Sử dụng nguồn năng lượng nhiệt hạch được các nhà bác học rất quan tâm. Thiết bị dựa trên các phản ứng tổng hợp các đồng vị của hydro (tổng hợp D-D và D-T) có nhiều lợi thế: nguồn nhiên liệu dơteri(D) chứa trong nước biển là vô hạn, phản ứng không tạo ra hạt nhân phóng xạ như các phản ứng phân hạch, năng lượng tạo ra cực kì lớn. Song phản ứng của chu trình
carbon và chu trình hydro rất chậm, ta không thể sử dụng chúng trong phòng thí nghiệm được.
2 2 3 1 1 2 2 2 3 1 1 1 1 1 2 3 4 1 1 2 1. 3, 2 2. 4, 0 3. 17, 6 H H He n Mev H H H H Mev H H He n Mev + → + + + → + + + → + +
Nhiệt độ và tốc độ của hai phản ứng đầu như nhau. Ở phản ứng thứ ba chúng lớn hơn 100 lần. Theo lý thuyết, khi không có tác động bên ngoài, nhiệt độ nhỏ nhất để duy trì phản ứng D-D là cỡ 350 triệu độ, còn phản ứng D-T không thấp hơn 60 triệu độ. Mật độ khí plasma của phản ứng liên quan đến áp suất của nó lên thành lò của phản ứng nhiệt hạch.
Ví dụ: Với n=1015 hạt/cm3 áp suất là:
atm nkT
p = =1015.1,38.10−23.108 ≈10 Đối với không khí
1910 10 . 3 ≈ n hạt/cm3
• Vì thế phải sử dụng khí plasma loãng. Vấn đề đặt ra là tạo được nhiệt độ cao và duy trì plasma nung nóng trong một thời gian dài. Với nhiệt độ trên không có một chất nào có thể chịu đựng được để làm thành lò.
• Phương pháp làm cách nhiệt là dùng từ trường tạo bởi một thiết bị gọi là “bẫy từ” trong đó xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng nén. Hiện tượng này có thể quan sát được khi nghiên cứu sự phóng điện nhờ dòng điện có cường độ cao trong ống phóng điện thẳng.
• Dòng điện chạy trong dây dẫn thể khí bị bao quanh bởi các đường sức từ hình tròn tạo bởi chính nó. Tương tác giữa dòng điện và từ trường riêng của nó tạo thành một lực nén cột plasma làm nó tách khỏi thành ống. Lực từ nén đoạn
nhiệt plasma làm nung nóng plasma. Áp lực plasma tăng tương ứng với nhệt độ.