thumb|505x505px|El Joint European Torus ( JET ) basado en un diseño de tokamak, fue un proyecto europeo conjunto cuyo objetivo principal era allanar el camino hacia la futura generación de energía mediante fusión nuclear. Los reactores de fusión nuclear o reactores de fusión atómica son proyectos experimentales viables, que se hallan en proceso de diseño y realización. Se utilizarán para la generación de energía a partir de la fusión termonuclear de iones confinados mediante una implosión o por campos magnéticos.

En un intento por replicar los procesos de fusión nuclear que se producen en el interior de las estrellas, algunos organismos internacionales planean el estudio y el desarrollo de las diferentes tecnologías, necesarias para llevar a cabo la construcción de centrales termonucleares de fusión donde la demanda lo precise.

Mediante el desarrollo de una hoja de ruta, estas tecnologías han de probar su viabilidad, seguridad y eficiencia.

A partir del primer cuarto de siglo, comenzarán a ponerse en marcha los modelos experimentales más importantes. Será entonces cuando los diferentes reactores, demostraran sus capacidades en un contexto ecológico.

A partir del año 2050, si se supera con éxito el proyecto DEMO; ITER, junto a las demás propuestas internacionales, comenzaran la construcción de centrales de fusión por todo el planeta.

Las reservas necesarias del combustible utilizado, (deuterio y tritio) son prácticamente inagotables. Se estudian combustibles que además de ofrecer una alta generación de energía, ofrezcan los mejores estándares de seguridad y respeto del entorno.

Historia En 1854 Hermann von Helmholtz junto a William Thomson, primer barón Kelvin, describieron el proceso que se conoce como mecanismo de Kelvin-Helmholtz que postulaba que si la materia de una estrella cae hacia su centro, la estrella se contraerá gradualmente, y en contrapartida emitirá radiación durante mucho tiempo.

Hubo que esperar hasta el conocimiento de la física nuclear y en 1920, Arthur Eddington, fue el primero en sugerir que las estrellas obtenían su energía a partir de la fusión nuclear del hidrógeno en helio. En 1928, George Gamow dedujo el llamado "factor de Gamow", una fórmula mecánico-cuántica que da la probabilidad de encontrar a una temperatura determinada dos núcleos suficientemente próximos como para que puedan saltarse la barrera coulombiana. El factor de Gamow fue usado en esa década por el astrónomo inglés Atkinson y el físico austríaco Houtermans y más tarde por el propio Gamow y por Teller para calcular el ritmo con el que las reacciones nucleares se producían a las altas temperaturas existentes en el interior de las estrellas.

En 1939, en un artículo titulado Energy Production in Stars, el físico alemán-estadounidense Hans Bethe, describió el mecanismo de la fusión de núcleos de hidrógeno en el interior del sol, conocido como "el ciclo de Bethe", obteniendo el Premio Nobel de Física en 1967.

Ya en 1950 los físicos soviéticos Ígor Tamm y Andréi Sájarov diseñaron una botella magnética, el tokamak, apropiada para confinar un plasma. Sus posteriores investigaciones sobre armas nucleares apartarían del proyecto a Sájarov. Ese mismo año Lyman Spitzer comenzó a diseñar un reactor Stellarator, en lo que más tarde sería el Laboratorio de Princeton de Física de Plasma.

Los primeros intentos de generar energía a partir de la fusión nuclear se realizaron de forma independiente entre sí y bajo secreto militar. En 1956, Ígor Kurchátov, exjefe del programa de bombas atómicas soviéticas, rompió el secreto con una conferencia en el centro de investigación de Harwell en Inglaterra. En la segunda conferencia nuclear internacional de Ginebra en 1958, se decidió por primera vez dar a conocer los resultados y fortalecer la cooperación internacional, también en vista de las grandes dificultades tecnológicas.

Más tarde supuso un gran avance para la Fusión nuclear, la publicación de un relevante artículo en 1957 por Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, Fowler y Hoyle. Este trabajo posterior al de Hans Bethe, recogió y refinó las investigaciones anteriores en un marco coherente que dio explicación a las diferentes abundancias de los elementos.

En la primavera de 1956, Oleg Lavréntiev fue desmovilizado del ejército y enviado al Instituto de Física y Tecnología de Járkov (KIPT), Járkov, RSS de Ucrania, URSS, y presentó su informe sobre la teoría de las trampas electromagnéticas al director del Instituto, Kyrylo Synélnykov. En 1958, el Instituto de Física y Tecnología de Járkov construyó la primera trampa electromagnética.

Un sorprendente récord de temperatura se estableció en el tokamak soviético T3 en 1968 con 10 millones de grados en 10 milisegundos. Después de que esto se dio a conocer en Occidente y el diseño de tokamak se convirtió en la base de casi todos los experimentos relevantes posteriores.

En Europa el Tratado Euratom se firmó en 1958, en el que seis países se comprometieron inicialmente a trabajar juntos en el campo de la energía nuclear y la investigación nuclear. En 1973, se decidió construir el Joint European Torus (JET) en Culham (Gran Bretaña), que actualmente es el tokamak más grande. En 1983, entró en funcionamiento el reactor. El 9 de noviembre de 1991, se liberó por primera vez en el JET una cantidad significativa de energía procedente de la fusión nuclear controlada. Un plasma de deuterio-tritio proporcionó una producción de 1,8 megavatios durante dos segundos. En 1997, se logró una producción de fusión de 16 megavatios, aunque se requirieron 24 megavatios para el calentamiento del plasma.

Desde el récord de temperatura soviético en 1968, la Universidad de Princeton estadounidense había trabajado intensamente en proyectos de tokamak junto con el concepto de Stellarator. El reactor de prueba de fusión Tokamak (TFTR) en el Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) logró éxitos similares a los del JET europeo competidor. En 1994, se alcanzaron 10,7 megavatios de potencia de fusión y, en 1995, una temperatura de plasma de 510 millones de °C. La operación TFTR, de 1983 a 1997. De 1999 a 2016, se llevó a cabo una investigación sobre el sucesor National Spherical Torus Experiment (NSTX).

Fusión estelar

La fusión de átomos ligeros como el hidrógeno a temperaturas extremadamente altas, que se produce en el interior de las estrellas, en todos los rincones del universo. Este confinamiento gravitatorio, puede considerarse la fuente natural de energía más importante que conocemos.

Toda la masa estelar, al contraerse y fusionarse bajo la presión extrema de confinamiento gravitatorio, hace que el hidrógeno se reconvierta en helio (He). En estas reacciones, aproximadamente 0,5 por ciento de la masa del hidrógeno se convierte en energía, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein E = mc2, que relaciona la masa y la energía. De este modo, las estrellas irradian energía en modalidad de luz y de calor. solo hasta cierto punto

El campo magnético

Este campo consta de sólo dos componentes: uno toroidal y otro poloidal.

Los fundamentos magnéticos del confinamiento plasmático son:

Campo magnético toroidal, generado por las bobinas equidistantes que hay alrededor del toroide.

Campo magnético poloidal, producido por una corriente eléctrica que fluye en el interior del plasma, inducida principalmente por el solenoide central.

Campo magnético helicoidal, resultante de la suma de los campos toroidal y poloidal. Tiene forma de muelle enrollado sobre sí mismo.

Electroimanes, que inducen corriente en el plasma. Todo esto se hace posible gracias a Hendrik Antoon Lorentz, que demuestra como las cargas eléctricas que circulan en el interior de un campo magnético, experimentan una fuerza, llamada de Lorentz. La Ley de Lorentz explica, como una partícula cargada, que se mueve dentro de un campo magnético, expresa una fuerza que será perpendicular al vector del campo y al vector del desplazamiento, con lo que conseguiremos que la partícula circule siempre en el interior de dicho campo.

Confinamiento miniaturadeimagen|198x198px|Fusión deuterio - Tritio, en el interior de un reactor.

Con el fin de conseguir la fusión nuclear y superar la barrera electrostática-térmica funcional, el interior del reactor ha de ser calentado a unos 150 millones de °C (270 millones de °F), hasta que el combustible alcance el estado de plasma alterado. A esta temperatura es más fácil separar los electrones del núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de atracción electrostáticas-nucleares. izquierda|miniaturadeimagen|185x185px|Confinamiento magnético.

Confinando el plasma mediante una trampa magnética, conseguimos que esa energía térmica quede aislada, para que no ceda temperatura y no se fundan las paredes del reactor.

Existen tres clases principales de confinamiento.

Confinamiento gravitatorio. Su creación es natural. Se basa en confinamiento de las partículas por creación del potente campo gravitatorio de las estrellas, fenómeno que actualmente no es posible imitar en la Tierra, por lo cual se investiga la factibilidad de otros campos.

Confinamiento magnético. Se basa en creación de campos magnéticos, con el objetivo de confinar y guiar el gas plasmático ionizado en el interior del reactor. Para conseguir un funcionamiento óptimo es esencial contener el plasma confinado, para que se mantenga unido y circule únicamente por senderos previamente delimitados, sin contacto alguno con las paredes del reactor, a fin de mantener una temperatura y una densidad plasmática óptimas para la fusión. Así se evitan: izquierda|miniaturadeimagen|185x185px|Confinamiento inercial.

1. Contaminaciones del plasma. 2. Deterioro de la vasija. 3. Fugas de radiación. 4. Pérdidas de temperatura.

Confinamiento inercial. Se basa en generación rápida de energía antes que el plasma pueda expandirse. El combustible a baja temperatura se calienta rápidamente desde la superficie, cuyo resultado es un plasma que se comprime hasta alcanzar densidades muy elevadas y temperaturas termonucleares. Esto se logra generando calentamiento del combustible mediante láseres, por lo cual se obtiene presión muy potente, que se aplica sobre un punto concreto del gas ionizado, que lo presiona y genera ignición y fusión del combustible, así como expansión y calor de la reacción nuclear. El momento del confinamiento en sí es el tiempo de inercia entre la presión máxima y la expansión. Confinamiento por pinzamiento. Consiste en comprimir el plasma en movimiento guiado por campos magnéticos opuestos: uno generado por el propio plasma en movimiento y el otro generado externamente. Este confinamiento se basa en la Ley de Lenz, donde el campo electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico por un conductor con la propiedad de variar el flujo magnético, y afirma que las tensiones o voltajes aplicadas a un conductor, generan una F.E.M (fuerza electro motriz) que se opone al paso de la corriente que la produce.

Fusión nuclear

Para entender algo mejor el fenómeno de Fusión nuclear hay que adentrarse en la física atómica y tener en cuenta los Criterios de Lawson, enunciados por John Lawson en 1957. En la base de la física atómica, el átomo se compone de un núcleo central formado por protones, que tienen carga eléctrica positiva, y neutrones, que son eléctricamente neutros. Orbitando alrededor del núcleo se encuentran los electrones, cargados negativamente.

La fuerza nuclear fuerte es la fuerza fundamental que mantiene unido el núcleo, los protones y los neutrones. Debido a su carga negativa, los electrones resultan atraídos hacia el núcleo por fuerzas eléctricas menos potentes que la fuerza nuclear fuerte.

thumb|left|259x259px|Fusión: Deuterio + Tritio = Helio + neutrón + energía.