Η πυρηνική σύντηξη σημαίνει τη συνένωση δύο ελαφριών πυρήνων σε έναν βαρύτερο πυρήνα. Οι αντιδράσεις σύντηξης ή θερμοπυρηνικές αντιδράσεις ελαφριών στοιχείων είναι τυπικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στον Ήλιο και σε άλλα αστέρια. Πράγματι, στον Ήλιο κάθε δευτερόλεπτο 657 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου συντήκονται σε 653 εκατομμύρια τόνους ηλίου. Η διαφορά μάζας 4 εκατομμυρίων τόνων μετατρέπεται σε ακτινοβολία – και έτσι λάμπει ο Ήλιος. Οι ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης δημιουργούν μια κατάσταση έντονα ιονισμένης ύλης που ονομάζεται πλάσμα, η οποία συγκρατείται από βαρυτικές δυνάμεις.

Μια αντίδραση σύντηξης κατά την οποία απελευθερώνεται σχετικά μεγάλη ποσότητα ενέργειας (27,7 MeV) είναι εκείνη στην οποία τέσσερα αντιδρώντα πρωτόνια οδηγούν στο σχηματισμό ενός πυρήνα ηλίου (αλφα σωματίδιο). Επειδή σε αυτή τη διαδικασία συντήκονται ισότοπα υδρογόνου και το υδρογόνο υπάρχει πρακτικά παντού γύρω μας, η ιδέα λήψης ενέργειας από τη σύντηξη υδρογόνου είναι εξαιρετικά ελκυστική: προσφέρει μια φαινομενικά απεριόριστη πηγή ενέργειας για τις μελλοντικές γενιές!

Ωστόσο, οι αντιδράσεις σύντηξης δεν είναι εύκολο να επιτευχθούν στη Γη. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι οι απαιτούμενες θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά υψηλές, γενικά της τάξης των εκατοντάδων εκατομμυρίων Kelvin. Και μόλις δημιουργηθεί το θερμό πλάσμα, το πρόβλημα της διατήρησής του δεν είναι καθόλου τετριμμένο.

Εδώ είναι μια λίστα αντιδράσεων σύντηξης ελαφριών πυρήνων που θα μπορούσαν να εξεταστούν για πρακτικές εφαρμογές:

Για να ξεκινήσει μια αντίδραση σύντηξης, πρέπει να υπερνικηθεί η απώθηση Coulomb μεταξύ των πυρήνων. Επομένως, πρέπει να έχουν υψηλές (από μερικά keV έως αρκετές εκατοντάδες keV) αρχικές κινητικές ενέργειες (θα μιλήσουμε αργότερα για μια άλλη δυνατότητα έναρξης σύντηξης σε χαμηλές θερμοκρασίες, μέσω λεγόμενης σύντηξης καταλυόμενης από μεσόνια). Είναι εύκολο να επιταχύνουμε ελαφριά σωματίδια σε τέτοιες ενέργειες. Ωστόσο, η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία των επιταχυντών υπερβαίνει κατά πολύ την ενέργεια που αποκτάται από τη σύντηξη. Είναι πιο πρακτικό να χρησιμοποιηθεί διαφορετική προσέγγιση: η κινητική ενέργεια των αντιδρώντων μπορεί να είναι αποτέλεσμα της υψηλής θερμοκρασίας ενός αερίου σωματιδίων. Σε θερμοκρασίες δεκάδων ή εκατοντάδων εκατομμυρίων Kelvin, τα ηλεκτρόνια αποσπώνται από τα άτομα, οπότε τα αντιδρώντα υπάρχουν ως θερμό πλάσμα. Γι' αυτό μιλάμε για “θερμοπυρηνικές” αντιδράσεις.

Το κύριο τεχνικό πρόβλημα είναι η δημιουργία των εξαιρετικά υψηλών συνθηκών θερμοκρασίας και πίεσης στο ιονισμένο αέριο: στο πλάσμα και η περιορισμός του για αρκετά μεγάλο χρόνο ώστε να προκαλέσει τη σύντηξη και επομένως την απελευθέρωση ενέργειας. Μόλις επιτευχθεί αυτό και αρκετές αντιδράσεις σύντηξης πραγματοποιούνται, οι συνθήκες θα μπορούσαν να είναι αυτοσυντηρούμενες, δηλαδή η παροχή νέου καυσίμου θα πρέπει να δημιουργεί συνεχή παραγωγή ενέργειας.

Η αναγκαία συνθήκη για την απελευθέρωση ενέργειας από έναν θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα δίνεται από το λεγόμενο κριτήριο Lawson, το οποίο δηλώνει ότι το γινόμενο της πυκνότητας πυρήνων στο πλάσμα και του χρόνου περιορισμού του πλάσματος στην κατάλληλη θερμοκρασία ανάφλεξης πρέπει να υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή κατωφλίου. Για την αντίδραση σύντηξης D-T για παράδειγμα:

n_eτ_E ≥ 1.5 × 10²⁰ s/m³

Η ανάγκη υψηλών θερμοκρασιών συνεπάγεται ότι το πλάσμα δεν μπορεί να βρίσκεται σε επαφή με το υλικό των τοιχωμάτων. Επομένως πρέπει να αναπτυχθούν ειδικές τεχνικές για τον περιορισμό του πλάσματος.

Υπάρχουν τρεις μέθοδοι περιορισμού πλάσματος: βαρυτικός, μαγνητικός και αδρανειακός. Στα αστέρια, ο περιορισμός οφείλεται στο βαρυτικό τους πεδίο που δημιουργεί αρκετά υψηλή πίεση. Αυτό το είδος περιορισμού, ωστόσο, δεν είναι εφαρμόσιμο στη Γη. Αντίθετα, ισχυρά μαγνητικά πεδία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παγιδεύσουν πλάσμα στη μέθοδο μαγνητικού περιορισμού, ή, σε αυτό που ονομάζεται αδρανειακός περιορισμός, σφαιρίδια υδρογόνου συμπιέζονται με ισχυρό laser ή δέσμες σωματιδίων.

Στην περίπτωση μαγνητικού περιορισμού, όπου η πυκνότητα σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από περίπου 10²⁰/m³, ο χρόνος περιορισμού, όπως δίνεται από το κριτήριο Lawson, πρέπει να είναι μεγαλύτερος από 1s. Στην περίπτωση αδρανειακού περιορισμού, για παράδειγμα, η τυπική πυκνότητα πλάσματος είναι ≈ 10³¹/m³, και ο χρόνος περιορισμού πρέπει να είναι της τάξης 10^-11s.

Η πιο πιθανή αντίδραση για πρακτικές εφαρμογές είναι η σύντηξη δευτερίου και τριτίου, D + T → ⁴He + n + 17,58 MeV, αν και εξετάζονται επίσης αντιδράσεις δευτέριο-δευτέριο. Το δευτέριο μπορεί εύκολα να βρεθεί στο νερό (30 γραμμάρια ανά κυβικό μέτρο). Το τρίτιο, ωστόσο, πρέπει να παραχθεί είτε σε πυρηνικό αντιδραστήρα είτε να αναπτυχθεί σε αντιδραστήρα σύντηξης από λίθιο, ένα στοιχείο που υπάρχει στο φλοιό της Γης σε μεγάλες ποσότητες.

Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ένα σχετικά παχύ (περίπου 1 m) κουβέρτα λιθίου, που περιέχει επίσης βηρύλλιο, που περιβάλλει τον πυρήνα του αντιδραστήρα. Το λίθιο θα απορροφήσει νετρόνια που επιβραδύνονται στην κουβέρτα και θα μετατραπεί σε τρίτιο και ήλιο. Η απελευθερούμενη ενέργεια θερμαίνει την κουβέρτα ξεκινώντας έτσι τη συμβατική παραγωγή ενέργειας. Ο ρόλος του βηρυλλίου συνίσταται στη διατήρηση επαρκούς αριθμού νετρονίων στο σύστημα.

Η κίνηση φορτισμένων σωματιδίων στο πλάσμα μπορεί να ελεγχθεί από εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Σε κλειστά συστήματα μαγνητικού περιορισμού, που ονομάζονται αντιδραστήρες Tokamak, θερμαίνεται και περιορίζεται το πλάσμα (π.χ. D-T) σε πυκνότητες έως 10²¹ σωματίδια ανά κυβικό μέτρο. Το μαγνητικό πεδίο είναι σχεδιασμένο να κρατά τα σωματίδια μακριά από τα τοιχώματα του περιβλήματος. Αλλιώς το πλάσμα θα ‘κρύωνε’ αμέσως και οι αντιδράσεις σύντηξης θα σταματούσαν.

Εκτός από την πολύ υψηλή θερμοκρασία, η μαγνητική πίεση για τον περιορισμό πλάσματος είναι επίσης εντυπωσιακή. Για ατμοσφαιρική πυκνότητα σωματιδίων (περίπου 10²⁷ σωματίδια ανά κυβικό μέτρο) και θερμική ενέργεια 10 keV, η μαγνητική πίεση πρέπει να υπερβαίνει 10⁸ hPa. Τα πηνία πεδίου και οι μηχανικοί υποστηρικτές τους δεν μπορούν να αντέξουν τέτοιες πιέσεις! Για να μειωθεί η πίεση, πρέπει να μειωθεί η πυκνότητα σωματιδίων. Για να πληρωθεί το κριτήριο του Lawson, πρέπει να διατηρηθεί το θερμό πλάσμα για μεγαλύτερο χρόνο.

Η πιο αποτελεσματική διαμόρφωση μαγνητικού πεδίου αποδείχθηκε ότι είναι η τοροειδής. Η κάμαρα του αντιδραστήρα έχει σχήμα ντόνατ και αποτελεί μια κλειστή "μαγνητική φιάλη". Στην πραγματικότητα, για να εξασφαλιστεί σταθερότητα πλάσματος, οι γραμμές μαγνητικού πεδίου ακολουθούν ελικοειδή πορεία. Αυτός ο περιορισμός παρέχεται από διατάξεις γνωστές ως tokamaks, stellarators και reverse field pinch (RFP).

Σε ένα tokamak, μια σειρά από πηνία τοποθετούνται γύρω από την τοροειδή κάμαρα. Ο πυρήνας του μετασχηματιστή περνά μέσα από το κέντρο του Tokamak, ενώ το ρεύμα πλάσματος αποτελεί δευτερεύον κύκλωμα. Το κάθετο, λεγόμενο πολοειδές πεδίο επάγεται τόσο εσωτερικά από το ρεύμα που οδηγείται στο πλάσμα, όσο και εξωτερικά από τα πολοειδή πηνία πεδίου που είναι τοποθετημένα γύρω από την περίμετρο του δοχείου.

Αυτό το ρεύμα θερμαίνει επίσης το πλάσμα στην απαιτούμενη υψηλή θερμοκρασία περίπου 10 εκατομμυρίων K. Η ιδέα του tokamak προέρχεται από τους Ρώσους φυσικούς Andrey Sakharov και Igor Tamm. Τα κύρια μειονεκτήματα των tokamak είναι το σχετικά στενό εύρος λειτουργικών παραμέτρων. Το μεγαλύτερο tokamak που έχει κατασκευαστεί μέχρι τώρα ήταν το Joint European Torus (JET).

Σε ένα stellarator, οι συνθήκες πλάσματος ρυθμίζονται από ρεύματα που κυκλοφορούν εκτός του πλάσματος. Οι ελικοειδείς γραμμές πεδίου στα stellarators παράγονται από μια σειρά πηνίων που είναι και τα ίδια ελικοειδή.

Το μεγαλύτερο stellarator, το Large Helical Device (LHD), ξεκίνησε λειτουργία το 1998 στο Εθνικό Ινστιτούτο Έρευνας Σύντηξης της Ιαπωνίας. Επειδή κανένα ρεύμα δεν επάγεται στο πλάσμα στα stellarators, η θέρμανση πρέπει να επιτευχθεί με διαφορετικά μέσα, για παράδειγμα με παροχή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο πλάσμα. Μια τέτοια τεχνική σχεδιάζεται στο Greifswald στη Γερμανία. Αυτές οι συσκευές είναι παρόμοιες με τα tokamaks όσον αφορά τα τοροειδή και πολοειδή πεδία. Τα ρεύματα είναι ωστόσο πολύ ισχυρότερα, και επίσης η κατεύθυνση του τοροειδούς πεδίου μέσα στο πλάσμα αντιστρέφεται στην άκρη του πλάσματος. Αυτό το είδος συστήματος χρησιμοποιείται στην Πάντοβα, Ιταλία, μεταξύ άλλων τόπων.

Η τεχνική αδρανειακής σύντηξης περιορισμού (ICF) βασίζεται σε ένα προετοιμασμένο σφαιρίδιο καυσίμου D-T που θερμαίνεται γρήγορα για να επιτευχθεί η θερμοκρασία και η πίεση που απαιτούνται για να φτάσει σε κατάσταση πλάσματος.

Αυτό επιτυγχάνεται με τη συμπίεση του σφαιριδίου μέσω βομβαρδισμού του με ισχυρούς, καλά εστιασμένους παλμούς φωτός laser. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, η επιφάνεια του σφαιριδίου εξατμίζεται και σχηματίζει την κορώνα πλάσματος. Το πλάσμα διαστέλλεται και δημιουργεί ένα εσωτερικά κινούμενο μέτωπο συμπίεσης που προκαλεί έκρηξη του σφαιριδίου προς τα μέσα, προκαλώντας άμεση αντίδραση σύντηξης.

Το πιο προηγμένο σύστημα σύντηξης με βάση τον αδρανειακό περιορισμό είναι το NOVA στο Lawrence Livermore Laboratory, ΗΠΑ. Ερευνητές στο NOVA έχουν αποδείξει ότι υπό συμπίεση μπορεί κανείς να επιτύχει πυκνότητες 600 φορές αυτής του υγρού μίγματος D-T, και 20 φορές μεγαλύτερες από την πυκνότητα του μολύβδου.

Η Ευρωπαϊκή Κοινότητα ξεκίνησε το πρόγραμμα Joint European Torus - JET το 1978. Ο κύριος στόχος του JET ήταν να κάνει δοκιμές για τη σύντηξη, τη φυσική πλάσματος και τις συνθήκες σταθερότητας. Το Culham στη Μεγάλη Βρετανία επιλέχθηκε ως έδρα του JET.

Η συσκευή, στην πραγματικότητα το μεγαλύτερο tokamak που έχει παραχθεί μέχρι σήμερα, ήταν έτοιμη για λειτουργία το 1983 και η πρώτη ελεγχόμενη ισχύς σύντηξης παράχθηκε τον Νοέμβριο του 1991. Η ισχύς ρεκόρ των 16 MW επιτεύχθηκε για ένα δευτερόλεπτο το 1997 με μικτό καύσιμο δευτέριο-τρίτιο. Το πείραμα JET έδειξε ότι η ελεγχόμενη σύντηξη είναι δυνατή.

Ο διάδοχός του είναι το ITER, ένα διεθνές πρόγραμμα έρευνας και μηχανικής, που κατασκευάζει επί του παρόντος τον μεγαλύτερο στον κόσμο πειραματικό πυρηνικό αντιδραστήρα σύντηξης τύπου tokamak στο Cadarache της Γαλλίας. Το πρόγραμμα ITER στοχεύει να πραγματοποιήσει τη πολυαναμενόμενη μετάβαση από πειραματικές μελέτες φυσικής πλάσματος σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας πλήρους κλίμακας μέσω σύντηξης.

Η National Ignition Facility (NIF), που βρίσκεται στην Καλιφόρνια, ΗΠΑ, είναι η μεγαλύτερη και πιο ενεργητική εγκατάσταση laser στον κόσμο, και ένας από τους στόχους της είναι η επίτευξη πυρηνικής σύντηξης και κέρδους ενέργειας στο εργαστήριο για πρώτη φορά - ουσιαστικά, η δημιουργία ενός μινιατούρα αστεριού στη Γη.

Η NIF χρησιμοποιεί ισχυρά laser για να θερμάνει και να συμπιέσει μια μικρή ποσότητα καυσίμου υδρογόνου στο σημείο όπου πραγματοποιούνται αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης. Η NIF είναι η μεγαλύτερη και πιο ενεργητική συσκευή ICF που έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα, και η πρώτη που αναμένεται να επιτύχει τον από καιρό επιζητούμενο στόχο της "ανάφλεξης", παράγοντας περισσότερη ενέργεια από αυτή που καταναλώθηκε για να ξεκινήσει η αντίδραση. Η αποστολή της είναι να επιτύχει πυρηνική σύντηξη με υψηλό κέρδος ενέργειας στο εργαστήριο, και να υποστηρίξει τη συντήρηση και σχεδίαση πυρηνικών όπλων μελετώντας τη συμπεριφορά της ύλης υπό τις συνθήκες που επικρατούν στα πυρηνικά όπλα.

Οι ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις που δημιουργούνται μέσα στην κάμαρα στόχου NIF επιτρέπουν στους επιστήμονες να διεξάγουν πρωτοφανή πειράματα στην επιστήμη υψηλής ενεργειακής πυκνότητας και να αποκτούν νέες γνώσεις για αστροφυσικά φαινόμενα όπως υπερκαινοφανείς αστέρες, γιγάντιοι πλανήτες και μαύρες τρύπες.

Η σύντηξη είναι κατά κάποιο τρόπο η αντίθετη αντίδραση από την πυρηνική σχάση. Στην τελευταία, από έναν βαρύ πυρήνα δημιουργούνται πυρήνες με μικρότερες μάζες, και το άθροισμα των παραγόμενων μαζών είναι μικρότερο από τη μάζα του βαρέος πυρήνα. Στην περίπτωση σύντηξης η μάζα του βαρύτερου πυρήνα είναι μικρότερη από το άθροισμα των αρχικών μαζών των ελαφρύτερων πυρήνων.

Είναι εύκολο να δούμε ότι για να ξεκινήσει μια τέτοια αντίδραση, οι σχετικές ενέργειες των συγκρουόμενων πυρήνων (θυμηθείτε, είναι θετικά φορτισμένοι!) πρέπει να είναι αρκετά υψηλές για να υπερνικήσουν την ηλεκτρική τους απώθηση. Επομένως, για να σχηματιστούν άτομα ηλίου από, ας πούμε, τη σύντηξη δευτερίου και τριτίου, το καύσιμο πρέπει να διατηρείται υπό εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία και πίεση.

Ένα νετρόνιο παράγεται στην αντίδραση που μόλις περιγράφηκε. Αυτό το νετρόνιο έχει πολύ υψηλή κινητική ενέργεια, η οποία αποδίδεται κατά τη διαδικασία επιβράδυνσης. Αυτή η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα για την παραγωγή ατμού, που με τη σειρά του θα μπορούσε να κινήσει στρόβιλο και να λειτουργήσει ηλεκτρογεννήτρια. Τα νετρόνια που παράγονται σε τέτοιες αντιδράσεις σύντηξης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή πυρηνικού καυσίμου από εξαντλημένο ουράνιο, δηλαδή ουράνιο που περιέχει λιγότερο ²³⁵U από το φυσικό ουράνιο (0,72%).

Περίπου ένα στα 6000 άτομα υδρογόνου γύρω μας (συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου που είναι αποθηκευμένο στο νερό) είναι άτομο δευτερίου. Αυτή η αφθονία είναι ένα ισχυρό κίνητρο για να σχεδιαστεί κάποια μορφή εγκατάστασης αντίδρασης σύντηξης – καθώς αυτό θα έδινε ουσιαστικά στην ανθρωπότητα εφοδιασμό ενέργειας για ίσως δισεκατομμύρια χρόνια!

Για σύγκριση: για να παραχθεί 1 GW-έτος ηλεκτρικής ενέργειας, χρειάζονται περίπου 35 τόνοι UO₂ για σχάση, και περίπου 100 kg δευτερίου συν 150 kg τριτίου για σύντηξη. Μια άλλη πτυχή που κάνει τη σύντηξη ελκυστική είναι η σχεδόν πλήρης απουσία οποιωνδήποτε ραδιενεργών παραπροϊόντων. Ειδικότερα, κανένα υλικό που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή πυρηνικών όπλων δεν θα προκύψει από τη λειτουργία μιας μονάδας παραγωγής ισχύος σύντηξης. Επίσης, σε αντίθεση με τους πυρηνικούς αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν σχάση, μια έκρηξη εγκατάστασης είναι πρακτικά αδύνατη: εάν λαμβανόταν έκρηξη, το πλάσμα θα επεκτεινόταν και θα κρύωνε, κάτι που θα σταματούσε σιωπηρά τη διαδικασία σύντηξης.

Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν κίνδυνοι που συνδέονται με τους αντιδραστήρες σύντηξης. Ειδικότερα, πρέπει να ληφθεί υπόψη η μαζική παραγωγή νετρονίων και ραδιενεργού τριτίου. Η παρουσία λιωμένων αλάτων λιθίου και του καρκινογόνου βηρυλλίου θα παρουσίαζε επίσης πρόβλημα.

Όπως στην περίπτωση των αντιδραστήρων σχάσης, σημαντική ποσότητα ιονίζουσας ακτινοβολίας (ιδιαίτερα νετρόνια) παράγεται στους αντιδραστήρες σύντηξης. Επομένως, αναμένεται ότι ένα από τα κύρια προβλήματα θα είναι η θωράκιση κατά της επαγόμενης ραδιενέργειας σε ολόκληρη την εγκατάσταση. Ο κίνδυνος που σχετίζεται με πιθανό ατύχημα του μαγνητικού συστήματος, που αποθηκεύει εξαιρετικά μεγάλες ποσότητες ενέργειας, πρέπει να εξεταστεί σοβαρά. Το 1992 συγκροτήθηκε μια ομάδα που ονομάζεται Ευρωπαϊκή Εκτίμηση Ασφάλειας και Περιβάλλοντος της Ισχύος Σύντηξης (SEAFP). Σκοπός της ομάδας είναι να εργαστεί για τον σχεδιασμό σταθμών ισχύος σύντηξης, τις συνθήκες ασφαλείας τους και την αξιολόγηση των επιπτώσεών τους στο περιβάλλον. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις της SEAFP, τα κύρια πλεονεκτήματα της σύντηξης έναντι των πυρηνικών σταθμών σχάσης συνίστανται στο ότι σε ένα χειρότερο σενάριο, η απελευθέρωση ακτινοβολίας δεν θα φτάσει ποτέ σε επίπεδο που θα αναγκάσει τους ανθρώπους να εκκενώσουν. Επιπλέον, τα ραδιενεργά απόβλητα υλικά που παράγονται στους σταθμούς ισχύος σύντηξης αποσυντίθενται σχετικά γρήγορα και δεν απαιτούν απομόνωση από το περιβάλλον. Ένα συγκεκριμένο πρόβλημα συνδέεται με την πιθανή απελευθέρωση ραδιενεργού τριτίου στο περιβάλλον. Αυτό το ραδιενεργό αέριο είναι εξαιρετικά διεισδυτικό, διαλύεται εύκολα στο νερό και ενδέχεται να παραμείνει επικίνδυνο για μεγάλο χρονικό διάστημα μετά τη δημιουργία του (ο χρόνος ημιζωής του τριτίου είναι περίπου 12 χρόνια).

Μέχρι σήμερα, όλες οι υποσχέσεις και οι ελπίδες για παραγωγή ενέργειας αποδείχθηκαν πρόωρες - μόλις όχι πολύ καιρό πριν η ενέργεια που παράχθηκε εξισώθηκε με την ενέργεια που δόθηκε στο σύστημα (για πρώτη φορά στο αμερικανικό TFTR και το ιαπωνικό JT60, και στο Joint European Torus - JET). Οι κύριες προκλήσεις είναι: διατήρηση σταθερής διαμόρφωσης πλάσματος, εύρεση υλικών που μπορούν να αντέξουν τις έντονες ροές νετρονίων που παράγονται, εξαγωγή ενέργειας για χρήσιμους σκοπούς και παραγωγή σημαντικά περισσότερης ενέργειας από αυτή που χρησιμοποιείται.

Αυτή τη στιγμή πρωτοπόρος στην προσπάθεια εμπορευματοποίησης της ισχύος σύντηξης είναι το ITER, που χρονολογείται από το 1985. Το έργο απέκτησε νέα ώθηση μετά την ίδρυση της Οργάνωσης ITER το 2007, με Κίνα, ΕΕ, Ινδία, Ιαπωνία, Νότια Κορέα, Ρωσία και ΗΠΑ ως μέλη. Η μηχανή κατασκευάζεται τώρα στο Cadarache της Γαλλίας, στοχεύοντας να επιτύχει 500 MW ισχύος και συντελεστή κέρδους σύντηξης Q=5-10 εντός του χρονοδιαγράμματος 30 ετών του έργου.

Τοποθέτηση των θεμελίων κάτω από το μελλοντικό Κτίριο Tokamak - Cadarache, Φεβρουάριος 2014.

Δυστυχώς, η θερμοπυρηνική ενέργεια (καθώς και άλλες μορφές ενέργειας) έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για στρατιωτικούς σκοπούς στη λεγόμενη βόμβα υδρογόνου.