Magnetisk inneslutningsfusion är ett tillvägagångssätt för kärnfusion som innebär att en plasma (joniserad gas) suspenderas i ett magnetfält och höjer dess temperatur och tryck till höga nivåer. Kärnfusion är en typ av kärnenergi som produceras när lätta atomkärnor – väte, deuterium, tritium eller helium – smälts samman vid höga temperaturer och tryck. Allt solens ljus och värme härrör från kärnfusionsreaktioner som pågår i dess kärna. Det är genom detta som solen överhuvudtaget kan existera – det yttre trycket från fusionsreaktionerna balanserar tendensen till gravitationskollaps.
Även om mänskligheten har utnyttjat fissionsenergi – att bryta isär tunga kärnor – för kärnkraft, undviker framgångsrik fusionskraft oss fortfarande. Hittills förbrukar varje försök att generera fusionskraft mer energi än det producerar. Magnetisk inneslutningsfusion är en av två populära tillvägagångssätt för kärnfusion – den andra är tröghetsinneslutningsfusion, som innebär att man bombarderar en bränslepellet med kraftfulla lasrar. Det finns för närvarande ett projekt på flera miljarder dollar som följer varje väg – National Ignition Facility i USA driver tröghetsinneslutningsfusion, och International Thermonuclear Experimental Reactor, ett internationellt projekt, strävar efter magnetisk inneslutningsfusion.
Experiment i magnetisk inneslutningsfusion började 1951, när Lyman Spitzer, en fysiker och astronom, byggde Stelleratorn, en åttaformad plasmainneslutningsanordning. Ett stort genombrott kom 1968, när ryska forskare presenterade tokamak-designen för allmänheten, en torus som skulle vara designen för de flesta magnetiska inneslutningsfusionsenheter som kommer. 1991 togs ytterligare ett steg framåt med byggandet av START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) i Storbritannien, en sfäromak eller en sfärisk tokamak. Tester visade att den här enheten är ungefär tre gånger bättre än de flesta tokamaks när det gäller att initiera fusionsreaktioner, och spheromaks fortsätter att vara ett pågående forskningsområde inom fusionsforskning.
För att fusionsreaktionerna ska bli effektiva måste mitten av en tokamakreaktor värmas upp till temperaturer runt 100 miljoner Kelvin. Vid så höga temperaturer har partiklarna en enorm kinetisk energi och försöker ständigt fly. En fusionsforskning jämför utmaningen med magnetisk inneslutningsfusion med utmaningen att klämma en ballong – om du trycker hårt på ena sidan, dyker den bara ut på en annan. Vid magnetisk inneslutningsfusion får denna ”popping ut” att partiklar med hög temperatur kolliderar med reaktorväggen och skrapar bort metallbitar i en process som kallas ”sputtering”. Dessa partiklar absorberar energi, sänker den totala temperaturen på den instängda plasman och gör det svårt att uppnå rätt temperatur.
Om fusionskraft kunde bemästras skulle den kunna bli en oöverträffad energikälla för mänskligheten, men inte ens de mest optimistiska forskarna förväntar sig kommersiell kraftproduktion före 2030.