ในปัจจุบัน เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุมมักถูกคาดการณ์ว่าจะมาแทนที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบคลาสสิกและแม้แต่เชื้อเพลิงฟอสซิล อย่างไรก็ตาม แม้จะประสบความสำเร็จอย่างมากในทิศทางนี้ ยังไม่มีการสาธิตต้นแบบการทำงานเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์เพียงเครื่องเดียว การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศเครื่องแรกในฝรั่งเศส (สหภาพยุโรป รัสเซีย จีน อินเดีย และสาธารณรัฐเกาหลีมีส่วนร่วมในโครงการ) ยังอยู่ในระยะเริ่มต้นของโครงการ ในเวลาเดียวกัน บริษัทอเมริกันอย่าง Lockheed Martin และทีมนักวิจัยที่เป็นตัวแทนของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) กำลังทำงานเพื่อพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ เป็นผู้เชี่ยวชาญของ MIT ที่ประกาศในเดือนสิงหาคม 2558 เกี่ยวกับการพัฒนาโครงการใหม่ของ tokamak ที่ค่อนข้างกะทัดรัด
Tokamak ย่อมาจาก Toroidal Chamber ที่มีขดลวดแม่เหล็ก นี่คืออุปกรณ์รูปทรงพรูที่ออกแบบมาเพื่อบรรจุพลาสมาเพื่อให้ได้เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการไหลของเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุม ความคิดของ tokamak เป็นของนักฟิสิกส์โซเวียต ข้อเสนอสำหรับการใช้เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุมเพื่ออุตสาหกรรม เช่นเดียวกับโครงการเฉพาะที่ใช้ฉนวนความร้อนของพลาสมาอุณหภูมิสูงด้วยสนามไฟฟ้า ได้รับการคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ O. A. Lavrentyev ในงานของเขาที่เขียนขึ้นเมื่อกลางปี 1950 น่าเสียดายที่งานนี้ "ถูกลืม" จนถึงปี 1970 คำว่า tokamak นั้นถูกสร้างขึ้นโดย IN Golovin นักศึกษาของ Academician Kurchatov เป็นเครื่องปฏิกรณ์ tokamak ที่กำลังถูกสร้างขึ้นภายใต้กรอบของโครงการทางวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติ ITER
ในขณะที่งานเกี่ยวกับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน ITER ในฝรั่งเศสดำเนินไปค่อนข้างช้า วิศวกรชาวอเมริกันจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้เสนอข้อเสนอสำหรับการออกแบบใหม่สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นขนาดกะทัดรัด พวกเขากล่าวว่าเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ในเวลาเพียง 10 ปี ในเวลาเดียวกัน พลังงานแสนสาหัสที่มีกำลังการผลิตมหาศาลและเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ไม่มีวันหมด ยังคงเป็นเพียงความฝันและการทดลองและการทดลองในห้องปฏิบัติการที่มีราคาแพงเป็นเวลาหลายทศวรรษ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ถึงกับพูดตลกว่า "การประยุกต์ใช้เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันในทางปฏิบัติจะเริ่มขึ้นใน 30 ปี และช่วงเวลานี้จะไม่มีวันเปลี่ยนแปลง" อย่างไรก็ตาม สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์เชื่อว่าความก้าวหน้าด้านพลังงานที่รอคอยมานานจะเกิดขึ้นภายในเวลาเพียง 10 ปี
ความมั่นใจของวิศวกรของ MIT ขึ้นอยู่กับการใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดใหม่เพื่อสร้างแม่เหล็กที่สัญญาว่าจะมีขนาดเล็กลงอย่างมากและมีประสิทธิภาพมากกว่าแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดที่มีอยู่ ศาสตราจารย์เดนนิส ไวท์ ผู้อำนวยการ MIT Plasma and Fusion Center กล่าวว่า การใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่มีจำหน่ายในท้องตลาดโดยอาศัยแร่แบเรียมคอปเปอร์ออกไซด์ (REBCO) ที่หายากจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาแม่เหล็กที่มีขนาดกะทัดรัดและทรงพลังได้ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าสิ่งนี้จะช่วยให้บรรลุพลังและความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่มากขึ้น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกักขังในพลาสมาด้วยวัสดุตัวนำยิ่งยวดใหม่ เครื่องปฏิกรณ์ตามที่นักวิจัยชาวอเมริกันกล่าว จะมีขนาดกะทัดรัดกว่าโครงการที่มีอยู่มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ITER ที่กล่าวถึงแล้ว ตามการประมาณการเบื้องต้น ที่พลังงานเดียวกับ ITER เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันใหม่จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางครึ่งหนึ่ง ด้วยเหตุนี้การก่อสร้างจึงถูกกว่าและง่ายขึ้น
คุณลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งในโครงการใหม่ของเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์คือการใช้ผ้าห่มเหลว ซึ่งควรแทนที่แบบโซลิดสเตตแบบเดิม ซึ่งเป็น "วัสดุสิ้นเปลือง" หลักในโทคามักส์สมัยใหม่ทั้งหมด เนื่องจากพวกมันใช้ฟลักซ์นิวตรอนหลัก แปลง ให้เป็นพลังงานความร้อน มีรายงานว่าของเหลวเปลี่ยนได้ง่ายกว่าตลับเบริลเลียมในกล่องทองแดงซึ่งค่อนข้างใหญ่และหนักประมาณ 5 ตัน เป็นตลับเบริลเลียมที่จะใช้ในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เทอร์โมนิวเคลียร์แบบทดลองระหว่างประเทศ ITER แบรนดอน ซอร์บอม หนึ่งในนักวิจัยชั้นนำของ MIT ที่ทำงานในโครงการพูดถึงประสิทธิภาพสูงของเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ในภูมิภาค 3 ต่อ 1 ในขณะเดียวกันในคำพูดของเขาเองการออกแบบของอธิการบดี ในอนาคตสามารถปรับให้เหมาะสมซึ่งอาจจะช่วยให้บรรลุอัตราส่วนของพลังงานที่สร้างขึ้นต่อพลังงานที่ใช้แล้วที่ระดับ 6 ต่อ 1
วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่มีพื้นฐานมาจาก REBCO จะให้สนามแม่เหล็กที่แรงกว่า ซึ่งทำให้ควบคุมพลาสมาได้ง่ายขึ้น: ยิ่งสนามแข็งแกร่งมากเท่าไร ปริมาตรของแกนกลางและพลาสมาก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ผลที่ได้คือเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันขนาดเล็กสามารถผลิตพลังงานได้ในปริมาณเท่ากันกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ที่ทันสมัย ในขณะเดียวกัน จะสร้างยูนิตขนาดกะทัดรัดและใช้งานได้ง่ายขึ้น
ควรเข้าใจว่าประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับพลังของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดโดยตรง แม่เหล็กใหม่นี้ยังสามารถใช้กับโครงสร้างที่มีอยู่ของโทคามักซึ่งมีแกนรูปโดนัท นอกจากนี้ยังสามารถสร้างสรรค์นวัตกรรมอื่นๆ ได้อีกหลายอย่าง เป็นที่น่าสังเกตว่า ITER tokamak ทดลองขนาดใหญ่ที่กำลังก่อสร้างในฝรั่งเศส ใกล้ Marseille มูลค่าประมาณ 40 พันล้านดอลลาร์ ไม่ได้คำนึงถึงความก้าวหน้าในด้านตัวนำยิ่งยวด มิฉะนั้น เครื่องปฏิกรณ์นี้อาจมีขนาดเพียงครึ่งเดียว ต้นทุนผู้สร้างถูกกว่ามากและน่าจะถูกสร้างขึ้นเร็วกว่า อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ในการติดตั้งแม่เหล็กใหม่บน ITER และสิ่งนี้จะสามารถเพิ่มพลังของมันได้อย่างมากในอนาคต
ความแรงของสนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการหลอมรวมของเทอร์โมนิวเคลียร์ การเพิ่มแรงนี้เป็นสองเท่า 16 ครั้งจะเพิ่มพลังของปฏิกิริยาฟิวชัน น่าเสียดายที่ตัวนำยิ่งยวด REBCO ใหม่นั้นไม่สามารถเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็กเป็นสองเท่าได้ แต่ก็ยังสามารถเพิ่มพลังของปฏิกิริยาฟิวชันได้ถึง 10 เท่า ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมเช่นกัน ศาสตราจารย์เดนนิส ไวท์ กล่าวว่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ ซึ่งสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้คนได้ประมาณ 100,000 คน สามารถสร้างได้ภายในเวลาประมาณ 5 ปี มันยากที่จะเชื่อในตอนนี้ แต่ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านพลังงานที่สามารถหยุดกระบวนการโลกร้อนสามารถเกิดขึ้นได้ค่อนข้างเร็วในทางปฏิบัติในปัจจุบัน ในขณะเดียวกัน MIT ก็มั่นใจว่าครั้งนี้ 10 ปีไม่ใช่เรื่องตลก แต่เป็นการออกเดทที่แท้จริงสำหรับการปรากฏตัวของโทคามักที่ปฏิบัติการครั้งแรก