Az atomreaktorok fejlesztése mellett régóta foglalkoztatja a tudósokat a fúziós reaktorok megépítése is. A benne lejátszódó folyamat lényegében ellentétes a létező atomreaktorokban lejátszódó folyamattal. A fúzió a fisszió ellenkezője: nem egy atommag hasadása, hanem két atommag egyesülése.
Az egy nukleonra jutó kötési energia
Az egy nukleonra jutó kötési energia grafikonjából jól látható, hogy nagyobb energia szabadul fel, ha két kis rendszámú magot egyesítünk, mint amikor egy nagy rendszámút hasítunk. A maghasadásoknál tömegegységenként 1 MeV a felszabaduló energia, míg a fúzióknál tömegegységenként 5 MeV. Vagyis egy ilyen reaktort sokkal célszerűbb üzemeltetni, mint egy fissziósat. Ezenkívül legfőbb előnye, hogy a Föld hidrogén-készletei korlátlanok és épp a hidrogénmagok fúziója jár a legnagyobb energiafelszabadulással. Ennek szemtanúi lehetünk, ha megpróbálunk a Napba nézni, ahol ugyanezen reakció játszódik le. Tehát az üzemanyagkészlet kifogyhatatlan, ellenben az eddigi atomreaktorokéval, ugyanis az uránkészletek végesek.
Néhány lehetséges termonukleáris reakció:
Van azonban egy máig megoldatlan probléma: ahogy a címből is kitűnik, a reakció csak azon a hőfokon indul be, amelyen a részecskék akkora energiával rendelkeznek, hogy le tudják küzdeni a köztük fellépő taszítóerőt. Ez pedig pár tízmillió °C hőmérsékletet és több tízmillió Pa nyomást jelent. A termonukleáris-fúziós láncreakció létrejöttének feltételei: Legyen elegendő fúzionáló anyag. Minden anyag legyen plazma-állapotban. A termelt energia mindig legyen több, mint a fúzióban elfogyasztott. Nyilvánvaló, hogy ezt egy közönséges tartályban nem lehet előállítani, hiszen ilyen hőmérsékleten minden anyag elpárolog. Kétféleképpen próbálták idáig megvalósítani ezt a reakciót: mivel ezen a hőfokon az anyag már plazmaállapotban van, amelyben töltött részecskék vannak, ezért mágneses térrel gerjeszthető. Ha gyorsan változó mágneses térbe tesszük a hidrogénmagokat, akkor olyan nagy energiára tesznek szert, hogy a reakció beindul. Így a másodperc töredékéig sikerült már megvalósítani. A másik lehetőség, hogy lézerrel gerjesztik a plazmát, itt is hasonlók az eredmények. A Földön megvalósított hidrogén-fúzió sokkal több energiaráfordítást igényelt, mint amennyi energiát termelt.
A reakció megvalósítása egyedül a hidrogénbombában nevezhető sikeresnek, ahol azonban nem szabályozott keretek közt megy végbe. A beindulásához szükséges hőmérsékletet egy atombomba biztosítja. Az első kísérleti hidrogénbombát 1951 májusában robbantották fel. Megvalósítása elsősorban Teller Ede nevéhez fűződik.
A hidrogénbomba
A csillagok úgy keletkeznek, hogy a csillagközi por gravitációs összehúzódásakor felszabaduló energia biztosítja a H-H fúzióhoz szükséges hőmérsékletet. Napunkban is ez a reakció játszódik le. Egy idő után azonban elfogy a hidrogén, és nincs ami a csillag belső nyomását biztosítsa. Ekkor a csillag újra elkezd összehúzódni, majd a felszabaduló gravitációs energia hatására felfúvódik (vörös óriás lesz), aztán újra összeroskad. Ha a csillag elegendően nagy tömegű, akkor a hidrogén elfogytát követő összehúzódás során az ekkor keletkező hő már a He-magok fúzióját is beindítja. Belőlük Li lesz. Ha a He is elfogy, újabb összehúzódás következik, ekkor jönnek létre a szén oxigén és nitrogén magok. A következő ciklusban pedig a vas-magok. Ezután a csillag felrobbanhat (szupernova robbanás), ekkor pedig a vasnál nehezebb elemek is létrejönnek és szétszóródnak a világűrben. Később újabb csillagok és bolygók építőkövei lehetnek.