Wzrost zapotrzebowania na energię w świetle ograniczonych zasobów paliw naturalnych na Ziemi oraz rosnącego zanieczyszczenia środowiska naturalnego rodzą potrzebę odnalezienia nowych źródeł czystej energii.
Wzrost zapotrzebowania na energię w świetle ograniczonych zasobów paliw naturalnych na Ziemi oraz rosnącego zanieczyszczenia środowiska naturalnego rodzą potrzebę odnalezienia nowych źródeł czystej energii. Aby uniknąć skutków efektu cieplarnianego należy podjąć akcje zarówno krótko jak i długoterminowe. Fuzja jest jedną z najbardziej obiecujących opcji rozwiązania problemu energii i jej czystości (niewielkich ilości produktów ubocznych i zanieczyszczeń). Jednak z powodu trudności technologicznych i finansowych ta opcja nie jest możliwa do wykorzystania przed drugą połową tego wieku. Jest raczej propozycją długoterminową.
Fuzja termojądrowa polega na łączeniu się jąder atomowych i uwalnianiu wskutek tego procesu energii. Warunkiem jest jednak posiadanie przez jądra atomowe niezbędnej energii kinetycznej pozwalającej na pokonanie wzajemnego odpychania protonów w momencie zderzenia. Reakcja D-T (deuter-tryt) jest najbardziej efektywną reakcją, jaką obecnie można uzyskać w laboratoriach. Ma największy przekrój czynny (prawdopodobieństwo zajścia) i uwalnia dużą porcję energii. Energia konieczna do pokonania odpychania elektronów jest osiągana poprzez podgrzewanie gazu nazywanego paliwem, złożonego z dwóch izotopów wodoru: deuteru i trytu, do bardzo wysokich temperatur, nawet milionów stopni Celsjusza. Paliwo (w takiej temperaturze jest w stanie plazmy) nie może zetknąć się ze ścianami reaktora. Jako rozwiązanie tego problemu stosuje się silne pole magnetyczne (pułapkowanie magnetyczne). Plazma jest utrzymywana w opróżnionym z powietrza pojemniku o kształcie obwarzanka (torusa) zwanego tokamakiem (TOroid KAmiera MAgnit Katuszka - toroidalna komora z magnetyczną cewką), za pomocą pola magnetycznego wytwarzanego przez specjalne elektromagnesy (mogą to być magnesy nadprzewodzące). Neutron, jako cząstka nienaładowana elektrycznie nie oddziałuje z plazmą i swobodnie opuszcza obszar reakcji i jeśli ścianki reaktora są wykonane z litu zachodzi reakcja, która pozwala wykorzystać neutrony do wytworzenia paliwa trytowego. Plazma podczas reakcji jest bardzo gorąca, ale z powodu swojej niewielkiej gęstości i masy ciepło zgromadzone w tokamaku jest nieduże, w tym sensie, że podczas awarii nie jest możliwe stopienie ścian reaktora. Ale nawet, gdy dojdzie do uszkodzenia ścian tokamaka ilość zgromadzonego wewnątrz paliwa trytowego jest tak niewielka, że nie stanowiłaby zagrożenia dla ludności i środowiska naturalnego.
Główne składniki syntezy, czyli deuter oraz lit nie są radioaktywne i mogą być transportowane bez problemu. W porównaniu z elektrownią jądrową reakcje zachodzące w elektrowni termojądrowej są bardziej złożone. Idea jednak jest prosta: jest to jakby elektrownia gazowa spalająca gaz pochodzący z zewnętrznego zbiornika. Aby podtrzymać reakcję należy co parę sekund doprowadzić nową porcję paliwa do "komory spalania". Oznacza to m.in., że tokamak w razie niebezpieczeństwa może być natychmiast wyłączony. Ponadto, podczas reakcji nie są wytwarzane odpady radioaktywne. Dzieje się tak dzięki temu, że produkty rozpadu (neutrony), o czym wspomniano wcześniej, są wykorzystywane do produkcji paliwa (neutrony zderzając się z warstwą litu, którą wyłożone są ściany reaktora, zostają wyłapane przez jądra litu, co powoduje jego rozpad i produkcję trytu). Jednakże poza reakcją z warstwą litu, neutrony docierają również do samych ścian reaktora aktywując materiał z jakiego są zbudowane. Ilościowo efekt ten jest porównywalny z analogicznym zjawiskiem obserwowanym w elektrowniach atomowych. Prowadzone są więc badania nad odpowiednim materiałem do produkcji ścian tokamaka, którego głównymi cechami powinny być: małe prawdopodobieństwo wychwytu neutronów (niski przekrój czynny na reakcję z neutronami prędkimi) oraz trwałość i wytrzymałość.
Obecne urządzenia, jakkolwiek odpowiednio duże by badać własności plazmy w warunkach fuzji, są zbyt małe by mogły być wykorzystane jako wydajny reaktor termojądrowy. Najbardziej znanym urządzeniem tego typu jest JET (Joint European Torus) nieopodal Culham w Wielkiej Brytanii, w którym w 1997 roku na skutek fuzji deuteru i trytu osiągnięto moc 16 MW. Nadal jednak więcej potrzeba było włożyć energii by uzyskać reakcję, niż można było odebrać na skutek syntezy.
