นิวเคลียร์ฟิวชัน

ฟิวชันคืออะไร?

นิวเคลียร์ฟิวชัน เป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดพลังงานในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิ 10-15 ล้านเคลวิน ทำให้ไฮโดรเจนกลายเป็นฮีเลียมจากปฏิกิริยาฟิวชัน และทำให้ดวงอาทิตย์มีพลังงานสูงมากพอ ที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้ได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลทำให้สิ่งมีชีวิตบนโลกดำรงอยู่ได้

มีโครงการวิจัยที่กำลังดำเนินการในเรื่องฟิวชันนี้อยู่หลายแห่งทั่วโลก โดยมีวัตถุประสงค์ที่จะนำพลังงานฟิวชันมาใช้ในการผลิตไฟฟ้า ถ้าประสบความสำเร็จ จะกลายเป็นแหล่งพลังงานใน 30-40 ปีข้างหน้า ซึ่งไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และมีความปลอดภัยมากกว่าพลังงานที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

การควบคุมกระบวนการฟิวชันบนโลก มีความแตกต่างจากปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้นที่ดวงอาทิตย์ โดยการเลือกใช้อะตอมไฮโดรเจน ที่มีน้ำหนักมากกว่าไฮโดรเจนปกติ คือ ดิวทีเรียม (Deuterium D) และตริเตียม (Tritium T) ซึ่งเกิดปฏิกิริยาได้ดีกว่า ไฮโดรเจนโดยทั่วไป มีเพียง 1 โปรตอนและ 1 อิเล็กตรอน เรียกว่า Protium ซึ่งเป็นรูปแบบของไฮโดรเจนปกติ ที่ไม่มีนิวตรอน ขณะที่ Deuterium มี 1 นิวตรอน และ Tritium มี 2 นิวตรอน เมื่อทำให้นิวเคลียสของ Deuterium กับ Tritium หลอมรวมกัน จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แล้วแยกออกจากกัน กลายเป็นนิวตรอนกับนิวเคลียสของฮีเลียม ซึ่งมี 2 โปรตอน กับ 2 นิวตรอน และให้พลังงานส่วนเกินจากปฏิกิริยาออกมา โดยส่วนใหญ่จะเป็นพลังงานจลน์ของนิวตรอนอิสระที่เกิดขึ้น เนื่องจากอนุภาคที่เกิดจากปฏิกิริยามีความเสถียรมากกว่า

ฟิวชันจะเกิดขึ้นได้ เมื่อมีพลังงานหรืออุณหภูมิสูงมากพอ สำหรับสภาวะบนโลก ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านเคลวิน ในสภาวะที่ร้อนจัดขนาดนี้ จะทำให้ส่วนผสมของก๊าซดิวทีเรียม (Deuterium) กับตริเตียม (Tritium) อยู่ในสถานะของพลาสมา (plasma) ซึ่งอิเล็กตรอนของอะตอมของธาตุ แยกออกจากนิวเคลียส ทำให้มีประจุเรียกว่า ไอออน (ion )

พลาสมาเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงมาก ทำให้อิเล็กตรอน หลุดจากนิวเคลียสของอะตอม

การที่จะทำให้ไอออนที่มีประจุบวกหลอมรวมกันได้ ต้องใช้อุณหภูมิหรือพลังงานสูงมากพอที่จะเอาชนะแรงผลักไฟฟ้าได้ ในการควบคุมพลังงานของฟิวชัน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรต้องหาวิธีที่จะควบคุมพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงมากนี้ให้ได้ก่อน ในปัจจุบัน มีการนำพลาสมาที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านี้มาใช้งานอย่างแพร่หลายแล้วในด้านอุตสาหกรรม โดยเฉพาะการผลิตสารกึ่งตัวนำ แต่การควบคุมพลาสมาอุณหภูมิสูงในระดับของฟิวชัน ยังเป็นงานท้าทายความสามารถทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม ในการที่จะทำความร้อนให้พลาสมามีอุณหภูมิสูงเกิน 100 ล้านเคลวิน รวมทั้งการหาวิธีบีบลำพลาสมา ให้มีความหนาแน่นมากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้อย่างต่อเนื่อง

พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ให้ออกมากมากกว่าพลังงานจากปฏิกิริยาเคมีมาก เนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส สูงกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนมาก

สภาวะที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน

การทำให้พลาสมาสามารถเกิดปฏิกิริยาฟิวชันอย่างต่อเนื่องได้ ต้องประกอบด้วย 3 ตัวแปรในเวลาเดียวกัน ได้แก่ อุณหภูมิของพลาสมา ความหนาแน่นของพลาสมา และเวลาที่สามารถกักเก็บพลาสมาเอาไว้ด้วยกัน สิ่งที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิวชันของ ดิวทีเรียม-ตริเตียม (D-T fusion) มีพลังงานที่ให้ออกมามากกว่าพลังงานที่ป้อนเข้าไป เรียกว่า Lawson Criterion ซึ่งเรียกชื่อตาม John Lawson นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ที่คำนวณสมการนี้ออกมา ในปี 1955

การทำให้เกิดผลตาม Lawson criterion ต้องทำให้พลาสมาอยู่ในสภาวะที่สูงกว่า Breakeven ซึ่งเป็นจุดที่ให้พลังงานจากการเกิดฟิวชันออกมา มากกว่าพลังงานที่ใช้ในการทำให้ความร้อนสูงแก่พลาสมา

อุณหภูมิ
ปฏิกิริยาฟิวชันจะเกิดขึ้นในสภาวะที่อุณหภูมิสูงมาก ในการเอาชนะแรงผลักทางไฟฟ้า เพื่อทำให้พลาสมาที่มีประจุบวกหลอมรวมกัน ในการทดลองที่ JET ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านเคลวินในการทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันของ Deuterium-Tritium สำหรับการทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันแบบอื่น เช่น D-D หรือ D-He3 ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงมากกว่านี้

ความหนาแน่น
การทำให้มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิวชันต่อเนื่องได้ ความหนาแน่นของไอออน (จำนวนไอออนต่อลูกบาศก์เมตร) ต้องมากพอ ถ้าไอออนของเชื้อเพลิงเจือจาง โดยมีอะตอมของธาตุอื่นปะปนเข้าไป หรือมีการสะสมของฮีเลียมจากปฏิกิริยามากขึ้น จะทำให้พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันลดลง เมื่อไอออนของเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้จากปฏิกิริยาฟิวชันไปแล้ว ต้องป้อนเชื้อเพลิงใหม่เข้าไป และดึงฮีเลียมที่เกิดขึ้นออกมา

ภาพพลาสมาภายในเครื่องปฏิกรณ์ของ JET ถ่ายภาพผ่านหน้าต่างทำด้วยควอรตซ์

การกักเก็บพลังงาน
เวลาในการกักเก็บพลังงาน (Energy Confinement Time) เป็นตัววัดช่วงเวลาในการรักษาระดับพลังงานของพลาสมาก่อนที่จะสูญเสียพลังงานไป ซึ่งค่านี้แสดงถึงสัดส่วนของพลังงานความร้อนของพลาสมาต่อพลังงานที่ป้อนเข้าไป เพื่อรักษาระดับความร้อนให้คงที่ ในการทดลองที่ JET นักวิทยาศาสตร์ใช้สนามแม่เหล็ก ในการควบคุมและรักษาพลาสมาร้อน ให้อยู่ห่างจากผนังอุโมงค์ที่เย็นกว่า เพื่อรักษาพลังงานให้คงที่อยู่ได้นานมากขึ้น การสูญเสียพลังงานของพลาสมาที่บีบด้วยสนามแม่เหล็ก (magnetically-confined plasma) ส่วนใหญ่เป็นการแผ่รังสี เวลาที่สามารถรักษาพลังงานของลำไอออนได้ (confinement time) จะมีค่าสูงขึ้นแปรตามขนาดของลำพลาสมา โดยลำพลาสมาที่มีปริมตรมากจะรักษาระดับอุณหภูมิได้ดีกว่าลำพลาสมาที่มีขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์ที่มี energy confinement time สูงมาก

การบีบลำพลาสมาด้วยสนามแม่เหล็กของ Tokamak

พลาสมาประกอบด้วยอนุภาคมีประจุ ได้แก่ ไอออนที่มีประจุบวกกับอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ การใช้สนามแม่เหล็กพลังสูง สามารถบีบลำพลาสมาให้อยู่ห่างจากผนังของอุโมงค์ภายในเครื่องปฏิกรณ์ และทำให้สามารถให้ความร้อนแก่พลาสมา จนมีอุณหภูมิได้สูงเกินกว่า 100 ล้านเคลวิน ทำให้พลาสมาไม่มีการสูญเสียจากการนำความร้อนให้แก่ผนัง รวมทั้งทำให้ลดการปนเปื้อนของอนุภาคที่หลุดจากอะตอมของโครงสร้างผนังเข้าไปในลำพลาสมา ซึ่งจะทำให้พลาสมาเย็นลงจากการแผ่รังสี

แรงแม่เหล็กจะทำให้อนุภาคมีประจุของพลาสมา เคลื่อนที่เป็นเกลียว ตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก ระบบการบีบลำอนุภาคด้วยสนามแม่เหล็ก (magnetic confinement systems) ที่ดีที่สุด คือแบบวงแหวน เรียกว่า toroidal มาจาก คำว่า torus และระบบที่ก้าวหน้าที่สุด คือระบบของ Tokamak ปัจจุบัน JET เป็น Tokamak ที่ใหญ่ที่สุดในโลก และในอนาคต ระบบของ ITER จะมีขนาดใหญ่กว่า

มีการทดลองระบบอื่นที่ไม่ใช่ magnetic plasma confinement เช่นกัน เช่น inertial confinement หรือ (laser-induced fusion systems)

อนุภาคมีประจุเคลื่อนที่เป็นเกลียวตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก

The Tokamak

ตำแหน่งวงจรแม่เหล็กของ Tokamak ของ JET

ภายใน Tokamak ซึ่งให้ความร้อนแก่พลาสมาภายในอุโมงค์รูปวงแหวน ใช้สนามแม่เหล็กในการรักษาลำพลาสมาให้อยู่ห่างจากผนัง ส่วนประกอบหลักของระบบกักเก็บแม่เหล็ก (magnetic confinement system) ของ Tokamak ได้แก่
Toroidal field – ทำหน้าที่ผลิตสนามแม่เหล็กให้กับระบบวงแหวน โดยมีขดลวดแม่เหล็กรอบอุโมงค์สุญญากาศ toroidal field ทำหน้าที่เป็นกลไกหลักในการบังคับลำอนุภาคของพลาสมา

Poloidal field – ทำหน้าที่ผลิตสนามแม่เหล็กในทิศทางตั้งฉากกับลำพลาสมา ซึ่งจะผลักพลาสมาให้อยู่ห่างจากผนังอุโมงค์ จึงเป็นอุปกรณ์ในการรักษาเสถียรภาพและรูปร่างของลำพลาสมา poloidal field จะถูกเหนี่ยวนำทั้งจากกระแสที่ป้อนให้พลาสมา (กลไกในการให้ความร้อนแก่พลาสมา) ภายในอุโมงค์ และจากขดลวดที่ติดตั้งอยู่รอบๆ ภายนอกอุโมงค์

กระแสในลำพลาสมาจะถูกเหนี่ยวด้วยหม้อแปลงขนาดใหญ่ การเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดที่พันอยู่รอบแกนเหล็กขนาดใหญ่ของ JET จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสที่สูงมาก (ถึงระดับ 5 ล้านแอมแปร์ใน JET) ในพลาสมา ซึ่งทำหน้าที่เหมือนกับเป็นหม้อแปลงชุดที่สอง

รูปภาคตัดขวางแสดงส่วนประกอบของ tokamak ของ JET

การให้ความร้อนพลาสมา

การทำให้เกิดฟิวชันได้ เงื่อนไขหลักอย่างหนึ่ง คือการทำให้อนุภาคของพลาสมามีพลังงาน หรือความร้อนสูงมาก วิธีการต่อไปนี้เป็นการให้ความร้อนกับพลาสมาที่ใช้ทั่วไป โดยทุกวิธีมีการใช้ที่ JET ด้วยเช่นกัน

วิธีการในการให้ความร้อนพลาสมา

Ohmic Heating and Current Drive
พลาสมาใน JET ถูกเหนี่ยวนำด้วยกระแส 5 ล้านแอมแปร์ (5 MA) โดยปกติจะใช้หม้อแปลง (transformer) หรือขดลวด (solenoid) ซึ่งจะทำหน้าที่ผลักลำพลาสมาให้อยู่ห่างจากผนัง กระแสนี้จะทำให้พลาสมาเกิดความร้อน โดยไปเร่งอิเล็กตรอนและไอออน ในทิศทางเดียวกับวงแหวน ทำให้มีความร้อนเพิ่มขึ้นเป็นเมกกะวัตต์ (MW)Neutral Beam Heating
ลำอนุภาคพลังงานสูง ที่ยังเป็นอะตอมที่เป็นกลางของดิวทีเรียม (deuterium ) และตริเตียม (tritium) จะถูกปล่อยเข้าสู่ลำพลาสมา ซึ่งจะทำให้มีพลังงานสูงขึ้น และกลายเป็นไอออนจากการชนกัน กระบวนผลิตลำอนุภาคที่เป็นกลาง มี 2 ตอน ตอนแรกเป็นการผลิตไอออนพลังงานสูง โดยการเร่งด้วยไฟฟ้าศักย์สูง ประมาณ 140,000โวลต์ เนื่องจากอนุภาคมีประจุ ไม่สามารถผ่านสนามแม่เหล็กที่ใช้บีบลำอนุภาคใน tokamak เข้าไปได้ ตอนที่สองจึงเป็นการทำให้ลำอนุภาคที่ถูกเร่งแล้วเป็นกลาง (เปลี่ยนจากสภาวะไอออนกลับเป็นอะตอมที่เป็นกลาง) ก่อนจะส่งเข้าไปในลำพลาสมา สำหรับที่ JET มีระบบให้ความร้อนแบบนี้ ขนาด 21MW ช่วยเสริม

Radio-Frequency Heating
ขณะที่พลาสมาและอิเล็กตรอนถูกกักเก็บ โดยเคลื่อนที่และหมุนไปรอบเส้นแรงแม่เหล็กของ tokamak คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่พอดีกับการเคลื่อนที่ของไอออนหรืออิเล็กตรอน จะทำให้เกิดการส่งพลังงานคลื่น ให้กับอนุภาคพลาสมา ถ้าการถ่ายเทพลังงานให้กับพลาสมา เกิดขึ้นในตำแหน่งที่ความถี่ของคลื่นวิทยุ สอดคล้องกับการหมุนของไอออนหรืออิเล็กตรอน จะทำให้เกิด wave heating scheme ขึ้นที่ตำแหน่งนั้นในพลาสมา

ในกรณีของ JET มีเสาส่ง (antenna) อยู่ในอุโมงค์สุญญากาศ 8 จุด ทำหน้าที่ปล่อยคลื่นความถี่ 25-55 MHz เข้าไปในแกนกลางของพลาสมา คลื่นที่ปล่อยออกมา จะถูกปรับให้มีความถี่สอดคล้องกับไอออนในพลาสมา และทำให้เกิดความร้อนขึ้น วิธีการนี้ทำให้เกิดความร้อนได้ 20MW

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถใช้ขับกระแสพลาสมา โดยผลักอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน โดย JET ใช้ คลื่นขนาด 10 MW เรียกว่า Lower Hybrid microwaves ซึ่งมีความถี่ 3.7GHz ในการเร่งอิเล็กตรอนพลาสมา ทำให้ได้กระแสพลาสมาขนาด 3MA

Self Heating of Plasma
ไอออนของฮีเลียม หรือเรียกว่าอนุภาคอัลฟา เกิดขึ้นเมื่อดิวทีเรียมและตริเตียมหลอมรวมกันได้นานพอ ในสนามแม่เหล็กที่เป็นกับดักพลาสมา (plasma magnetic trap) ก่อนจะถูกขับออกไปทาง divertor นิวตรอนซึ่งเป็นกลางจะหลุดออกไปได้จากสนามแม่เหล็ก ซึงอาจจะจับมาใช้เป็นต้นกำเนิดพลังงานฟิวชันสำหรับผลิตไฟฟ้า ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันในอนาคต

พลังงานฟิวชันที่ทำให้เกิดความร้อนในไอออนฮีเลียม จะทำให้เชื้อเพลิง D และ T ได้รับความร้อน จากการชนกัน และทำให้ปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่อง เมื่อกลไกในการสร้างความร้อนขึ้นในตัวเอง สามารถรักษาระดับของอุณหภูมิที่ต้องการในการเกิดฟิวชันได้ จะทำให้การเกิดปฏิกิริยาอยู่ในภาวะที่คงที่ได้เอง (self-sustaining) โดยไม่จำเป็นต้องป้อนพลังงานจากภายนอก กระบวนการนี้จึงเป็นเหมือนการจุดชนวน (Ignition) ในตอนเริ่มต้น

การวัดพลาสมา

การวัดคุณสมบัติของพลาสมามีหลายวิธี การวัดคุณสมบัติของพลาสมา เป็นงานที่ท้าทายความสามารถอย่างหนึ่งในงานวิจัยด้านฟิวชัน การทราบคุณสมบัติของพลาสมา เช่น อุณหภูมิ ความหนาแน่น หรือการสูญเสียพลังงานจากการแผ่รังสี มีความสำคัญ ที่ช่วยในการเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของพลาสมา เพื่อใช้ในการออกแบบอุปกรณ์ในอนาคต เนื่องจากพลาสมาอยู่ในอุโมงค์สุญญากาศ และมีคุณสมบัติที่สุดขั้ว มีความหนาแน่นต่ำมาก ขณะที่มีอุณหภูมิสูงมาก วิธีการวัดธรรมดาจึงใช้ไม่ได้ การตรวจสอบคุณสมบัติของพลาสมา จึงเป็นเรื่องที่ต้องใช้นวัตกรรม และมักต้องใช้กระบวนการวัดเพื่อให้ได้ข้อมูลของตัวแปรออกมาเฉพาะแต่ละค่า

เทคนิคการวัด แบ่งออกได้เป็น การวัดแบบ active และการวัดแบบ passive สำหรับการวัดแบบ active จะตรวจสอบพลาสมาโดยใช้ลำเลเซอร์ ไมโครเวฟ หรือเครื่องมือวัด เพื่อดูการตอบสนองของพลาสมา ขณะเดียวกัน ใน inteferometer จะตรวจสอบการช้าลงของคลื่นไมโครเวฟที่ผ่านพลาสมา เมื่อเปรียบเทียบกับการส่งคลื่นผ่านสุญญากาศ ทำให้สามารถแปรผล เพื่อหาค่าความหนาแน่นของพลาสมา ทั้งไอออนและอิเล็กตรอน โดยวัดจากค่าดัชนีหักเหของพลาสมา (refractive index) การตรวจสอบโดยวิธี active นี้ ต้องมั่นใจว่ากลไกในการวัด จะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของพลาสมา

การตรวจสอบพลาสมาโดยวิธี passive จะเป็นการวัดรังสีและอนุภาค ที่ให้ออกมาจากพลาสมา ซึ่งจะนำไปใช้ในการศึกษาลักษณะ หรือพฤติกรรมของพลาสมาแต่ละสถานการณ์ เช่น ในระหว่างที่เกิดปฏิกิริยาฟิวชันของ D-T ใน JET

วิธีการในการตรวจวัดคุณสมบัติของพลาสมา

จะมีการวัดความเข้มของรังสีนิวตรอน ที่ออกมาจากพลาสมา รวมทั้งวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกช่วงความยาวคลื่น ทั้งแสง UV รังสีเอ๊กซ์ ที่หลายๆ จุดในพลาสมา จากรายละเอียดที่ได้ จะนำมาแปรผลเพื่อหาตัวแปรและกระบวนการทั้งหมดที่ทำให้เกิดคลื่น

ฟิวชัน แหล่งพลังงานในอนาคต

จากที่มีการตรวจพบว่า การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล ทำให้สภาพอากาศเปลี่ยนแปลง ขณะที่ความต้องการพลังงานยังคงเพิ่มสูงขึ้นทุกปี ตามจำนวนประชากรโลกที่เพิ่มมากขึ้น และต้องพึ่งพาพลังงานด้วยอัตราที่เพิ่มขึ้น การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ จึงมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น โดยต้องคำนึงถึงการรักษาสภาวะแวดล้อม จากผลของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล

ในยุโรป มีการหารือกันเรื่องการจัดหาแหล่งพลังงานในอนาคต และตีพิมพ์ใน EU green paper เมื่อปี 2000 เรื่อง “การบรรลุยุทธศาสตร์ทางด้านความปลอดภัยในการจัดหาพลังงาน” โดยมีรายงานความก้าวหน้าตึพิมพ์เมื่อปี 2005 โดยแสดงถึงการคาดการณ์ ที่ยุโรปต้องอาศัยการนำเข้าพลังงานจากภายนอก EU จาก 50% ในปัจจุบัน เป็น 70%ในปี 2030 ในรายงานฉบับนี้ ได้คาดการณ์ถึงบทบาทของฟิวชันในระยะยาวว่า “เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันมีแนวโน้มที่ดี ในการเป็นแหล่งพลังงานของอนาคต โดยจะอยู่เหนือแหล่งพลังงานชนิดอื่นในตอนกลางศตวรรษนี้

ปัญหาเรื่องของแหล่งพลังงานในอนาคต กลายเป็นประเด็นหลักอย่างหนึ่งทั้งในระดับชาติ ภูมิภาคยุโรป และระดับนานาชาติ ฟิวชันจึงได้รับการเสนอให้เป็นพลังงานเลือกอย่างหนึ่งสำหรับอนาคต

การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล ทำให้มีการปล่อยก๊าซ CO2 ออกมามากขึ้น อันเป็นสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ

หนทางข้างหน้า
ความสำเร็จของการทดลองที่ JET ในการทำให้พลาสมาสามารถอัดรวมกันและมีเสถียรภาพ ทำให้มีการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันในขั้นต่อไปคือ ITER

ITER เป็นโครงการความร่วมมือของ 7 ประเทศ คือ สหภาพยุโรป (EU) ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ รัสเซีย จีน และอินเดีย เป็นโครงการที่มีความก้าวหน้าและมีขนาดใหญ่กว่า JET โดยสามารถผลิตกำลังของฟิวชันได้ 500 เมกะวัตต์ หรือสูงเป็น 10 เท่า ของความร้อนที่ต้องใช้ในการป้อนให้แก่พลาสมา ในขณะที่ JET มีกำลังของฟิวชันเพียง ~70% ของความร้อนที่ต้องใช้ในการป้อนให้แก่พลาสมาเท่านั้น หลังจากการประชุมหารือกันของฝ่ายการเมืองกันอย่างหนัก เมื่อเดือนมิถุนายน ปี 2005 แล้ว จึงตกลงกันที่จะก่อสร้าง ITER ที่เมือง Cadarache ในประเทศฝรั่งเศส ITER จะใช้เวลา10 ปี ในการก่อสร้าง ดังนั้นการดำเนินงานจึงจะเริ่มได้ในปี 2015

มีการวางแผนในการนำพลังงานฟิวชันไปใช้ในเชิงพาณิชย์ โดยจะมีสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สำหรับสาธิต เพื่อป้อนกระแสไฟฟ้าให้กับระบบไฟฟ้าภายใน 30 ปี ในระหว่างที่ดำเนินการของITER จะมีการทดลองทางวัสดุศาสตร์ เพื่อทดสอบวัสดุที่จะนำไปใช้กับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ควบคู่ไปด้วย ซึ่งประสบการณ์ที่ได้จาก ITER นี้จะนำไปใช้กับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สาธิต ที่คาดว่าจะดำเนินการได้ในอีกประมาณ 30 ปี

ความก้าวหน้าของฟิวชัน
ฟิวชันจะเป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพในอนาคต และจะเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานที่สำคัญของโลก

เชื้อเพลิงสำรองปริมาณมาก
ดิวทีเรียมที่มีอยู่ปริมาณมาก ซึ่งสามารถสกัดออกมาได้จากน้ำทุกแห่ง ถ้ากระแสไฟฟ้าทั้งหมดในโลก ใช้ไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ดิวทีเรียมที่มีอยู่ในน้ำสามารถนำมาใช้ได้เป็นเวลาหลายล้านปี

ต่อไปนิวเคลียร์ฟิวชันจะมีบทบาทของในการผลิตไฟฟ้า

ตริเตียมไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่สามารถผลิตขึ้นมาได้จากธาตุลิเทียม ซึ่งสามารถติดตั้งอุปกรณ์ในการทำให้เกิดตริเตียมจากลิเทียม เมื่อต้องการทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างดิวทีเรียมกับตริเตียม เชื้อเพลิงที่ต้องป้อนเข้าไปจากภายนอก จึงเป็นดิวทีเรียมกับลิเทียม
ลิเทียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดและมีมากที่สุดบนเปลือกโลก ถ้าถ้ากระแสไฟฟ้าทั้งหมดในโลก ใช้ไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน

ปริมาณสำรองของลิเทียมที่มีอยู่สามารถนำมาใช้ได้เป็นเวลาอย่างน้อย 1 พันปี
ปฏิกิริยาฟิวชันให้พลังงานออกมาสูงมาก ดิวทีเรียม 10 กรัม (ซึ่งสกัดได้จากน้ำ 500 ลิตร) รวมกับตริเตียม 15 กรัม (ที่ได้จากลิเทียม 30 กรัม) ทำปฏิกิริยาฟิวชันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จะให้พลังงานได้ตลอดช่วงอายุของเครื่องปฏิกรณ์ หรืออายุเฉลี่ยของคนในประเทศอุตสาหกรรม

ความปลอดภัยในตัวเอง (Inherent safety)
กระบวนการฟิวชันในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอนาคตจะมีความปลอดภัยในตัวเอง ถ้าดิวทีเรียมและตริเตียมในพลาสมาในขณะใดมีปริมาณต่ำลงไปเพียงเล็กน้อย จะมีผลต่อเงื่อนไขในการเกิดปฏิกิริยาฟิวชัน เช่น อุณหภูมิและความหนาแน่นของพลาสมา ทำให้ปฏิกิริยาไม่คงที่ ผลการเปลี่ยนแปลงนี้จะทำให้พลาสมาเย็นลงอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ฟิวชันเกิดขึ้นต่อไปไม่ได้ กระบวนการเกิดปฏิกิริยาฟิวชันของพลาสมา ในลักษณะที่ควบคุมไม่ได้ จึงไม่สามารถเกิดขึ้น

ผลกระทบสิ่งแวดล้อม
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบฟิวชัน ไม่มีก๊าซที่ส่งผลกระทบต่อปรากฏการณ์เรือนกระจก (greenhouse ) เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบฟิชชัน ทำให้ไม่มีผลต่อภาวะโลกร้อน (global warming)

กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชัน ทำให้โครงสร้างของโรงไฟฟ้ามีกัมมันตภาพรังสี จากการที่นิวตรอนพลังงานสูง ที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชัน (fusion neutrons) ทำปฏิกิริยากับผิวหน้าของวัสดุในโรงไฟฟ้า กัมมันตภาพรังสีจะสูงขึ้นและลดลงในเวลาอันสั้น ทำให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ ทำให้สามารถควบคุมให้มีจำนวนของวัสดุที่มีกัมมันตรังสีปริมาณน้อยที่สุดได้ ในช่วงเวลา 50 ปีที่ใช้งาน นอกจากนั้น ปฏิกิริยาฟิวชันแตกต่างจากปฏิกิริยาฟิชชัน ตรงที่ไม่ทำให้เกิดกากกัมมันตรังสี เนื่องจากผลของฟิวชันทำให้เกิดฮีเลียม ซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อยที่ไม่มีอันตราย