A fúziós energiatermelés alapja a könnyű atommagok egyesítése (fuzionálása) nehezebbekké. Részecskegyorsítókban végzett magfizikai kutatásokból jól ismertek a nukleáris energia felszabadulásával járó fúziós magreakciók. (A MeV egységben megadott energiaértékek a reakcióból kilépő magok mozgási energiáját adják meg. Ezen energiaértékek összege a fúziós folyamatban felszabaduló nukleáris energia. 1 MeV=1,6 10-13 Joule.)

\(D + T \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow\:^4He \: (3,5\: MeV) + n \: (14,1\: Mev) \newline
D + D \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow T \: (1,01\: MeV) + p \: (3,02\: MeV)\: (50\%) \newline
\: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow \:^3 He\: (0,82\: MeV) + n\: (2,45\: MeV)\: (50\%) \newline
D + \:^3 He \: \: \: \: \: \rightarrow \:^4 He\: (3,6\: MeV) + p\: (14,7\: MeV) \newline
T + T \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow \:^4 He + 2n + 11,3\: MeV \newline
\:^3 He + \:^3 He \rightarrow \:^4 He + 2p \newline
\:^3 He + T \: \: \: \: \: \: \rightarrow \:^4 He + p + n + 12,1\: MeV\: (51\%) \newline
\: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow \:^4 He\: (4,8\: MeV) + D\: (9,5\: MeV)\: (43\%) \newline
\: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow \:^4 He\: (0,5\: MeV) + n\: (1,9\: MeV) + p\: (11,9\: MeV)\: (6\%) \newline
D + \:^6 Li \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow 2 \cdot \:^4 He + 22,4\: MeV \newline
p + \:^6 Li \: \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow \:^4 He\: (1,7\: MeV) + \:^3 He\: (2,3\: MeV) \newline
\:^3 He + \:^6 Li \: \: \rightarrow 2 \cdot \:^4 He + p + 16,9\: MeV \newline
p + \:^11 B \: \: \: \: \: \: \: \: \rightarrow 3 \cdot \:^4 He + 8,7\: MeV\)

Az atommagok jelölései a kémiai elemek jelölését követik, pld. 6Li a Lítium atommagnak az a változata (izotópja) amelyben 6 összetevő van, 3 proton (p) és 3 neutron (n). A hidrogén izotópjait külön szokás jelölni:

2H = D (deutérium, más néven nehézhidrogén, kb. 1:6000 gyakorisággal fordul elő a természetben)

3H = T (trícium, a természetben nem fordul elő számottevő mennyiségben, mivel 12 év alatt elbomlik)

Földi körülmények között a legkönnyebben megvalósítható fúziós reakció a D + T reakció.

A deutérium-trícium fúziós reakció sematikus ábrája

A Napban zajló fúziós folyamatok

A Nap energiáját fúziós folyamatok biztosítják. Két, egymással párhuzamosan zajló energiatermelő ciklus termeli a Nap fúziós energiáját:

Ezek a reakciók nagyon kis sebességgel zajlanak (van a láncban olyan reakció is, melynek jellemző lefutási ideje százmillió – milliárd éves is lehet), ezért földi energiatermelésre nem alkalmasak.

proton-proton ciklus
CNO ciklus

A fúziós erőmű elvi felépítése

A tervezett fúziós erőmű a fentebb ismertetett D-T reakcióval termel energiát. Mivel trícium nem található a természetben ezért az a reaktor köpenyében a D-T reakcióban keletkező neutronok segítségével állítanák elő lítiumból.

A fúziós reaktor sematikus felépítése
  • Deutérium – az egyik üzemanyag.
  • Lítiumköpeny – a fúziós reakcióból származó neutronok hatására a lítiumból trícium keletkezik. Ez a trícium a másik üzemanyag.
  • Hélium – a fúziós reakció végterméke.
  • Plazma – atomokból és elektronokból álló nagy hőmérsékletű keverék, az anyag negyedik halmazállapota.
  • Hőcserélő – a felszabadított nukleáris energiát hővé alakító eszköz.
  • Gőzfejlesztő – a hőcserélőben keletkezett hőenergiával nagy nyomású gőzt fejlesztő berendezés.
  • Turbina – a nagy nyomású gőz energiáját mechanikai energiává alakító forgógép.
  • Generátor – a vele egy tengelyre kapcsolt gőzturbina mechanikai energiáját alakítja villamos energiává.