivé. Vznikne energie a odpadem je neškodný prvek – hélium, který se dá dále zpracovávat v jiných odvětvích průmyslu.
Problémem je právě, jak donutit dvě jádra se stejným nábojem, aby se dostatečně přiblížila. Jediným způsobem, jak toho dosáhnout, je, že do sebe jádra velkou rychlostí narazí. To se dá způsobit zvýšením teploty na takovou míru, kdy atomy kmitají tak rychle, že do sebe narazí a vzniklou energií se spustí řetězová reakce slučování jader.
Teploty potřebné pro takové reakce jsou řádově stamilióny stupňů Celsia. Takové teploty jsou jen v nitru hvězd a na Zemi jen při explozích atomových bomb, které tak mohou sloužit (a také slouží) jako roznětka, zapalující termonukleární syntézu v různých typech termonukleárních náloží.
Při uvedených teplotách jsou všechny atomy už dávno úplně ionizovány, vzniká směs „holých“ jader a elektronů – plazma. Aby se plazma nerozptýlilo do prostoru, tomu ve hvězdách zabraňují velmi silná gravitační pole generovaná ohromnými hvězdnými hmotami. Chceme-li plazma uzavřít v pozemských poměrech, musíme pochopitelně hledat jiný způsob. Především je třeba pracovat s velmi řídkým plazmatem (přibližně 1015 jader/cm3), a tak udržet tlak plazmatu při uvažovaných pracovních teplotách v rozumných mezích. Vlastní „stěny“, udržující plazma, nemohou být zhotoveny z žádného dosud známého hmotného materiálu, protože by plazma bylo znečišťováno těžkými příměsemi. Zbývá jediná možnost, jak udržet plazma ve vymezeném prostoru: pomocí vhodně volených elektromagnetických polí. Tato pole mají tedy nahradit „stěny“ nádoby, ve které je plazma uzavřeno. A to je právě ten problém, na jehož řešení se dnes intenzivně pracuje.
