تألیف و ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع: راسخون
منبع: راسخون
بدون شک دستیابی انسان به انرژی هسته‌ای یکی از مهم‌ترین پیش‌رفت‌های فن‌آورانه‌ی بشر است. اما هم‌چنین درک فیزیک نظری این که چرا و چگونه چنین انرژی عظیمی از دل هسته آزاد می‌شود نیز پیش‌رفت بزرگی برای بشریت بوده و خواهد بود. عبارتِ «خواهد بود» بیان‌گر این حقیقت است که درواقع هنوز همه‌ی آن‌چه به واقع درون هسته رخ می‌دهد با تمام جزئیاتش برای ما احصاء نشده است. یکی از طرق آزاد شدن انرژی هسته‌ای همجوشی هسته‌ای است. در حقیقت همجوشی، دومین چشمه‌ی انرژی هسته‌ای است. نخستینِ آن بی‌تردید عبارت است از شکافت یا واکنش معکوس. در توضیح این امر باید بگوییم در همجوشی هسته‌ای هسته.های سبک در هم ادغام شده و هسته‌های سنگین را تولید می‌کنند و در حین این واکنش اقدام به آزاد کردن انرژی می‌نمایند. برای این کار ماده گویا در دیگ‌های مخصوصی تا صدها میلیون درجه گرم می‌شود و در چنین دمایی ماده دچار چنان برخوردهای شدید و زیادی بین هسته‌هایش می‌شود که باعث می‌شود آنها در بردهای جاذبه‌ای کوتاه یک‌دیگر قرار گیرند و به شدت به هم‌دیگر جذب شوند و ضمن ایجاد هسته‌های سنگین‌تر انرژی زیادی را آزاد کنند. این در حالی است که در فرایند شکافت، عکس این عمل اتفاق می‌افتد (و همین، عبارتِ واکنش معکوس را توجیه می‌کند). در شکافت، هسته‌های سنگین بر اثر عوامل بیرونی، یا حتی به طور خود به خودی بر اثر سنگینی خود، به هسته‌های سبک‌تر شکافته می‌شوند و هسته‌های سبکِ به‌وجود آمده به شدت از یک‌دیگر دفع می‌شوند و انرژی بسیار زیادی را آزاد می‌کنند. از دو برهم‌کنش همجوشی و شکافت به نظر می‌رسد همجوشی از اهمیت بیشتری برخوردار است زیرا همین همجوشی هسته‌ای است که منشأ تأمین انرژی ستارگان است. تمام انرژی خورشید، ستاره‌ی منظومه‌ی شمسی ما، بر اثر انجام واکنش‌های همجوشی هسته‌ایِ انجام گرفته در درون آن که در طی آنها اتم‌های سبک‌تر هیدروژن به اتم‌های سنگین‌تر هلیم نبدیل می‌شوند به دست می‌آید. از ویژگی‌های همجوشی، پاک بودن آن است، به این معنا که در طی این واکنش، پس‌ماندهای پرتوزا یا رادیواکتیو که دارای عمری طولانی هستند تولید نمی‌شود. برای انجام واکنش همجوشی تنها نیاز به ایزوتوپی از هیدروژن موجود بر روی زمین به نام دوتریم داریم. آب اقیانوس‌های روی زمین که مولکول‌های آن دربردارنده‌ی اتم هیدروژن و بعضاً دوتریم هستند ذخیره‌ی بزرگی برای سوخت همجوشی هسته‌ای برای میلیون‌ها سال خواهد بود. ویژگی مثبت دیگری که همجوشی در مقایسه با واکنش شکافت هسته‌ای دارد این است که بسیار قابل اعتمادتر و مطمئن‌تر است زیرا می‌دانیم که برای بهره‌برداری از انرژی ناشی از شکافت هسته‌ای به ایجاد جرمی بحرانی در راکتورهای شکافت نیاز است، و این جرم بحرانی همواره هم‌چون بمب بالقوه‌ای تهدیدگر است، در حالی که بهره‌برداری از انرژی آزاد شده از همجوشی هسته‌ای مستلزم وجود جرمی بحرانی در راکتورهای مربوطه نیست.
این هم‌جوشیِ پاک، مطمئن و دارای سوختِ فراوان اما در مقایسه با شکافت دارای این عیب است که به آسانی رخ نمی‌دهد. برای انجام آن، ماده باید میلیون‌ها درجه داغ شود. از همین روست که گاهی به آن همجوشی گرما هسته‌ای گفته می‌شد. همین دشواری کنترل گرمای آن است که این واکنش را بیشتر رام نشدنی جلوه‌گر می‌سازد. علت این سرسختی را در ویژگی‌های اتمی مواد باید جسنجو کرد که در این جا به اختصار به توضیح آنها می‌پردازیم. هسته در مقایسه با ابعاد اتم جای بسیار کوچکی را اشغال کرده است. این مقایسه از مرتبه‌ی جایی است که مثلاً یک دانه گندم در یک زمین فوتبال اشغال می‌کند. اجزای داخل هسته در آرامش قرار ندارند و درگیری‌های آشکاری سبب آشفتگی آنها، یعنی پروتون‌ها و نوترون‌ها، می‌شود. آن‌چه باعث قوام هسته می‌شود وجود دو نیروی بنیادی است. یکی از این دو نیرو، نیروی الکترومغناطیسی است که بین اجسام باردار وجود دارد. بنا بر این بین پروتون‌ها که دارای بار مثبت هستند این نیرو به صورت دافعه وجود دارد و سعی دارد پروتون‌ها را از هم جدا و دور نماید. پس این نیرو گرایش به واپاشی هسته دارد. نیروی دیگر عبارت است از نیرویی که بین همه‌ی ذرات هسته، صرف‌نظر از بار آنها، وجود دارد و از نوع جاذبه‌ای، و البته غیرثقلی، است و بدون آن هسته نمی‌تواند منسجم باقی بماند. شدت این نیرو از همه‌ی انواعِ دیگر نیرو بیشتر است در عوض اما دارای بُرد بسیار کوتاهی است. اگر بخواهیم دقیق‌تر صحبت کنیم باید بگوییم شعاع عمل این نیرو نمی‌تواند از دو فِمتومتر تجاوز کند و نیز درحقیقت شدت آن به صورت نمایی کاهش می‌یابد یعنی با افزایش فاصله، کاهش شدت آن دارای شتاب فوق‌االعاده زیادی است که بسیار بیش از کاهش مربوط به عکس مجذور فاصله برای نیروی الکترومغناطیسی است. به این ترتیب در ورای فاصله‌ای دو فمتومتری از هسته عملاً از این نیروی هسته‌ای خبری نیست در حالی‌که نیروی الکترومغناطیسی هنوز دارای بزرگی قابل اعتنایی است.
این در حالی است که از دیگر سو، در درون هسته این نیروی هسته‌ای است که در مقایسه با نیروی الکترومغناطیسی حاکمیت مطلق دارد. شدت آن، چسبندگی یا هم‌چسبی هسته را تأمین می‌کند. حدود هسته با شعاع عمل این نیرو مشخص می‌شود. نیروی هسته‌ایِ کوتاه‌برد در برد کوتاه بسیا قوی است و این قوت فراوان آن به صورت انرژی پتانسیل در هسته ذخیره می‌شود. این موضوع با توجه به قانون تبدیل جرم و انرژی به یک‌دیگر که توسط اینشتین استنتاج شد به این معنای ظریف است که جرم هسته کمتر از مجموع جرم‌های اجزای تشکیل دهنده‌ی آن است. به عنوان نمونه مجموع جرم‌های شش پروتون و شش نوترون در حدود یک درصد بیش از جرم هسته‌ی اتم کربن دوازده است که دربردارنده‌ی شش پروتون و شش نوترون است. به این درصد، کاستیِ جرم گفته می‌شود و هر چند زیاد به نظر نمی‌رسد اما بسیار زیادتر از کاستی جرم مربوط به انرژی بستگی بین خود اتم‌ها با یک‌دیگر در پیوندهای شیمیایی است، تقریباً هزار برابر آن است. و همین، راز انرژی هنگفت نهفته در دل هسته است. (در نظر آورید که انفجارهای مخرب سلاح‌های متعارف، عمدتاً ناشی از انفجار باروت، تنها به آزاد کردن انرژی پتانسیل شیمیایی مبادرت می‌کنند در حالی که در یک انفجار هسته‌ای انرژی پتانسیل هسته‌ای آزاد می‌شود.) آزاد شدن انرژی پنانسیل هسته‌ای، یا از طریق واکنش همجوشی و یا از طریق واکنش شکافت صورت می‌گیرد. مکانیسم آزاد شدن انرژی در آنها بر مبنای همان تفاوت جرم فوق الذکر و تبدیل آن به انرژی است. به عنوان نمونه می‌دانیم از همجوشی دو هسته اتم کربن دوازده یک هسته اتم منیزیم بیست و چهار به دست می‌آید. اما هم‌چنین می‌دانیم مجموع جرم‌های دو هسته اتم کربن دوازده بیشتر از جرم یک هسته‌ی اتم منیزیوم بیست و چهار است. درحقیقت این تفاوت جرم در هنگام عمل همجوشی به انرژی تبدیل شده و آزاد می‌شود. هم‌چنین می‌دانیم دو هسته اتم هلیم چهار بر اثر همجوشی تبدیل به یک هسته اتم بریلیم هشت می‌شوند، و نیز در فرایندهای همجوشی مشابه، دو هسته اتم اکسیژن شانزده به یک هسته اتم گوگرد سی و دو، و نیز یک هسته اتم هلیم چهار و یک هسته اتم بریلیم هشت در همجوشی به یک هسته اتم کربن دوازده تبدیل می‌شوند در حالی که همواره مجموع جرم‌های شرکت کننده در همجوشی بیش از جرم هسته‌ی تولید شده است که این تفاوت جرم طبق قانون تناسب جرم و انرژی اینشتین در طی فرایند همجوشی به صورت انرژی گرمایی آزاد می‌شود.
می‌توان تصور کرد که فرایند همجوشی هسته‌ای که در بالا توضیح داده شد به صورت زنجیروار ادامه یابد، به این معنی که عناصر سبک در طی فرایند همجوشی به عناصر کمتر سبک تبدیل می‌شوند و سپس این عناصر کمتر سبک با یک‌دیگر همجوشی می‌کنند و به عناصر سنگین تبدیل می‌شوند و باز سپس عناصر سنگین به وجود آمده با یک‌دیگر وارد واکنش همجوشی می‌شوند و عناصر سنگین‌تر را به وجود می‌آورند و این فرایند به شرطی که تعداد کل پروتون‌ها و نوترون‌های حاضر در واکنش ثابت بماند بارها تکرار می‌شود و در هر تکرار مقداری انرژی ناشی از تبدیل ماده به انرژی آزاد می‌شود. البته همواره لازم نیست که اتم‌هایی که همجوشی می‌کنند از یک نوع باشند و این امکان وجود دارد که هسته‌ی جدیداً تولد یافته‌ای در همجوشی با عموهای خود قرار گیرد و هسته‌های جدیدی را همراه با آزاد کردن انرژی به وجود آورد. البته آن‌چه گفته شد از لحاظ نظری امکان وقوع دارد اما در عمل واکنش همجوشی وقتی به این‌گونه به صورت زنجیره‌ای ادامه می‌یابد که تعداد کل پروتون‌ها و نوترون‌های حاضر در واکنش از حد معینی تجاوز نکند. درحقیقت معلوم شده است که همجوشی هسته‌ای در ورای آهن پنجاه و شش دیگر انرژی آزاد نمی‌کند بلکه مصرف کننده‌ی انرژی می‌شود و برای تحقق همجوشی باید از بیرون به واکنش، انرژی تزریق نماییم. در این مرحله اما واکنش شکافت است که انرژی آزاد می‌کند، یعنی با واپاشی اتم سنگین به اتم‌های سبک‌تر، مقداری از جرم تبدیل به انرژی شده و آزاد می‌شود. این فرایندی است که مثلاً به راحتی برای هسته‌ی سنگین اورانیوم دویست و سی و پنج که به همین تعداد هستک یا پروتون و نوترون دارد رخ می‌دهد.
مشخصه‌ی متمایز کننده‌ی واکنش همجوشی هسته‌ای در قیاس با واکنش شکافت این است که لازم است در آن در ابتدا تمهیدی اندیشیده شود که هسته‌های سبک شرکت کننده در واکنش همجوشی نخست، در مقابله با نیروی دافعه‌ی الکتریکی خود، به اندازه‌ی کافی به یک‌دیگر نزدیک شوند و در برد میدان عمل نیروهای هسته‌ای قرار گیرند تا سپس توسط نیروی هسته‌ای کوتاه‌برد اما بسیار قوی بر نیروی دافعه‌ی الکترومغناطیسی غلبه کرده و به یک‌دیگر جذب شوند و انرژی هسته‌ای آزاد کنند. چنین تمهید ابتدایی توسط دمای بسیار زیاد اولیه‌ای که به هسته‌های شرکت کننده در واکنش داده می‌شود تأمین می‌گردد. درواقع یک دمای چند میلیون درجه‌ای به معنای انرژی جنبشی بسیار شدید هسته‌هاست که خود احتمال برخوردهای شاخ به شاخ آنها با یک‌دیگر را بسیار بالا می‌برد. چنین برخوردهایی هسته‌ها را در برد نیرو و ربایش هسته‌ای قرار می‌دهد که متعاقباً هسته‌های جدید تشکیل می‌شوند و انرژی هسته‌ای آزاد می‌شود. چنین دربایستی برای واکنش شکافت وجود ندارد زیرا در این واکنش‌ها اصولاً دافعه‌ی الکترومغناطیسی هسته‌های دختر، خود به پیش‌روی واکنش که در جهت تبدیل هسته‌های سنگین به هسته‌های سبک است کمک می‌کند. سرمایه‌گذاری‌ای که باید در ابتدای واکنش همجوشی به صورت بالا بردن دمای واکنش دهندگان با دادن انرژی ابتدایی صورت دهیم در واکنش‌های گوناگون، متفاوت است و مقدار آن متناسب با حاصل ضرب تعداد پروتون‌های دو هسته‌ی سبک شرکت کننده در واکنش است که قرار است تبدیل به یک هسته‌ی سنگین شوند. به این ترتیب مثلاً این انرژی اولیه‌ی که لازم است برای پیش‌رفت همجوشی به دو هسته از اتم کربن که حاوی شش پروتون است بدهیم سی و شش برابر (یعنی شش ضرب در شش برابر) بیشتر از انرژی لازم اولیه برای پیش‌رفت واکنش همجوشی دو هسته اتم هیدروژن که یک پروتون دارد (و در آن یک ضرب در یک برابر یک می‌شود) است. همین امر خود توجیه کننده‌ی این واقعیت است که چرا عملاً فرایند همجوشی هسته‌ای برای هسته‌هایی که از حد معینی سنگین‌تر باشند با آزاد کردن انرژی هسته‌ای پیش نمی‌رود.
به این ترتیب ملاحظه می‌شود واکنش پر مزیت همجوشی هسته‌ای در آزمایشگاه عملاً تنها برای تبدیل هسته‌های خیلی سبک به هسته‌های سنگین‌تر وقوع یافتنی است. در همین راستا واکنش همجوشی بسیار پراهمیتی وجود دارد که در طی آن دو ایزوتوپ سنگین اتم سبک هیدروژن در طی واکنش تبدیل می‌شوند و به علاوه نوترونی نیز آزاد خواهد شد که نقش بزرگی را در ادامهی فرایندهای زنجیری هسته‌ای به عهده می‌گیرد. این دو ایزوتوپ هیدروژن یکی دوتریم، متشکل از یک پروتون و یک نوترون، و دیگری تریتیم، متشکل از یک پروتون و دو نوترون، است. با کنترل همجوشی هسته‌ایِ این دو در آزمایشگاه، یک هسته‌ی هلیمِ چهار، متشکل از دو پروتون و دو نوترون، و یک نوترون آزاد به وجود می‌آید. برای انجام این واکنش همجوشی بین دوتریم و تریتیم به انرژی اولیه‌ای برابر با چهار هزار الکترون ولت نیاز است. اما نهایتاً انرژی هسته‌ای‌ای که آزاد می‌شود در حدود هفده و شش دهم میلیون الکترون ولت است. مقایسه‌ی این اعداد با یک‌دیگر (فزونی بیش از چهار هزار برابری) به وضوح نشان می‌دهد که آزاد کردن انرژی هسته‌ای از این طریق، به خصوص برای هسته‌های سبک، چقدر پربازده است. (یک الکترون ولت، انرژی‌ای است که الکترونی که تحت اختلاف پتانسیل یک ولت شتابانده شود به دست می‌آورد.) اما چگونه می‌توان چنین انرژی عظیم آزاده شده‌ای را مهار کرده و مورد استفاده قرار داد؟ معمولاً انرژی (آزاد شده) به صورت گرما که همان افزایش انرژی جنبشی ذرات است جلوه‌گر می‌شود. پس بر اثر آزاد شدن این انرژی هسته‌ای، محصولات واکنش که هسته‌های اتم هلیم چهار و نوترون‌های مجرد هستند دچار افزایش در انرژی جنبشی می‌شوند. از آن جا که هسته‌ی هلیم چهار بار سنگین‌تر از نوترون آزاد است علم مکانیک ایجاب می‌کند که بیشترین سهم در حمل انرژی نصیب نوترون آزاد شود. درواقع در حد.د چهارده و یک دهم میلیون الکترون ولت از مقدار مذکور انرژی هسته‌ای آزاد شده (یعنا هفده و شش دهم میلیون الکترون ولت) که در حدود هشتاد درصد انرژی آزاد شده است را نوترون حمل خواهد کرد و بیست درصد بقیه (برابر با سه و نیم میلیون الکترون ولت) توسط هسته‌ی هلیم حمل خواهد شد. در رآکتور هسته‌ای، و در حقیقت بر روی دیواره‌های اتاق واکنش که در آن سوخت هسته‌ای به اصطلاح می‌سوزد، در برابر این نوترون‌های سریع پرده‌های جاذبی قرار داده می‌شود تا آنها را متوقف سازد. این عملِ توقف، مستلزم گرم شدن این پرده‌هاست (که در واقع چیزی شبیه همان گرمای ناشی از اصطکاک است). گرمای آنها به آب داده می‌شود و با تبخیر آب، بخار داغ با فشار بالایی ایجاد می‌شود که از آن به همان شیوه‌های سنتی می‌توان برای به گردش درآوردن توربین مولدهای جریان الکتریکی استفاده کرد و برق تولید نمود.
اما در این جا لازم است یادآوری کنیم که برای شروع این واکنش همجوشی کنترل شده‌ی پر منفعت همان‌طور که قبلاً گفته شد لازم است انرژی اولیه‌ای به مخلوط دوتریم و تریتیوم رسانده شود. این انرژی به صورت گرما، که همان انرژی آشفتگی اتم‌ها و مولکول‌هاست به این مخلوط رسانده می‌شود. پس کافی است مخلوط گرم شود. اما دشواری، میزان دمایی است که این مخلوط برای شروع واکنش نیاز دارد. می‌دانیم مقدار گرمایی که به حجم مشخصی از ماده داده می‌شود به طور متوسط به صورت افزایش انرژی جنبشی بین مولکول‌های ماده تقسیم می‌شود. به این ترتیب اگر مقدار ماده خیلی کم نباشد گرمای زیادی نیاز دارد تا هر مولکول آن به طور متوسط افزایش انرژی جنبشی‌ای برابر با چهار هزار الکترون ولت (که چنان که گفته شد برای شروع واکنش همجوشی لازم است) به دست آورد. نسبتی که بین افزایش دما و افزایش انرژی وجود دارد به گونه‌ای است که لازم است دمای مخلوط در حدود ده میلیون درجه افزایش یابد تا یک انرژی متوسط هزار الکترون ولتی برای هر ذره به دست آید. به بیان دیگر لازم داریم بهایی در حد تأمین یک دمای چهل میلیون درجه‌ای را برای شروع واکنش همجوشی هسته‌ای دوتریم و تریتیم بپردازیم. چنین دمایی قادر خواهد بود انرژی جنبشی اولیه‌ی لازم چهار هزار الکترون ولتی را برای هر ذره تأمین کند، تا آنها بتوانند بر دافعه‌ی الکترومغناطیسی ناشی از بار الکتریکی مثبت پروتون‌ها فائق آمده و ذرات را به اندازه‌ی کافی به هم نزدیک کنند تا در دام نیروی هسته‌ای یک‌دیگر قرار گیرند. در آن حال نیروهای هسته‌ای وارد عمل شده و همجوشی صورت گرفته و انرژی عظیمی آزاد می‌شود. البته انرژی لازم چهار هزار الکترون ولت حداقل انرژی لازم برای شروع واکنش است، اما چنان که در عمل مشاهده می‌شود برای حصول بازدهی خوب بهتر است انرژی اولیه‌ای بیش از این مقدار، و ترجیحاً بنابر پیشنهاد کارشناسان، در حدود ده هزار الکترون ولت باشد که مستلزم ایجاد دمای صد میلیون درجه‌ای است. سؤالی که در این‌جا مطرح می‌شود این است که در چنین دمای بسیار بالایی ماده دارای چه کیفیتی است.
چنان که سنتاً از فیزک می‌دانیم سه حالت مشخص برای ماده تعریف می‌شود که عبارتند از حالات جامد، مایع، و گاز. به بیان دقیق‌تر هر چه دمای ماده‌ای نسبت به صفر مطلق (صفر درجه‌ی کلوین)، که در آن نظراً مولکول‌ها یا ذرات ماده دارای هیچ انرژی جنبشی‌ای نیستند، افزایش یابد انرژی جنبشی متوسط ذرات ماده افزایش می‌یابد زیرا بر حسب تعریف، دمای یک ماده متناسب است با انرژی جنبشی متوسط ذرات ماده. بر حسب نیروهای بین مولکولی ذرات ماده و شرایط فیزیکی دیگر، حالات ماده با افزایش انرژی جنبشی ذرات آن تغییر می‌کند. عموماً چنین است که جاذبه‌ی بین مولکولی ذرات، ماده را به صورت صلب و جامد نگاه می‌دارد مگر این که انرژی جنبشی ذرات آن یا به عبارتی دمای ماده آن قدر افزایش یابد که تا حدودی بر جاذبه‌ی مولکولی بین ذرات غلبه کند و آنها دیگر حالت صُلبی نداشته باشند و روان یا مایع شوند. با افزایش باز هم بیشتر انرژی جنبشی مولکول‌ها یا دمای ماده، ذرات آن‌قدر نیرو می‌گیرند که بتوانند به صورت گاز درآیند. در صورتی که دمای ماده بسیار زیاد شود (عموماً بیشتر از ده هزار درجه)، انرژی جنبشی ذرات آن‌قدر زیاد می‌شود که تحت تأثیر آن برای الکترون امکان ماندن در کنار هسته وجود ندارد و از اتم جدا می‌شود. به عبارت دیگر در چنین دماهایی انرژی به اجزای اتم نیز منتقل می‌شود و لذا اتم‌ها همگی با از دست دادن الکترون یونیده می‌شوند. این حالتِ طبیعی چهارم ماده است که به آن پلاسما گفته می‌شود. این حالت ماده بر روی زمین (جز در آذرخش‌ها یا تخلیه‌های الکتریکی صورت گرفته در گازها) چندان شایع نیست در حالی که تقریباً تنها صورت ممکن ماده در گرماهای ستاره‌ای است.
به خاطر وجود بسیار زیاد جرم در ستارگان، پلاسما در آن‌جا هم‌چسبی یا تجمع خود را تحت تأثیر گرانش عظیم آن‌جا حفظ می‌کند. بر روی زمین وجود چنان ثقل عظیمی برای در خود محدود کردن پلاسمای تولیدی موضوعیت خود را از دست می‌دهد. سؤالی که مطرح می‌شود این است که این پلاسمای ایجاد شده را در کجا نگاه داریم و در چه دیگی محدود سازیم، و اصلاً چه دیگ یا ظرفی تحمل دمای صد میلیون درجه را دارد و پلاسما را سرد نمی‌کند؟
در حال حاضر این معضل بزرگی برای دانشمندان است زیرا هرچند ایجاد دمای صد میلیون درجه‌ای برای پلاسما خود کار بزرگ و مشکلی است اما انجام این کار بزرگ کافی نیست و لازم است پلاسما در این دما فرصت تولید انرژی داشته باشد یا به عبارتی لازم است مدتی به اندازه‌ی کافی طولانی در این دما باقی بماند و در این‌جاست که مشکل، یافتنِ ظرف یا دیگی است که تحمل این آش صد میلیون درجه‌ای را داشته باشد. برای انجام همجوشی باید پلاسما را داغ کنیم و بگذاریم در دمای بالایی که به آن می‌دهیم دم بکشد. در صورتی که پلاسما در این دمای بالا به اندازه‌ی کافی باقی نماند تعداد واکنش‌های همجوشی صورت گرفته کم و ناکافی خواهد بود به گونه‌ای که ممکن است حتی برای جبران همان گرمای داده شده به پلاسما نیز کافی نباشد. بنابراین باید به نحوی پلاسما را از نظر گرمایی عایق‌بندی نماییم تا در تماس با دیواره‌های ظرفی که آن را دربر دارد سرد نشود. پرسش اساسی این است که تا چه مدتی باید دمای اولیه‌ی لازم برای شروع واکنش همجوشی برای پلاسما تأمین شود. این مسأله به ضرب سه پارامتر بستگی دارد: نخست مقدارِ خودِ دمای لازم اولیه برای پلاسماست، دوم چگالی یا تعداد بر حجم هسته‌های دوتریم و تریتیم شرکت کننده در واکنش است، و سوم زمانی است که پلاسما در این شرایط محبوس می‌ماند یا به عبارتی زمانی است که در طول آن درون گرم پلاسما در حالت تماس با خود باقی می‌ماند. بنابر تعریف، حاصل ضرب دو پارامتر اول هم‌ارز فشار است و معمولاً برحسب اَتمسفر بیان می‌شود. بنابر آن‌چه محاسبات نشان می‌دهند برای حصول نقطه‌ی تعادل تراز انرژی، یعنی نقطه‌ای که انرژی آزاد شده‌ی ناشی از انجام واکنش همجوشی هسته‌ای آن‌قدر زیاد شده است که برابر با انرژی گرمایی داده شده به مخلوط دوتریم و تریتیم برای تحریک آنها به شروع واکنش شود، لازم است که حاصل ضرب این سه پارامتر برابر با یک اتمسفر-ثانیه شود. در این حال گفته می‌شود که شکست تحقق یافته است. اما رسیدن به این نقطه‌ی تعادل یا به اصطلاح تحقق شکست، تنها گام اول است و لازم است به یاد داشته باشیم که هدف مورد نظر کسب سود از انجام واکنش همجوشی است و این وقتی حاصل می‌شود که مسلماً انرژی به دست آمده از واکنش همجوشی هسته‌ای (خیلی) بیش از انرژی داده شده به آن برای شروع واکنش باشد. به این منظور لازم است نخست از نقطه‌ی تعادل به سمت نقطه‌ی شعله‌وری عزیمت کنیم. در نقطه‌ی شعله‌وری واکنش‌های همجوشی هسته‌ای خودنگهدار می‌شوند، به این معنا که انرژی به دست آمده ناشی از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای آن‌قدر زیاد هست که دیگر نیازی نیست ما از خارج برای تداوم عمل واکنش به مخلوط انرژی تزریق کنیم. در این حال می‌توان گفت که عملاً انرژی‌ای که هسته‌های هلیم تازه به وجود آمده می‌گیرند به دیگر هسته‌های دوتریم و تریتیوم باقی مانده برای تحریک آنها به انجام واکنش داده می‌شود و انرژی بیشتری که توسط نوترون‌های آزاد حمل می‌شود به آب منتقل شده و در رآکتور از آن برای تولید برق استفاده می‌شود. پس نقطه‌ی شعله‌وری نقطه‌ی کاری مهمی در رآکتورهای همجوشی است. محاسبات نشان می‌دهد که برای تحقق شعله‌وری، لازم است حاصل ضرب سه پارامتر فوق‌الذکر به هشت اتمسفر-ثانیه برسد. در این حال گویا مکانیسم سوخت ستاره‌ای بازسازی می‌شود و سوخت و ساز پلاسما که به تدریج با دوتریم و تریتیم تغذیه می‌شود می‌تواند به طور خودپایدار تا ساعت‌ها ادامه پیدا کند. پس حصول دو مرحله‌ی شکست و شعله‌وری در انجام واکنش کنترل شده‌ی همجوشی هسته‌ای از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
امروز در رابطه با رسیدن به این مراحل ما در کجا قرار داریم و تحقیقات ما به چه نتایجی رسیده‌اند؟ و نیز چه تعداد از دیگ جوش‌های فوق‌اذکر را توانسته‌ایم بسازیم و مورد استفاده قرار دهیم؟ در این راه مشکلات فن‌آوری کدام بوده و هستند؟ آیا قادر به فائق آمدن بر همه‌ی آنها شده‌ایم؟ و چرا به همان گستردگی که از انرژی آزاد شده‌ی ناشی از واکنش هسته‌ای شکافت، علیرغم مضرات جانبی آن استفاده می‌کنیم، هنوز نتوانسته‌ایم انرژی هسته‌ای پاکیزه‌ی ناشی از واکنش همجوشی هسته‌ای را مورد استفاده قرار دهیم؟ این‌ها پرسش‌هایی است که سعی می‌نماییم تا جایی که ممکن است در این‌جا به آن.ها پاسخ دهیم. اما قبل از آن لازم است به یک نظریه، که تقریباً تا حدودی غیرمتعارف است اما ارزش توجه به آن را دارد، در زمینه‌ی ماهیت انرژی هسته‌ای از هر دو نوع مذکور توجه کنیم.
این نظریه بیان می‌دارد که درواقع واکنش همجوشی هسته‌ای از همان نوع واکنش شکافت هسته‌ای است که در شرایط زوری و سخت‌تری عملی می‌شود. در توضیح این مطلب لازم است نخست به توضیح فرایند واکنش شکافت هسته‌ای آن‌گونه که توسط این نظریه تبیین می‌شود بپردازیم. بر اساس این نظریه هستک‌ها در هسته‌ی یک اتم به گونه‌ای در هم گیر افتاده‌اند. درواقع آن‌چه در بالا درمورد نیروهای بسیار قوی اما بسیار کوتاه‌برد هسته‌ای توضیح دادیم در این نظریه با نوعی حالت گیر افتادگی مکانیکی یا قفل شدگی مکانیکی هسته‌ها در هم‌دیگر جایگزین می‌شود. گویا هستک‌های کاملاً صُلب و سخت دارای شکل‌های احتمالاً قلاب‌گونی هستند که می‌توانند در هم‌دیگر قلاب شوند و سختیِ آنها آن‌قدر هست که می‌توانند درحالی که در یک‌دیگر قلاب شده‌اند نیروی دافعه‌ی الکترستاتیکی بین خود را تحمل کنند و نشکنند. در این حال روشن است که انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی عظیمی در آنها ذخیره می‌شود. به نظر می‌رسد مکانیسم قلاب شدگی بین هستک‌ها برای تشکیل هسته علیرغم نیروی دافعه‌ی عظیم بین آنها و این که تحت تأثیر چه عواملی نخستین بار در طبیعت چنین اتفاقی افتاد در این نظریه به همان اندازه کم توضیح داده شده است که در نظریه‌ی متداول نیروی هسته‌ای کوتاه‌برد در مورد آن کم توضیح داده شده است زیرا در این نظریه‌ی اخیر نیز هنوز دقیقاً روشن نیست چرا هستک‌ها اول بار علیرغم نیروی دافعه‌ی عظیم بین خود با هم ترکیب شده و هسته‌ها را به وجود آورده‌اند. به هر حال علت هر چه باشد نظریه‌ی مورد بحث قائل به این است که فرایند قلاب شدگی باعث حبس انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی عظیمی در هسته‌ها شده است. در بسیاری از هسته‌ها این حالت قلاب شدگی نسبتاً پایدار است و در شرایط متعارف قلاب‌ها باز نمی‌شوند. اما قابل تصور است که با افزایش تعداد هستک‌های دارای بار الکتریکی مثبت نیروی دافعه‌ای که یک هستک قلاب شده از طرف دیگر هستک‌های مثبت احساس می‌کند افزایش می‌یابد و این به زبان ساده یعنی این‌که هر چه هسته سنگین‌تر شود نیروی دافعه یا نیروی متمایل به واپاشاندن که هر هستک احساس می‌کند افزایش می‌یابد و این احتمال واپاشی هسته به هسته‌های عناصر سبک‌تر را افزایش می‌دهد. به زبان دیگر تحت این نیروی دافعه‌ی افزایش یافته این احتمال افزایش می‌یابد که قلاب‌ها تحت تأثیر جنبش‌هایی که به هر حال مثلاً صورت گرمایی یا برخوردی دارند باز شوند. با باز شدن قلاب‌ها، ناگهان انرژی پتانسیل عظیم الکتروستاتیکی ذخیره شده آزاد شده و به صورت افزایش انرژی جنبشی هستک‌های آزاد شده ابقا می‌شود. از نظر این تئوری، این انرژی عظیم آزاد شده همان انرژی هسته‌ای است. فرایندی که گفته شد مربوط به واکنش شکافت است که در طی آن عناصر سنگین به عناصر سبک وامی‌پاشند و انرژی عظیمی آزاد می‌شود. این تئوری برای این هسته‌های سنگین که چنان که گفته شد به دلیل افزایش نیروی دافعه در آنها مستعد واپاشی (خود به خودی) هستند قائل به ضرورت انرژی اولیه‌ی زیادی برای شروع واکنش نیست و اعتقاد دارد در بسیاری موارد همان حرکت‌های گرمایی معمول برای باز کردن قفل‌های قلاب‌های متلاطم کفایت می‌کند. اما برای هسته‌های سبک‌تری مثل هلیم که در آن هستک‌های آن نیروی دافعه‌ی عظیم گفته شده (ناشی از تعدد فراوان دیگر هستک‌ها) را تحمل نمی‌کنند تمایل به باز شدن (خود به خودی) قلاب‌ها به شدت کاهش می‌یابد و بنابراین برای بازکردن قفل‌ها یا قلاب‌ها نیاز به انرژی راه‌انداز بسیار زیادتری است و همین امر نیاز به انرژی راه‌انداز فراوان اولیه در واکنش‌های همجوشی هسته‌ای را توجیه می‌کند. پس از این منظر، دو واکنش شکافت و همجوشی از یک ماهیت یا کیفیت، منتهی با کمیت‌های مختلف هستند.
نقطه‌ی اصلی درگیری این تئوری با نظریات رایج فیزیک هسته‌ای درواقع موضوع واکنش دهندگان و محصولات واکنش در فرایندهای شکافت و همجوشی است. چنان‌که در توضیح این نظریه دیده می‌شود این نظریه مستلزم این است که حتی در فرایند موسوم به واکنش هسته‌ای همجوشی، این هسته‌ی سنگین‌تر هستند که به هسته‌های سبک‌تر وامی‌پاشند نه برعکس (آن‌چنان که فیزیک هسته‌ای متداول آن‌چنان که در این مقاله نیز تشریح شد بدان قائل است). در توضیح این امر، این نظریه بیان می‌دارد که فرایندهای آزمایشی هسته‌ای آن‌چنان توأم با پیچیدگی و مملو از انرژی هستند که عملاً کنترل دقیق کمی واکنش دهندگان و محصولات واکنش در این‌گونه آزمایش‌ها، حداقل به آن راحتی که در واکنش‌های شیمیایی معمولی ممکن است، ممکن نیست و این به ویژه در فرایند واکنش هسته‌ای موسوم به همجوشی که در طی آن انرژی عظیمِ معمولاً کمتر قابل مهاری آزاد می‌شود صادق است. آن‌چه که اتفاق می‌افتدتنها این است که ما بیشتر در آن دیگ جوشان واکنش هسته‌ای ناظر بر وجود هسته‌هایی از انواع مختلف هستیم و می‌دانیم تبدیلی یا تبدیل‌هایی صورت گرفته و انرژی‌های فراوانی آزاد شده است اما شرایط، اجازه‌ی کنترل کمی هسته‌های مختلف قبل و بعد از واکنش را نمی‌دهد. به بیان ساده‌تر، ما شاهد حضور همیشگی (قبل و بعد از واکنش) هلیم و هیدروژن در دیگ جوشان خورشید (یا حتی در رآکتوری هسته‌ای بر روی زمین) هستیم بدون این‌که امکان کنترل کمی آنها را داشته باشیم. پس در چنین شرایطی این که این هسته‌های هیدروژن بوده‌اند که تبدیل به هسته‌های هلیم شده‌اند یا این هسته‌های هلیم بوده‌اند که تبدیل به هسته‌های هیدروژن شده‌اند را عمدتاً روال نظری تئوری و نه یک گزارش کمی آزمایشگاهی تعیین می‌کند، روالی که بر حسب نظریات رایج فیزیک هسته‌ای دوتریم و تریتیم را به واکنش همجوشی برای تولید هلیم و نوترون آزاد وامی‌دارد و بنابر این نظریه‌ی غیر متعارف، قلاب‌های هستک‌های هلیم را با دادن انرژی راه‌انداز می‌گشاید تا هسته‌های هیدروژن به وجود آیند. این نظریه، انرژی هسته‌ای آزاد شده را محرکی برای ادامهی زنجیره‌ای واپاشی‌های بیشتر هلیم می‌داند (یعنی انرژی‌های آزاد شده، انرژی‌های اولیه‌ی راه‌انداز دیگر واکنش‌ها را تأمین می‌کنند و این وضعیت به طور زنجیره‌ای گسترش می‌یابد). و به این ترتیب دیگر نیازی به فرض وجود نوترون آزاد برای ادامهی زنجیره‌ای واکنش نیست. به هر حال هرچند نکات برانگیزنده و آموزشی فراوانی در مطالعه‌ی این نظریه‌ی جدید در مقایسه با نظریات متدوال با همه‌ی نقاط ضعف و قوت آنها وجود دارد تکمیل و تصحیح آن نیاز به انجام کنترل شده‌ی آزمایش‌های هسته‌ای چندی دارد که امید است با پیش‌رفت‌های فن‌آوری امروز امکان انجام آنها فراهم شود. این نظریه هم‌چنین مستلزم نکته‌ی علمی ظریف (اما البته اثبات نشده‌ی) دیگری نیز هست که ذکر آن در این‌جا آموزنده است. هم‌چنان که نظریه‌ی تقریباً اثبات شده‌ی بیگ بنگ اِشعار می‌دارد، کیهان قبل از انفجاری که باعث واپاشی و پخش و گسترش آن که هنوز هم ادامه دارد (و گرایش به سمتِ قرمزِ طیف دریافتی تابش اجرام سماوی، دور حکایت از آن دارد) گردید به صورت بسته و منقبض و بسیار چگال وجود داشته است. بنا بر این نظریه، هستک‌ها و پروتون‌های مجزا نیز در این حال به هم فشرده شده و علیرغم نیروی دافعه‌ی قوی موجود بین آنها در تجمع‌های گوناگون در هم گیر افتادند یا قفل شدند و به این ترتیب هسته‌های عناصر مختلف به وجود آمدند. پس از آن انفجارِ بزرگ اولیه که منجر به انبساط عالم شد نه تنها مجموعه‌های بزرگ مولکولی مواد به نام اجرام سماوی به اطراف محل انفجار پرت شدند و دچار انبساط گردیدند که خود هسته‌های گوناگون نیز تحت تأثیر انبساط، تمایل به واپاشی پیدا کردند که البته آن‌چه غالباً مانع آنها می‌شد همان گیر افتادگی یا چفت شدگی یا قلاب شدگی هستک‌ها در یک‌دیگر بود. اما به هر حال در دوره‌ی کنونی کیهان که دوره‌ی انبساط است تمایل عمومی بر واپاشی یا شکافت هسته‌هاست بر خلاف دوره‌ی احتمالی انقباض آینده‌ی مجدد عالم که قاعدتاً تمایل در آن دوره همجوشی یا گیر افتادگی هستک‌ها در یک‌دیگر برای ایجاد هسته‌های سنگین خواهد بود. موضوعی که در رابطه با گرایش فعلی هسته‌ها به واپاشی و شکافت گفته شد با موضوع آنتروپی کیهان مشابهت دارد که در آن، روی گرایش عالم به سمت بی‌نظمی بحث می‌شود. به این ترتیب می‌توان گفت که وجود هر هسته‌ی عنصری سنگین‌تر از هیدروژن در ستارگان حکم سوخت آن ستاره را دارد زیرا گرمای ستاره به تدریج در حال باز کردن قفل‌های هستک‌های هسته‌های آن عنصر و آزاد کردن انرژی پناسیل عظیم الکتروستاتیکی نهفته در آن است. بدیهی است که به این ترتیب، تمام شدن سوخت ستاره هم‌زمان خواهد بود با تبدیل تمام مواد درون آن به هیدروژن. بررسی‌های نجومی در این زمینه می‌تواند سنگ محکی برای ارزیابی این تئوری باشد.
در این جا به توضیح مطالبی در رابطه با تکنولوژی‌های موجود هسته‌ای در جهت روشن‌تر ساختن پاسخ پرسش‌هایی که قبلاً مطرح نمودیم می‌پردازیم. یکی از فرایندهای هسته‌ای همجوشی صورت گرفته توسط ماشین غول‌آسای توکاماک بوده است. توکوماک کلمه‌ای روسی به معنای جریان مغناطیسی است. بخش اساسی این ماشین عظیم الجثه را یک راهروی چنبره‌ای تشکیل می‌دهد که میدان‌های مغناطیسی شدیدی در آن برقرار می‌شود و با تحریک‌های انجام گرفته توسط این میدان‌ها پلاسما در مدت زمانی حداقل دو ثانیه‌ای تا بیش از سی صد میلیون درجه گرم می‌شود. این وضعیت باعث همجوشی هسته‌ای اتم‌های سبک می‌شود. نخستین نتیجه‌ی عملی گرفته شده از این ماشین دقیقاً همین انجام واکنش همجوشی هسته‌ای بوده است. واکنش همجوشی هسته‌ای در این ماشین، که توسط فیزیک‌دانان روسیه در پایان دهه‌ی هزار و نهصد و پنجاه میلادی راه‌اندازی شد، به صورت کنترل شده‌ای پیش می‌رود. پلاسما در توکاماک در اثر تخلیه‌ی جریان الکتریکی در مخلوط گازی دوتریم-تریتیم به وجود می‌آید و در درون دیواره‌های مغناطیسی و غیر مادی میادین مغناطیسی از نظر گرمایی عایق‌بندی می‌شود. برای توضیح علت وجودی این دیواره‌های مغناطیسی، و در واقع الکترومغناطیسی، باید به قوانین نظریه الکترومغناطیس توجه کنیم به ویژه در قسمتی که مربوط به فرم نیروی وارد به ذرات باردار متحرک در میدان‌های مغناطیسی است. برای درک بهتر مطلب باید یادآور شویم که بر یک بار الکتریکی که با سرعتی عمود بر یک میدان مغناطوستاتیکی وارد این میدان می‌شود نیرویی وارد می‌شود که هم عمود بر جهت میدان مغناطیسی و هم عمود بر جهت سرعت ورود بار به میدان است. تحلیلی ریاضی و مکانیکی نشان می‌دهد که تداوم حرکت این بار در این میدان به صورت مسیری دایره‌ای با سطحی عمود بر میدان مغناطیسی است.
پس ذره یا یون بارداری که در چنین میدان مغناطیسی‌ای دارای سرعتی عمود بر جهت میدان یکنواخت مغناطیسی باشد در مسیری دایره‌ای در این میدان (که سطح آن عمود بر جهت میدان است) به صورت پایدار حرکت خواهد کرد بدون این که این میدان را ترک کند. گویی دیواره‌ای نامرئی جلوی خروج آن از میدان را می‌گیرد. روشن است که گردش مداوم ذره‌ی باردار در همان مسیر باعث ایجاد گرمای متمرکز فزاینده‌ای در آن مسیر می‌شود و دما را در آن‌جا به نحوا فزاینده‌ای بالا می‌برد. اما آن‌چه گفته شد حالتی ایده‌آل است که یون‌های پلاسما در آن با سرعت‌های مساوی که همگی عمود بر جهت میدان مغناطیسی است وارد میدان می‌شوند در حالی که در عمل که پلاسما در اثر تخلیه‌ی الکتریکی به وجود می‌آید ذرات باردار دارای سرعت‌های مختلف هستند. برای این که بتوانیم وضعیت را در این حالت مجسم کنیم یک ذره‌ی باردار را در نظر می‌گیریم که دارای سرعتی است که نه تماماً عمود بر جهت میدان مغناطیسی است و نه تماماً به موازات آن است. در این حال، سرعت آن را می‌توانیم به دو مؤلفه تجزیه کنیم که یکی عمود بر جهت میدان است و به ذره حرکتی دایره‌ای حول راستای میدان می‌دهد و یکی به موازات میدان مغناطیسی است و باعث انتقال ذره‌ی باردار در طول و به موازات میدان مغناطیسی می‌شود. بدیهی است که ترکیب این دو حرکت عبارت خواهد بود از حرکتی مارپیچی که در طی آن ذره‌ی بار داری حول خط میدانی از این میدان مغناطیسی پیش می‌رود. روشن است که چنین حرکتی بر خلاف حرکت دایره‌ای تکرار شونده روی خود نمی‌تواند باعث تمرکز گرما و ازدیاد دما شود زیرا در طی آن ذرات باردار بدون این‌که در مسیرهای تکراری بیافتند از محل ایجاد پلاسما دور می‌شوند. شگردی که در ماشین توکاماک به کار گرفته شده است این است که ترتیبی داده شده است که خط میدانی که حرکت‌های مارپیچی ذرات باردار چنان‌که توضیح داده شده گرد آن پیش‌روی می‌کند نه یک خط مستقیم که دایره‌ی بزرگ بسته‌ای باشد که همان محور راهروی چنبره‌ای این دستگاه است. به این ترتیب میدان مغناطیسی گردی که در چنبره‌ی این دستگاه، که درواقع حلقه‌ای توخالی با سطح مقطعی دایره‌ای است، ایجاد می‌شود باعث می‌شود ذرات باردار ایجاد شده بر اثر تخلیه‌ی الکتریکی با سرعت و به صورت مارپیچی حول محور مرکزی راهرو این حلقه بارها و بارها حجم این راهرو را طی کنند و بر روی مسیرهای خود یا هم‌نوعان خودشان به تکرار حرکت بپردازند و به این ترتیب گرما و متعاقب آن دمای فوق العاده زیادی ایجاد کنند بدون این‌که برای آنها فرصت یا امکان گریزی از این چنبره باشد و بدون این که تماسی مکانیکی با دیواره‌ای سرد کننده داشته باشند. وضعیتِ تکرار مسیر و تشدید حرکت در این ماشین که ازدیاد دما را به دنبال دارد مشابه با عملیات تشدید در لوله‌ی لیزر است که در آن موج الکترومغناطیسی به وجود آمده از انجام تخلیه‌ی الکتریکی در درون لامپ لیزر به خاطر وجود دو آینه‌ی کاملاً موازی و عمود بر طول لوله و نصب شده در دو انتهای لوله‌ی لیزر به طور نامحدودی بر روی خودش بازتاب و باعث تشدید موج تا حدی می‌شود که موج تقویت شده دارای چنان شدتِ جای‌گزیده‌ای می‌شود که می‌تواند از یکی از آینه‌ها که کمتر کدر است به بیرون راه یابد و مورد استفاده قرار گیرد.
آن‌چه در بالا در مورد طرح عمل توکاماک گفته شد تقریباً حالتی ایده‌آل دارد. اما در عمل چون به هر حال میدان مغناطیسیِ ایده‌آل یکنواخت مستقیم، به منظور تکرار پذیر کردن مسیرها خم شده است مکانیسم واقعی عمل پیچیده‌تر است زیرا به هر حال یون‌ها تحت تأثیر انحنای چنبره مجبورند به انحراف اضافه‌ی قائمی نیز تن دهند. چنین انحرافی این احتمال را به وجود می‌آورد که یون‌ها در تماس با دیواره‌های جامد قرار گیرند و سرد شوند. برای پرهیز از چنین وضعیتی لازم است چنین انحرافی را توسط میدان مغناطیسی دیگری خنثی نماییم. برای این کار لازم است خطوط میدان این میدان مغناطیسی تصحیح کننده‌ی دوم هم‌چون مارپیچ‌هایی به دور چنبره، یا همان حلقه‌ی توخالی، باشند. از این رو به چنین میدانی، قطب‌واره‌ای گفته می‌شود. برایند میدان مغناطیسی اصلی چنبره و این میدان تصحیحی هم‌چنان دارای خطوط میدانی مارپیچی در درون چنبره است منتهی توزیع آن به گونه‌ای است که مانع نشت ذره‌ی باردار از درون چنبره می‌شود. درواقع این‌گونه است که تحت این شرایط از محور چنبره به طرف سطح خارجی چنبره یک رشته سطح مغناطیسی چنبره‌ای درون یک‌دیگر که شبیه لایه‌های متوالی پوست است تشکیل می‌گردد. چنین فرمی بر طبق محاسبات، ایجاب می‌کند که ذرات پلاسمایی که در معرض آن قرار گرفته‌اند را در معرض یک فشار مغناطیسی قرار دهد به گونه‌ای که این فشار هر چه از سطح‌های داخلی دور و به سطح‌های خارجیِ نزدیک دیواره‌های چنبره نزدیک شویم افزایش یابد. همین فشار مغناطیسی است که نقش جبران کنندگی فوق الذکر را بازی می‌کند. برای درک عینی‌تر مطلب بهتر است به جای ماشین توکاماک، فعلاً ماشین طراحی شده برای همجوشی هسته‌ای که توسط جامعه‌ی اروپا در کالهام نزدیک آکسفورد ساخته شد و از سال هزار و نهصد و هشتاد و سه میلادی در حال کار است و نام جت به داده شده است را در نظر گیریم. قلب جت چنبره‌ای است که برخلاف چنبره‌ی توکاماک دارای سطح مقطعی دایره‌ای نیست بلکه سطح مقطع آن به شکل D است و دارای عرضی دو نیم متری است. وضعیت به گونه‌ای چیده شده که خط راست D به طرف مرکز چنبره باشد. طول این خط راست در حدود چهار متر است. شعاع کوچک چنبره در حدود یک و دو دهم متر و شعاع بزرگ آن در حدود سه متر است و حجم کل آن در حدود صد و پنجاه متر مکعب است. در این چنبره تنها در حدود یک تا دو گرم سوخت گرما هسته‌ای که تاکنون بیشتر دوتریم بوده است به صورت گازی شکل وارد می‌کنند. با گذراندن جریان الکتریکی شدیدی، حاصل از القای ایجاد شده توسط یک ترانسفورماتور، از این گاز، آن را یونیزه می‌کنند. پیچک‌های مسیِ یک آهن‌ربای الکتریکی که در مرکز فضای آزاد خارجی در وسط چنبره قرار داده می‌شود نقش ترانسفورماتور اولیه را بازی می‌کند. میدانی مغناطیسی در مدار آهنی درون پیچک‌ها بر اثر اولین جریانی که از این پیچک‌ها می‌گذرد به وجود می‌آید. به نوبه‌ی خود، این میدان، گذر جریانی القایی در پلاسما را باعث می‌شود که نقش دومین جریان ترانسفورماتور را بازی می‌کند و ماکزیمم شدت آن هفت میلیون آمپر است. درست همین جریان است که مؤلفه‌ی قطب‌واره‌ی میدان مغناطیسی را به وجود می‌آورد در حالی که توسط میدان مکمل قطب‌واره‌ی دیگری، تعادل، شکل و وضع پلاسما به گونه‌ای حفظ می‌شود. این میدان مکمل نوسط پیچک‌های افقی بزرگی واقع بر گرد چنبره ایجاد می‌شود. پیچک‌های قائمی که دارای شکل Dوار چنبره هستند نیز مؤلفه‌ی چنبره‌ای میدان را به وجود می‌آورند. شدت برآیند این مؤلفه‌های مختلف، که در مجموع میدان مارپیچی مطلوب را به وجود می‌آورند، در حدود سه و نیم تسلاست.
این اثر ژول جریانی که از پلاسما می‌گذرد است که باعث می‌شود پلاسما هم‌چون هر رسانای دیگری که حامل جریان الکتریکی است مستقیماً گرم شود. با این حال به کارگیری دو روش کمکی دیگر باعث تکمیل این روش گرمادهی می‌شود. یکی از این روش‌ها تزریق اتم‌های خنثای دوتریم با سرعت زیاد است و دیگری روشی است که در طی آن امواج پربسامدی دارای فرکانسی بین بیست و پنج تا پنجاه و پنج هرتز جذب پلاسما می‌شوند. به این ترتیب کل توان گرمادهی نصب شده روی جت در حدود چهل میلیون وات است. به این ترتیب روی هم رفته بزرگ‌ترین مقدار به دست آمده برای حاصل ضرب جوش، که قبلاً در مورد آن توضیح داده شد، برای جت چیزی در حدود شرایط شکست است که چنان‌که گفته شد در آن انرژی آزاد شده‌ی ناشی از همجوشی هسته‌ای برابر با انرژی راه‌انداز تزریق شده به پلاسماست. برای دوتریمِ تنها نیز تقریباً همین نتایجِ مربوط به شکست با مخلوط دوتریم-تریتیم به دست می‌آید. تحت این شرایطِ ماکزیمم دمای به دست آمده‌ی سیصد و بیست میلیون درجه‌ای که مربوط به یک انرژی بیست و هشت هزار الکترون ولتی است برای زمانی در حدود یک و هشت دهم ثانیه ثبت شد. با حصول چنین دمای راه‌اندازی روز تاریخی نهم نوامبر هزار و نهصد و نود و یک برای جت فرا رسید که با تزریق گاز به آن عملاً فرایند همجوشی هسته‌ای در آن صورت گیرد. در آن روز، مخلوطی از دو دهم گرم دوتریم و یک و نیم گرم تریتیم به دستگاه که به دمای فوق رسیده بود تزریق شد و دو ثانیه پس از این جوش، یا درواقع همجوشی هسته‌ای، دو میلیون وات انرژی به دست آمد که درواقع اولین دو میلیون واتی بود که برای رسیدن به مرحله‌ی شکست لازم بود. از آن پس، آزمایش‌ها با مخلوطی پنجاه پنجاه از دوتریم و تریتیم برای حصول شکست واقعی ادامه یافت. نتایج به دست آمده از جت گرچه قاطعانه نبود اما خشنودکننده بود و این ماشین را در رقابت با حریفان امریکایی، ژاپنی، و روسی خود قرار داد. به هر حال هدف اساسی این ماشین‌ها رد شدن از مرحله‌ی شکست به منظور تحقق مرحله‌ی شعلع‌وری است. نتایج به دست آمده از جت، تعیین‌کننده‌ی نسل بعدی توکاماک به منظور تحقق شعله‌وری بود. ساخت چنین ماشین‌هایی بسیار پرهزینه و زمانبر هستند. هدف این است که پس از حصول مرحله‌ی شکست توسط جت، و پس از حصول مرحله‌ی شعله‌وری توسط یک رآکتور آزمایشی گرم هسته‌ای بین المللی به نام ایتر، نهایتاً رآکتورهای گرما هسته‌ای مهندسی ساخته شود که هدف از ایجاد آنها تولید الکتریسیته‌ی گرما هسته‌ای است، چیزی که هنوز عملاً ممکن نشده است.
چنان‌که دیدیم این توکاماک روسی بود که نخستین بار انجام همجوشی هسته‌ای را به طور مصنوعی توسط انسان ممکن ساخت. در آن ماشین چنان‌که دیدیم پلاسما در میدان مغناطیسی داغ می‌شد و انرژی راه‌اندازِ مورد نیاز برای فرایند همجوشی هسته‌ای را فراهم می‌نمود. این باز روس‌ها بودند که طرح جدیدی این بار توسط لیزر برای تأمین انرژی راه‌انداز همجوشی هسته‌ای ریختند. درواقع مشابهتی که بین فرایند فوق الذکر ایجاد گرمای مغناطیسی و فرایند تشدید لیزری وجود دارد و به این مشابهت در بالا اشاره شد این فکر را به ذهن دانشمندان خطور داد که احتمالاً در صورتی که مخلوط گاز دوتریم-تریتیوم را هدف پرتوهای لیزری پرقدرتی قرار دهند قادر خواهند بود دمای مخلوط را به حد مورد نیاز برای شروع واکنش همجوشی هسته‌ای برسانند. روشی که آنها در این زمینه در پیش گرفتند شبیه چکش‌کاری نوری کپسولی حاوی مخلوط گاز دوتریم-تریتیوم به منظور منفجر کردن آن است.
با شلیک‌های پرتراکم و پرشدت لیزری که فوتون‌های آن با سرعت سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه به طور هم‌زمان از جهات مختلف به هدفی کم حجم از دوتریم-ترتیم کوبیده می‌شوند دستیابی به دمای جوش هسته‌ای در مدتی در حدود یک میلیاردم ثانیه ممکن می‌شود. در این حال مخلوط گاز بلافاصله به حالت پلاسمای گرما هسته‌ای، که در آن شرایط دما و چگالی پلاسما و زمان مرزبندی برای انجام واکنش هسته‌ای مناسب است، درمی‌آید. هدفِ این ضربات، گلوله‌ی توخالی کوچکی به قطر چند میلیمتر است که حاوی مخلوط گازی گفته شده است و منظور منفجر کردن کامل آن است. سوختن این هدف باعث گسیل نوترون‌های آزاد ناشی از واکنش همجوشی هسته‌ای می‌شود که مانند حالت مغناطیسی حامل بیشترین بخش انرژی آزاد شده‌ی هسته‌ای هستند. هدف این است که بتوان به راه‌کار بهینه‌ای رسید که بتوان از این انرژی برای تولید گرما و از آن‌جا تولید الکتریسیته استفاده کرد. گرچه هم‌چون توکاماک، مبدع اندیشه‌ی استفاده از لیزر برای انجام فرایند همجوشی هسته‌ای روس‌ها بودند اما در این فن‌آوری آمریکایی‌ها و ژاپنی‌ها بر آنان پیشی گرفتند. فرآیندی که آمریکایی‌ها در این زمینه توسعه دادند بیشتر از این که بمباران هدف با پرتوهای لیزری باشد له کردن هدف تحت این تابش‌هاست. در روش آنها مخلوط گاز دوتریم-تریتیم در کپسول محکمی که جنس آن هم دوتریم-تریتیم است زندانی می‌شود و این صدف خود در ماده‌ای به نام تصعید شونده پوشیده می‌شود به گونه‌ای که آن ماده پوشش خارجی کپسول را شکل می‌دهد. کل این سیستم طی رشته فرایندهایی فیزیکی، تحت تأثیر تابش‌های اولیه و شلیک‌های ثانوی ذرات، در واقع له می‌شود. یکی از دلایل اصلی موفقیت کار، سرعت عمل لیزر است که بنا بر تعریف همان سرعت پیش‌روی نور، سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه، است. زمانی که برای کل عملیات صرف می‌شود درواقع در حدود یک میلیاردم ثانیه است. با استفاده از لیزرهای غول آسا و بسیار پرقدرت، سرعتی برابر با پانصد کیلومتر بر ثانیه برای این له شدن به دست آمده است. یکی از پرقدرت‌ترین این لیزرها در آزمایشگاه لارنس لیورمور دارای ده بازو بود که هر کدام قادر بودند یک باریکه‌ی لیزریِ هفتاد کیلو ژولی را در زمانی به کوچکی دو و نیم ثانیه تحویل دهند و توان اسمی کلی برابر با سه ضرب در ده به توان چهارده وات بود! و یکی دیگر در دانشگاه اوزاکا دارای دوازده باریکه‌ی پانزده کیلو ژولی عمل کننده در یک نانو ثانیه بود که توان اسمی کلی را برابر با یک و هشت دهم ضرب در ده به توان چهارده وات به دست می‌داد. و سومی از دانشگاه روچستر آمریکا بود با توان اسمی کلی هفتاد و دو صدم ضرب در ده به توان چهارده وات. هدف از پژوهش‌هایی که با این توپ‌خانه‌ی سنگین لیزری هدایت می‌شود دستیابی به مرحله‌ی شعله‌وری با ضریب بهره‌ی انرژی بزرگ‌تر از صد در فرایند همجوشی هسته‌ای است. علت نیاز به ضریب صد برای بهره‌ی انرژی، جبران انرژی‌های اولیه‌ی صرف شده برای تبدیل الکتریسیته به توان پرقدرت لیزری و نیز تأمین انرژی راه‌انداز درون مخلوط گاز برای شروع واکنش هسته‌ای است. برای دستیابی به چنین ضریبی شبیه سازی‌ها و محاسبات متعددی انجام گرفت. قصد این بوده است که توان این دیگ لیزری به توان ماشین توکاماک برای فرایند جوش هسته‌ای برسد، البته در آن حدی که امکان مقایسه بین این دو روش وجود داشته باشد.
پیش‌رفت‌های جوش هسته‌ای لیزری تحت تأثیر دو پیش‌رفت فن‌آورانه امیدوارکننده بوده‌اند. یکی پیش‌رفت‌های صورت گرفته در آمریکا و ژاپن برای ساخت پوکه‌ها یا کپسول‌های حاوی گازها است که در ساخت آنها از تکنولوژی برتر و از مواد جدیدی مثل کف‌های پلاستیکی اشباع شده از دوتریم-تریتیم استفاده شده است که با این کار فرایند له شدن تسهیل می‌شود، و دیگری عبارت است از پیش‌رفت‌های صورت گرفته در یک روش غیر مستقیم تراکم هدف‌های توخالی. در این روش هدف در حفره‌ی کوچکی محبوس می‌شود که در آن حفره، پرتو لیزری به پرتو ایکس تبدیل می‌شود. برای انجام چنین تبدیلی چند باریکه‌ی لیزری را از روزنه‌های ریزی به درون حفره گسیل می‌کنند. از برخورد این پرتوها با دیواره‌های داخلی حفره، که از قبل با ماده‌ای مانند طلا که قادر به تبدیل فرکانس است پوشیده شده‌اند، اشعه‌ی ایکس تولید می‌شود. این اشعه‌های ایکس قادرند بسیار همگن‌تر و یک‌نواخت‌تر از یورش مستقیم با پرتو لیزر، هدف را متراکم و دمای آن را افزایش دهند. یک برنامه‌ی آزمایشی آمریکایی پیش درآمدی بر انجام این شیوه غیر مستقیم تراکمی بود، زیرا در این برنامه، به دلیل این که هیچ لیزری تا آن زمان توانایی کافی برای تولید میزان اشعه‌ی ایکس مورد نیاز را نداشت، به عنوان چشمه‌ی پرتو ایکس از یک انفجار هسته‌ای زیرزمینی در صحرای نوادا استفاده شد، انفجاری که جزئیات آن به خاطر ابعاد نظامی آن مخفی نگاه داشته شد. اما بر طبق برآورد کارشناسان، این انفجار احتمالاً انرژی‌ای برابر با پنج تا ده میلیون ژول به صورت پرتو ایکس تحویل داده است. برای آن بهره‌ی انرژی‌ای بین صد تا پانصد به دست آمده است. متعاقب این آزمایش به طور کلی اعلام شد نتایج فراوانی به استواری در مورد انجام پذیری عملیِ همجوشی هسته‌ای لیزری به دست آمده است. علاوه بر آمریکایی‌ها، پژوهش‌گران ژاپنی نیز روی روش تراکم غیر مستقیم با هدف‌هایی به نام گلوله‌ی توپ که خودشان طراح آن بودند کار کردند. آنان به علاوه در این زمینه از لیزرهای پرقدرت خود به ویژه از لیزر گکو دوازده در دانشگاه اوزاکا استفاده کردند. اما باید گفت این نوع لیزرهای پر قدرت هرچند برای بررسی جنبه‌های علمی همجوشی هسته‌ای مناسبند اما برای بهره‌برداری اقتصادی برای تولید انرژی هسته‌ای مناسب نیستند.
در این نوع لیزرها، بازدهی داخلی انرژی یا به عبارتی میزان تبدیل الکتریسیته به پرتو لیزر و سرعت زمانی شلیکشان بسیار ناکافی است که این مسأله مربوط می‌شود که موادی در آنها که محل تقویت نور یا تابش لیزری است و عموماً شیشه است. به همین دلیل توسعه‌ی انواع دیگری از لیزر که فاقد چنین معایبی هستند، مثل لیزرهای فلوئورید کریپتونی، در دستور کار قرار گرفته است. راه چاره‌ی دیگر این است که اصولاً استفاده از لیزر را با استفاده از پرتوهایی از دسته ذرات بارداری که با آنان می‌توان همان شیوه‌های همجوشی لیزری مثل له کردن هدف توخالی با تراکم غیر مستقیم را به کار برد جایگزین کنیم. به همین خاطر این روش به جوش باریکه‌ی یونی معروف شده است.
در این نوع جوش ما قادر به انجام شلیک‌های حساب شده‌تری هستیم. در حقیقت از لحاظ عمل‌کرد، این نوع جوش شبیه همان جوش لیزری است و یک همجوشی هسته‌ای از نوع جوش لیزری محسوب می‌شود که در آن گلوله‌ی حاوی دوتریم-تریتیم از همه طرف توسط پرتابه‌های تا آن حد سریع کوبیده می‌شود که بدون این که از گلوله بگذرند آن را متراکم می‌کنند. از نظر اصولی این دو نوع جوش هم‌تای هم هستند و گویا تنها چکشی که برای متراکم و گرم کردن هدف‌های ریز سوخت گرما هسته‌ای در آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد متفاوت است، در یکی پرتو لیزر است و در دیگری باریکه‌های ذرات باردار مثل پروتون، یون‌های سبک، و یون‌های سنگین. در هر دو گونه از یک شیوه که همانا له کردن هدف توخالی از طریق تراکم مستقیم و غیر مستقیم است برای افزایش دما استفاده می‌شود. این هر دو دارای یک مزیت نسبت به توکاماک و کلاً همجوشی مغناطیسی هستند و آن این است که در آنها بر خلاف توکاماک، بین به اصطلاح چکش یا همان سیستم تولید کننده‌ی باریکه‌ی لازم برای ضربه زدن و هدف، یعنی جای‌گاه واکنش‌های همجوشی هسته‌ای، جدایی فیزیکی وجود دارد. این امر در بازپس گیری انرژی نوترون‌های آزاد تولید شده در واکنش‌ها یک امتیاز محسوب می‌شود زیرا لزوم استفاده از دستگاه‌های پیچیده و حساس برای انجام این کار را مرتفع می‌سازد. سه پارامتر، مشخص کننده‌ی باریکه‌ی ذرات باردار که به عنوان جایگزین لیزر در همجوشی مورد استفاده قرار می‌گیرند است: نخست، ماهیت خود پرتابه‌های شتاب داده شده، که آیا پروتون، یون سبک یا یون سنگین هستند، و میزان بار الکتریکی آنها یا تعداد الکترون‌های برکنده از اتم‌های آن‌هاست. دوم، انرژی جنبشی این پرتابه‌هاست که به سرعتِ جابه‌جایی آنها بستگی دارد و عموماً با واحد میلیون الکترون ولت اندازه‌گیری می‌شود. سوم، شدت باریکه است که درواقع همان تعداد ذرات باردار گذشته از واحد سطح برای باریکه است و واحد آن آمپر است زیرا همان شدت جریان (بار) الکتریکی است. برحسب نوع پرتابه‌های انتخاب شده، از وسایل گوناگونی استفاده می‌شود. آن‌چه مسلم است این است که پرتابه‌های سبک‌تر راحت‌تر قادرند از درون ماده بگذرند. پس باید مراقب باشیم سرعتِ بیش از حدی به آنها ندهیم زیرا احتمال آن زیاد خواهد بود که از لا‌به‌لای ماده به آن سوی ماده نفوذ یا فرار کنند قبل از آن‌که همه‌ی انرژی جنبشی خود را به هدف برای ازدیاد دمای آن منتقل کنند. مثلاً محاسبه نشان می‌دهد فراهم آمدن هر کدام از سه شرطی که گفته می‌شود برای انتقال کامل دویست تریلیون انرژی جنبشی به هدف کفایت می‌کند: نخست، وجود باریکه‌ای پروتونی با شدت چهل میلیون آمپر و انرژی پنج میلیون الکترون ولت. دوم، وجود باریکه‌ای از یون‌های سبک نئونِ یک مثبت با شدت یک میلیون آمپر و انرژی دویست میلیون الکترون ولت. سوم، وجود باریکه‌ای از یون‌های سنگین اورانیمِ یک مثبت با شدت بیست هزار آمپر و انرژی ده هزار میلیون الکترون ولت. چنان که دیده می‌شود برای یون‌های سبک، انرژی کم است اما جریان شدید و برای یون‌های سنگین، انرژی زیاد است اما جریان کم. از همین روست که به شتابنده‌های کاملاً متفاوتی برای هر کدام نیاز خواهد بود. باریکه‌ها ، در مورد یون‌های سبک، در یک دیود، تحت اختلاف پنانسیلی که بین کاتد و آند یا الکترودهای آن برقرار می‌شود، تولید می‌شود. کاتد یون‌های مثبت را جذب می‌کند و در این راه به آنها تحت اختلاف پنانسیل مذکور شتاب می‌دهد. هرچند این روش دارای اصول ساده‌ای است اما اجرای آن کار سهلی نیست. ماشینی که عملاً قادر به ایجاد باریکه‌ی یون‌های سبک و شدید برای همجوشی هسته‌ای است ماشین شتاباننده‌ی جوش باریکه‌ی ذره‌ای موجود در آزمایشگاه‌های ملی ساندیا در نزدیکی آلبرکوکِ نیومکزیکو در آمریکاست. این ماشین دارای باریکه‌های سی و شش‌گانه‌ای به‌طور شعاعی در اطراف اتاق واکنش است. نکته‌ی بزرگی که هنوز در مورد یون‌های سبک سؤال انگیز است این است که چگونه در رآکتورهای آینده‌ی همجوشی هسته‌ای می‌توان انتقال و کانونی‌سازی باریکه‌ها بر روی هدف در فواصل چند متری درون یک گاز کم فشار را تأمین نمود. همین‌طور تعداد شلیک‌ها در ثانیه و اطمینان خاطر از کارکرد امن این نوع دستگاه‌ها نیز سؤال برانگیز است. با در نظر گرفتن همه‌ی این مسائل و همه‌ی شرایطی که باریکه‌های یونی باید برای تحریک همجوشی هسته‌ای داشته باشند به این نتیجه می‌رسیم که یون‌های سنگین در قیاس با یون‌های سبک و حتی لیزر راه حل بهتری برای رقابت با توکاماک به نظر می‌رسند. به همین مطلب در گزارش نهایی کمیسیون مشاوره‌ی روش همجوشی هسته‌ای، با بیان این که این نوید دهنده‌ترین راه چاره‌ی جایگزین برای همجوشی مغناطیسی است، اشاره شده است . این کمیسیون به منظور بررسی توانایی‌های همجوشی هسته‌ای به منظور تولید انرژی، از سوی وزارت انرژی آمریکا تشکیل گردیده بود.
مسأله‌ی شتاباندن یون‌های سنگین، امر ناآشنایی در فیزیک ذرات و فیزیک هسته‌ای نیست و انجام آن امر مشکلی نیست. مطمئناً تجربیاتی که از قبل در این زمینه وجود دارد و اطمینانی که به خاطر درک کامل علمی مسأله در این زمینه وجود دارد ضامن موفقیت عمل است. منتهی مشکلی که وجود دارد این است که باریکه‌های یون سنگین برای همجوشی هسته‌ای لازم است دارای شدتی باشند که در حدود هزار مرتبه بزرگ‌تر از شدتی است که شتابنده‌های موجود تأمین می‌کنند. به این خاطر، باید در مورد دستیابی به مفاهیم فنی نوینی برای نیل به این هدف و تأمین چنین شدتی فکر شود. همین امر پایه‌ی هم‌کاری بین‌المللی‌ای بین آزمایشگاه‌های آلمانی و آمریکایی از دهه‌ی هزار و نهصد و نود میلادی برای بررسی مفهومیِ تمامِ جنبه‌های مربوط به تحقق و عمل‌کرد یک رآکتور همجوشی هسته‌ای راه افتاده با پرتوهای یون سنگین بوده است. این طرح، عملی بودن اصول راه حلی که یون‌های سنگین ارائه می‌دهند را اثبات کرده است. به دنبال این طرح، در روسیه، ژاپن و آمریکا بررسی‌های مفهومیِ مشابهی صورت گرفت. نظر کلی درواقع عبارت است از به دست آوردنِ جریانی پرشدت از جمع کردنِ باریکه‌های کم‌شدتی که کارشناسان می‌توانند با انرژی ده گیگا الکترون ولتی مستقیماً تولید کنند. در این راه ابتدائاً یک شتاباننده‌ی خطی، اولین باریکه‌ی یون‌های بیسموتِ یک مثبت را با انرژی ده گیگا الکترون ولت و شدت پنجاه میلی آمپر فراهم می‌آورد. (یون‌هایی که از پیش-شتاباننده‌ها می‌آیند منابع تغذیه‌ی یونی این شتاباننده‌ی خطی هستند.) مشکل اصلی همین‌جاست که لازم داریم این مقدار میلی آمپر را به کیلو آمپر، یعنی یک میلیون بار بیشتر، افزایش دهیم. به همین منظور، نخست با استفاده از یک پرتو لیزری ویژه که دارای الکترون‌های آزاد است، یون‌های بیسموت یک مثبت را پس از خروج از دستگاه مجدداً یونیزه می‌کنند. با این کار، هرج و مرج باریکه کاهش می‌یابد و درنتیجه انتقال بعدی و کانونی شدن نهایی یون‌ها روی هدف تسهیل می‌شود. قبل از مرحله‌ی نهایی کار، یون‌های دو مثبت بیسموت وارد یک حلقه‌ی انباشت میانجی می‌شوند و در آن‌جا توده می‌گردند. آن‌چه در این حلقه انباشت شده است به تناوب در سی حلقه‌ی کوچک‌ترِ انباشتِ نهایی تخلیه می‌شود. این سی حلقه در شش گروه پنج تایی توزیع شده‌اند و در درون آن‌هاست که باریکه‌ها دچار تراکم می‌شوند. هر کدام از سی باریکه در مرحله‌ی نهایی در عرض کمتر از ده نانو ثانیه می‌توانند بر روی هدفی به قطر سه میلیمتر که حاوی چهار دهم میلی‌گرم مخلوط دوتریم-تریتیم است هزار و شش‌صد آمپر جریان وارد کنند. با این حساب با سه تا از این سیستم‌های گرما هسته‌ای، رآکتور قادر به فراهم‌آوری توان گرماییِ برابر با سه گیگا وات است.
اما دستگاه شتاب و انباشت پرتابه، مجموعه‌ای غول‌آسا به نظر می‌رسد. طول شتاباننده‌ی خطی ابتدایی چند کیلومتر است. لازم است حلقه‌های انباشت نهایی از آهن‌رباهای تولید شده از خاصیت اَبَررسانایی که در دماهای بسیار پایین امکان موجود شدن دارند ساخته شوند. لیزر الکترون آزاد نیز باید، تحت تأثیر بازنگاهداشتنِ الکترون‌های ناشی از یک شتاباننده‌ی خطی کوچک، باریکه‌ای شدید از نور فرابنفش تولید کند. این دربایستِ باقی ماندن در چارچوب وسایل فنی کنونی است که بهای این پیچیدگی عظیم را می‌پردازد. از همین روست که اندیشه روی روش‌های فن‌آورانه‌ی جدید جهت نیل به مقصود ضرورت و احتمالاً ارزش اقتصادی بیشتری دارد. این‌که چنین مطالعاتی به سرانجام واقعی خواهند رسید هنوز معلوم نیست، زیرا فرایند انجام همجوشی هسته‌ای با استفاده از یون‌های سنگین به شدت دچار کم‌بود داده‌های تجربی است. این امر معلول این است که این روش همجوشی نسبتاً جوان است و نیز به اندازه‌ی کافی روی آن سرمایه‌گذاری نشده است. در دهه‌ی آخر قرن پیش اولین دستگاه بزرگ به ویژه برای بررسی باریکه‌های یون سنگین مورد استفاده برای همجوشی هسته‌ای در دارمشتاد آلمان فعال شد هرچند به نظر می‌آمد نیازها و انتظارات پژوهندگان بسیار فراتر از اهداف محدود پیش بینی شده برای آن بود. به این ترتیب می‌توان گفت همجوشی هسته‌ایِ مُرجَحِ یون سنگین تقریباً تماماً در یک پارادوکس امکان‌پذیری فنی قرار گرفته است و هرچند همگان آن را به اتفاق بسیار نویدبخش تشخیص می‌دهند با این حال اعتباری بسیار فقیرانه را برای آن ملحوظ می‌دارند.
این هم‌جوشیِ پاک، مطمئن و دارای سوختِ فراوان اما در مقایسه با شکافت دارای این عیب است که به آسانی رخ نمی‌دهد. برای انجام آن، ماده باید میلیون‌ها درجه داغ شود. از همین روست که گاهی به آن همجوشی گرما هسته‌ای گفته می‌شد. همین دشواری کنترل گرمای آن است که این واکنش را بیشتر رام نشدنی جلوه‌گر می‌سازد. علت این سرسختی را در ویژگی‌های اتمی مواد باید جسنجو کرد که در این جا به اختصار به توضیح آنها می‌پردازیم. هسته در مقایسه با ابعاد اتم جای بسیار کوچکی را اشغال کرده است. این مقایسه از مرتبه‌ی جایی است که مثلاً یک دانه گندم در یک زمین فوتبال اشغال می‌کند. اجزای داخل هسته در آرامش قرار ندارند و درگیری‌های آشکاری سبب آشفتگی آنها، یعنی پروتون‌ها و نوترون‌ها، می‌شود. آن‌چه باعث قوام هسته می‌شود وجود دو نیروی بنیادی است. یکی از این دو نیرو، نیروی الکترومغناطیسی است که بین اجسام باردار وجود دارد. بنا بر این بین پروتون‌ها که دارای بار مثبت هستند این نیرو به صورت دافعه وجود دارد و سعی دارد پروتون‌ها را از هم جدا و دور نماید. پس این نیرو گرایش به واپاشی هسته دارد. نیروی دیگر عبارت است از نیرویی که بین همه‌ی ذرات هسته، صرف‌نظر از بار آنها، وجود دارد و از نوع جاذبه‌ای، و البته غیرثقلی، است و بدون آن هسته نمی‌تواند منسجم باقی بماند. شدت این نیرو از همه‌ی انواعِ دیگر نیرو بیشتر است در عوض اما دارای بُرد بسیار کوتاهی است. اگر بخواهیم دقیق‌تر صحبت کنیم باید بگوییم شعاع عمل این نیرو نمی‌تواند از دو فِمتومتر تجاوز کند و نیز درحقیقت شدت آن به صورت نمایی کاهش می‌یابد یعنی با افزایش فاصله، کاهش شدت آن دارای شتاب فوق‌االعاده زیادی است که بسیار بیش از کاهش مربوط به عکس مجذور فاصله برای نیروی الکترومغناطیسی است. به این ترتیب در ورای فاصله‌ای دو فمتومتری از هسته عملاً از این نیروی هسته‌ای خبری نیست در حالی‌که نیروی الکترومغناطیسی هنوز دارای بزرگی قابل اعتنایی است.
این در حالی است که از دیگر سو، در درون هسته این نیروی هسته‌ای است که در مقایسه با نیروی الکترومغناطیسی حاکمیت مطلق دارد. شدت آن، چسبندگی یا هم‌چسبی هسته را تأمین می‌کند. حدود هسته با شعاع عمل این نیرو مشخص می‌شود. نیروی هسته‌ایِ کوتاه‌برد در برد کوتاه بسیا قوی است و این قوت فراوان آن به صورت انرژی پتانسیل در هسته ذخیره می‌شود. این موضوع با توجه به قانون تبدیل جرم و انرژی به یک‌دیگر که توسط اینشتین استنتاج شد به این معنای ظریف است که جرم هسته کمتر از مجموع جرم‌های اجزای تشکیل دهنده‌ی آن است. به عنوان نمونه مجموع جرم‌های شش پروتون و شش نوترون در حدود یک درصد بیش از جرم هسته‌ی اتم کربن دوازده است که دربردارنده‌ی شش پروتون و شش نوترون است. به این درصد، کاستیِ جرم گفته می‌شود و هر چند زیاد به نظر نمی‌رسد اما بسیار زیادتر از کاستی جرم مربوط به انرژی بستگی بین خود اتم‌ها با یک‌دیگر در پیوندهای شیمیایی است، تقریباً هزار برابر آن است. و همین، راز انرژی هنگفت نهفته در دل هسته است. (در نظر آورید که انفجارهای مخرب سلاح‌های متعارف، عمدتاً ناشی از انفجار باروت، تنها به آزاد کردن انرژی پتانسیل شیمیایی مبادرت می‌کنند در حالی که در یک انفجار هسته‌ای انرژی پتانسیل هسته‌ای آزاد می‌شود.) آزاد شدن انرژی پنانسیل هسته‌ای، یا از طریق واکنش همجوشی و یا از طریق واکنش شکافت صورت می‌گیرد. مکانیسم آزاد شدن انرژی در آنها بر مبنای همان تفاوت جرم فوق الذکر و تبدیل آن به انرژی است. به عنوان نمونه می‌دانیم از همجوشی دو هسته اتم کربن دوازده یک هسته اتم منیزیم بیست و چهار به دست می‌آید. اما هم‌چنین می‌دانیم مجموع جرم‌های دو هسته اتم کربن دوازده بیشتر از جرم یک هسته‌ی اتم منیزیوم بیست و چهار است. درحقیقت این تفاوت جرم در هنگام عمل همجوشی به انرژی تبدیل شده و آزاد می‌شود. هم‌چنین می‌دانیم دو هسته اتم هلیم چهار بر اثر همجوشی تبدیل به یک هسته اتم بریلیم هشت می‌شوند، و نیز در فرایندهای همجوشی مشابه، دو هسته اتم اکسیژن شانزده به یک هسته اتم گوگرد سی و دو، و نیز یک هسته اتم هلیم چهار و یک هسته اتم بریلیم هشت در همجوشی به یک هسته اتم کربن دوازده تبدیل می‌شوند در حالی که همواره مجموع جرم‌های شرکت کننده در همجوشی بیش از جرم هسته‌ی تولید شده است که این تفاوت جرم طبق قانون تناسب جرم و انرژی اینشتین در طی فرایند همجوشی به صورت انرژی گرمایی آزاد می‌شود.
می‌توان تصور کرد که فرایند همجوشی هسته‌ای که در بالا توضیح داده شد به صورت زنجیروار ادامه یابد، به این معنی که عناصر سبک در طی فرایند همجوشی به عناصر کمتر سبک تبدیل می‌شوند و سپس این عناصر کمتر سبک با یک‌دیگر همجوشی می‌کنند و به عناصر سنگین تبدیل می‌شوند و باز سپس عناصر سنگین به وجود آمده با یک‌دیگر وارد واکنش همجوشی می‌شوند و عناصر سنگین‌تر را به وجود می‌آورند و این فرایند به شرطی که تعداد کل پروتون‌ها و نوترون‌های حاضر در واکنش ثابت بماند بارها تکرار می‌شود و در هر تکرار مقداری انرژی ناشی از تبدیل ماده به انرژی آزاد می‌شود. البته همواره لازم نیست که اتم‌هایی که همجوشی می‌کنند از یک نوع باشند و این امکان وجود دارد که هسته‌ی جدیداً تولد یافته‌ای در همجوشی با عموهای خود قرار گیرد و هسته‌های جدیدی را همراه با آزاد کردن انرژی به وجود آورد. البته آن‌چه گفته شد از لحاظ نظری امکان وقوع دارد اما در عمل واکنش همجوشی وقتی به این‌گونه به صورت زنجیره‌ای ادامه می‌یابد که تعداد کل پروتون‌ها و نوترون‌های حاضر در واکنش از حد معینی تجاوز نکند. درحقیقت معلوم شده است که همجوشی هسته‌ای در ورای آهن پنجاه و شش دیگر انرژی آزاد نمی‌کند بلکه مصرف کننده‌ی انرژی می‌شود و برای تحقق همجوشی باید از بیرون به واکنش، انرژی تزریق نماییم. در این مرحله اما واکنش شکافت است که انرژی آزاد می‌کند، یعنی با واپاشی اتم سنگین به اتم‌های سبک‌تر، مقداری از جرم تبدیل به انرژی شده و آزاد می‌شود. این فرایندی است که مثلاً به راحتی برای هسته‌ی سنگین اورانیوم دویست و سی و پنج که به همین تعداد هستک یا پروتون و نوترون دارد رخ می‌دهد.
مشخصه‌ی متمایز کننده‌ی واکنش همجوشی هسته‌ای در قیاس با واکنش شکافت این است که لازم است در آن در ابتدا تمهیدی اندیشیده شود که هسته‌های سبک شرکت کننده در واکنش همجوشی نخست، در مقابله با نیروی دافعه‌ی الکتریکی خود، به اندازه‌ی کافی به یک‌دیگر نزدیک شوند و در برد میدان عمل نیروهای هسته‌ای قرار گیرند تا سپس توسط نیروی هسته‌ای کوتاه‌برد اما بسیار قوی بر نیروی دافعه‌ی الکترومغناطیسی غلبه کرده و به یک‌دیگر جذب شوند و انرژی هسته‌ای آزاد کنند. چنین تمهید ابتدایی توسط دمای بسیار زیاد اولیه‌ای که به هسته‌های شرکت کننده در واکنش داده می‌شود تأمین می‌گردد. درواقع یک دمای چند میلیون درجه‌ای به معنای انرژی جنبشی بسیار شدید هسته‌هاست که خود احتمال برخوردهای شاخ به شاخ آنها با یک‌دیگر را بسیار بالا می‌برد. چنین برخوردهایی هسته‌ها را در برد نیرو و ربایش هسته‌ای قرار می‌دهد که متعاقباً هسته‌های جدید تشکیل می‌شوند و انرژی هسته‌ای آزاد می‌شود. چنین دربایستی برای واکنش شکافت وجود ندارد زیرا در این واکنش‌ها اصولاً دافعه‌ی الکترومغناطیسی هسته‌های دختر، خود به پیش‌روی واکنش که در جهت تبدیل هسته‌های سنگین به هسته‌های سبک است کمک می‌کند. سرمایه‌گذاری‌ای که باید در ابتدای واکنش همجوشی به صورت بالا بردن دمای واکنش دهندگان با دادن انرژی ابتدایی صورت دهیم در واکنش‌های گوناگون، متفاوت است و مقدار آن متناسب با حاصل ضرب تعداد پروتون‌های دو هسته‌ی سبک شرکت کننده در واکنش است که قرار است تبدیل به یک هسته‌ی سنگین شوند. به این ترتیب مثلاً این انرژی اولیه‌ی که لازم است برای پیش‌رفت همجوشی به دو هسته از اتم کربن که حاوی شش پروتون است بدهیم سی و شش برابر (یعنی شش ضرب در شش برابر) بیشتر از انرژی لازم اولیه برای پیش‌رفت واکنش همجوشی دو هسته اتم هیدروژن که یک پروتون دارد (و در آن یک ضرب در یک برابر یک می‌شود) است. همین امر خود توجیه کننده‌ی این واقعیت است که چرا عملاً فرایند همجوشی هسته‌ای برای هسته‌هایی که از حد معینی سنگین‌تر باشند با آزاد کردن انرژی هسته‌ای پیش نمی‌رود.
به این ترتیب ملاحظه می‌شود واکنش پر مزیت همجوشی هسته‌ای در آزمایشگاه عملاً تنها برای تبدیل هسته‌های خیلی سبک به هسته‌های سنگین‌تر وقوع یافتنی است. در همین راستا واکنش همجوشی بسیار پراهمیتی وجود دارد که در طی آن دو ایزوتوپ سنگین اتم سبک هیدروژن در طی واکنش تبدیل می‌شوند و به علاوه نوترونی نیز آزاد خواهد شد که نقش بزرگی را در ادامهی فرایندهای زنجیری هسته‌ای به عهده می‌گیرد. این دو ایزوتوپ هیدروژن یکی دوتریم، متشکل از یک پروتون و یک نوترون، و دیگری تریتیم، متشکل از یک پروتون و دو نوترون، است. با کنترل همجوشی هسته‌ایِ این دو در آزمایشگاه، یک هسته‌ی هلیمِ چهار، متشکل از دو پروتون و دو نوترون، و یک نوترون آزاد به وجود می‌آید. برای انجام این واکنش همجوشی بین دوتریم و تریتیم به انرژی اولیه‌ای برابر با چهار هزار الکترون ولت نیاز است. اما نهایتاً انرژی هسته‌ای‌ای که آزاد می‌شود در حدود هفده و شش دهم میلیون الکترون ولت است. مقایسه‌ی این اعداد با یک‌دیگر (فزونی بیش از چهار هزار برابری) به وضوح نشان می‌دهد که آزاد کردن انرژی هسته‌ای از این طریق، به خصوص برای هسته‌های سبک، چقدر پربازده است. (یک الکترون ولت، انرژی‌ای است که الکترونی که تحت اختلاف پتانسیل یک ولت شتابانده شود به دست می‌آورد.) اما چگونه می‌توان چنین انرژی عظیم آزاده شده‌ای را مهار کرده و مورد استفاده قرار داد؟ معمولاً انرژی (آزاد شده) به صورت گرما که همان افزایش انرژی جنبشی ذرات است جلوه‌گر می‌شود. پس بر اثر آزاد شدن این انرژی هسته‌ای، محصولات واکنش که هسته‌های اتم هلیم چهار و نوترون‌های مجرد هستند دچار افزایش در انرژی جنبشی می‌شوند. از آن جا که هسته‌ی هلیم چهار بار سنگین‌تر از نوترون آزاد است علم مکانیک ایجاب می‌کند که بیشترین سهم در حمل انرژی نصیب نوترون آزاد شود. درواقع در حد.د چهارده و یک دهم میلیون الکترون ولت از مقدار مذکور انرژی هسته‌ای آزاد شده (یعنا هفده و شش دهم میلیون الکترون ولت) که در حدود هشتاد درصد انرژی آزاد شده است را نوترون حمل خواهد کرد و بیست درصد بقیه (برابر با سه و نیم میلیون الکترون ولت) توسط هسته‌ی هلیم حمل خواهد شد. در رآکتور هسته‌ای، و در حقیقت بر روی دیواره‌های اتاق واکنش که در آن سوخت هسته‌ای به اصطلاح می‌سوزد، در برابر این نوترون‌های سریع پرده‌های جاذبی قرار داده می‌شود تا آنها را متوقف سازد. این عملِ توقف، مستلزم گرم شدن این پرده‌هاست (که در واقع چیزی شبیه همان گرمای ناشی از اصطکاک است). گرمای آنها به آب داده می‌شود و با تبخیر آب، بخار داغ با فشار بالایی ایجاد می‌شود که از آن به همان شیوه‌های سنتی می‌توان برای به گردش درآوردن توربین مولدهای جریان الکتریکی استفاده کرد و برق تولید نمود.
اما در این جا لازم است یادآوری کنیم که برای شروع این واکنش همجوشی کنترل شده‌ی پر منفعت همان‌طور که قبلاً گفته شد لازم است انرژی اولیه‌ای به مخلوط دوتریم و تریتیوم رسانده شود. این انرژی به صورت گرما، که همان انرژی آشفتگی اتم‌ها و مولکول‌هاست به این مخلوط رسانده می‌شود. پس کافی است مخلوط گرم شود. اما دشواری، میزان دمایی است که این مخلوط برای شروع واکنش نیاز دارد. می‌دانیم مقدار گرمایی که به حجم مشخصی از ماده داده می‌شود به طور متوسط به صورت افزایش انرژی جنبشی بین مولکول‌های ماده تقسیم می‌شود. به این ترتیب اگر مقدار ماده خیلی کم نباشد گرمای زیادی نیاز دارد تا هر مولکول آن به طور متوسط افزایش انرژی جنبشی‌ای برابر با چهار هزار الکترون ولت (که چنان که گفته شد برای شروع واکنش همجوشی لازم است) به دست آورد. نسبتی که بین افزایش دما و افزایش انرژی وجود دارد به گونه‌ای است که لازم است دمای مخلوط در حدود ده میلیون درجه افزایش یابد تا یک انرژی متوسط هزار الکترون ولتی برای هر ذره به دست آید. به بیان دیگر لازم داریم بهایی در حد تأمین یک دمای چهل میلیون درجه‌ای را برای شروع واکنش همجوشی هسته‌ای دوتریم و تریتیم بپردازیم. چنین دمایی قادر خواهد بود انرژی جنبشی اولیه‌ی لازم چهار هزار الکترون ولتی را برای هر ذره تأمین کند، تا آنها بتوانند بر دافعه‌ی الکترومغناطیسی ناشی از بار الکتریکی مثبت پروتون‌ها فائق آمده و ذرات را به اندازه‌ی کافی به هم نزدیک کنند تا در دام نیروی هسته‌ای یک‌دیگر قرار گیرند. در آن حال نیروهای هسته‌ای وارد عمل شده و همجوشی صورت گرفته و انرژی عظیمی آزاد می‌شود. البته انرژی لازم چهار هزار الکترون ولت حداقل انرژی لازم برای شروع واکنش است، اما چنان که در عمل مشاهده می‌شود برای حصول بازدهی خوب بهتر است انرژی اولیه‌ای بیش از این مقدار، و ترجیحاً بنابر پیشنهاد کارشناسان، در حدود ده هزار الکترون ولت باشد که مستلزم ایجاد دمای صد میلیون درجه‌ای است. سؤالی که در این‌جا مطرح می‌شود این است که در چنین دمای بسیار بالایی ماده دارای چه کیفیتی است.
چنان که سنتاً از فیزک می‌دانیم سه حالت مشخص برای ماده تعریف می‌شود که عبارتند از حالات جامد، مایع، و گاز. به بیان دقیق‌تر هر چه دمای ماده‌ای نسبت به صفر مطلق (صفر درجه‌ی کلوین)، که در آن نظراً مولکول‌ها یا ذرات ماده دارای هیچ انرژی جنبشی‌ای نیستند، افزایش یابد انرژی جنبشی متوسط ذرات ماده افزایش می‌یابد زیرا بر حسب تعریف، دمای یک ماده متناسب است با انرژی جنبشی متوسط ذرات ماده. بر حسب نیروهای بین مولکولی ذرات ماده و شرایط فیزیکی دیگر، حالات ماده با افزایش انرژی جنبشی ذرات آن تغییر می‌کند. عموماً چنین است که جاذبه‌ی بین مولکولی ذرات، ماده را به صورت صلب و جامد نگاه می‌دارد مگر این که انرژی جنبشی ذرات آن یا به عبارتی دمای ماده آن قدر افزایش یابد که تا حدودی بر جاذبه‌ی مولکولی بین ذرات غلبه کند و آنها دیگر حالت صُلبی نداشته باشند و روان یا مایع شوند. با افزایش باز هم بیشتر انرژی جنبشی مولکول‌ها یا دمای ماده، ذرات آن‌قدر نیرو می‌گیرند که بتوانند به صورت گاز درآیند. در صورتی که دمای ماده بسیار زیاد شود (عموماً بیشتر از ده هزار درجه)، انرژی جنبشی ذرات آن‌قدر زیاد می‌شود که تحت تأثیر آن برای الکترون امکان ماندن در کنار هسته وجود ندارد و از اتم جدا می‌شود. به عبارت دیگر در چنین دماهایی انرژی به اجزای اتم نیز منتقل می‌شود و لذا اتم‌ها همگی با از دست دادن الکترون یونیده می‌شوند. این حالتِ طبیعی چهارم ماده است که به آن پلاسما گفته می‌شود. این حالت ماده بر روی زمین (جز در آذرخش‌ها یا تخلیه‌های الکتریکی صورت گرفته در گازها) چندان شایع نیست در حالی که تقریباً تنها صورت ممکن ماده در گرماهای ستاره‌ای است.
به خاطر وجود بسیار زیاد جرم در ستارگان، پلاسما در آن‌جا هم‌چسبی یا تجمع خود را تحت تأثیر گرانش عظیم آن‌جا حفظ می‌کند. بر روی زمین وجود چنان ثقل عظیمی برای در خود محدود کردن پلاسمای تولیدی موضوعیت خود را از دست می‌دهد. سؤالی که مطرح می‌شود این است که این پلاسمای ایجاد شده را در کجا نگاه داریم و در چه دیگی محدود سازیم، و اصلاً چه دیگ یا ظرفی تحمل دمای صد میلیون درجه را دارد و پلاسما را سرد نمی‌کند؟
در حال حاضر این معضل بزرگی برای دانشمندان است زیرا هرچند ایجاد دمای صد میلیون درجه‌ای برای پلاسما خود کار بزرگ و مشکلی است اما انجام این کار بزرگ کافی نیست و لازم است پلاسما در این دما فرصت تولید انرژی داشته باشد یا به عبارتی لازم است مدتی به اندازه‌ی کافی طولانی در این دما باقی بماند و در این‌جاست که مشکل، یافتنِ ظرف یا دیگی است که تحمل این آش صد میلیون درجه‌ای را داشته باشد. برای انجام همجوشی باید پلاسما را داغ کنیم و بگذاریم در دمای بالایی که به آن می‌دهیم دم بکشد. در صورتی که پلاسما در این دمای بالا به اندازه‌ی کافی باقی نماند تعداد واکنش‌های همجوشی صورت گرفته کم و ناکافی خواهد بود به گونه‌ای که ممکن است حتی برای جبران همان گرمای داده شده به پلاسما نیز کافی نباشد. بنابراین باید به نحوی پلاسما را از نظر گرمایی عایق‌بندی نماییم تا در تماس با دیواره‌های ظرفی که آن را دربر دارد سرد نشود. پرسش اساسی این است که تا چه مدتی باید دمای اولیه‌ی لازم برای شروع واکنش همجوشی برای پلاسما تأمین شود. این مسأله به ضرب سه پارامتر بستگی دارد: نخست مقدارِ خودِ دمای لازم اولیه برای پلاسماست، دوم چگالی یا تعداد بر حجم هسته‌های دوتریم و تریتیم شرکت کننده در واکنش است، و سوم زمانی است که پلاسما در این شرایط محبوس می‌ماند یا به عبارتی زمانی است که در طول آن درون گرم پلاسما در حالت تماس با خود باقی می‌ماند. بنابر تعریف، حاصل ضرب دو پارامتر اول هم‌ارز فشار است و معمولاً برحسب اَتمسفر بیان می‌شود. بنابر آن‌چه محاسبات نشان می‌دهند برای حصول نقطه‌ی تعادل تراز انرژی، یعنی نقطه‌ای که انرژی آزاد شده‌ی ناشی از انجام واکنش همجوشی هسته‌ای آن‌قدر زیاد شده است که برابر با انرژی گرمایی داده شده به مخلوط دوتریم و تریتیم برای تحریک آنها به شروع واکنش شود، لازم است که حاصل ضرب این سه پارامتر برابر با یک اتمسفر-ثانیه شود. در این حال گفته می‌شود که شکست تحقق یافته است. اما رسیدن به این نقطه‌ی تعادل یا به اصطلاح تحقق شکست، تنها گام اول است و لازم است به یاد داشته باشیم که هدف مورد نظر کسب سود از انجام واکنش همجوشی است و این وقتی حاصل می‌شود که مسلماً انرژی به دست آمده از واکنش همجوشی هسته‌ای (خیلی) بیش از انرژی داده شده به آن برای شروع واکنش باشد. به این منظور لازم است نخست از نقطه‌ی تعادل به سمت نقطه‌ی شعله‌وری عزیمت کنیم. در نقطه‌ی شعله‌وری واکنش‌های همجوشی هسته‌ای خودنگهدار می‌شوند، به این معنا که انرژی به دست آمده ناشی از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای آن‌قدر زیاد هست که دیگر نیازی نیست ما از خارج برای تداوم عمل واکنش به مخلوط انرژی تزریق کنیم. در این حال می‌توان گفت که عملاً انرژی‌ای که هسته‌های هلیم تازه به وجود آمده می‌گیرند به دیگر هسته‌های دوتریم و تریتیوم باقی مانده برای تحریک آنها به انجام واکنش داده می‌شود و انرژی بیشتری که توسط نوترون‌های آزاد حمل می‌شود به آب منتقل شده و در رآکتور از آن برای تولید برق استفاده می‌شود. پس نقطه‌ی شعله‌وری نقطه‌ی کاری مهمی در رآکتورهای همجوشی است. محاسبات نشان می‌دهد که برای تحقق شعله‌وری، لازم است حاصل ضرب سه پارامتر فوق‌الذکر به هشت اتمسفر-ثانیه برسد. در این حال گویا مکانیسم سوخت ستاره‌ای بازسازی می‌شود و سوخت و ساز پلاسما که به تدریج با دوتریم و تریتیم تغذیه می‌شود می‌تواند به طور خودپایدار تا ساعت‌ها ادامه پیدا کند. پس حصول دو مرحله‌ی شکست و شعله‌وری در انجام واکنش کنترل شده‌ی همجوشی هسته‌ای از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
امروز در رابطه با رسیدن به این مراحل ما در کجا قرار داریم و تحقیقات ما به چه نتایجی رسیده‌اند؟ و نیز چه تعداد از دیگ جوش‌های فوق‌اذکر را توانسته‌ایم بسازیم و مورد استفاده قرار دهیم؟ در این راه مشکلات فن‌آوری کدام بوده و هستند؟ آیا قادر به فائق آمدن بر همه‌ی آنها شده‌ایم؟ و چرا به همان گستردگی که از انرژی آزاد شده‌ی ناشی از واکنش هسته‌ای شکافت، علیرغم مضرات جانبی آن استفاده می‌کنیم، هنوز نتوانسته‌ایم انرژی هسته‌ای پاکیزه‌ی ناشی از واکنش همجوشی هسته‌ای را مورد استفاده قرار دهیم؟ این‌ها پرسش‌هایی است که سعی می‌نماییم تا جایی که ممکن است در این‌جا به آن.ها پاسخ دهیم. اما قبل از آن لازم است به یک نظریه، که تقریباً تا حدودی غیرمتعارف است اما ارزش توجه به آن را دارد، در زمینه‌ی ماهیت انرژی هسته‌ای از هر دو نوع مذکور توجه کنیم.
این نظریه بیان می‌دارد که درواقع واکنش همجوشی هسته‌ای از همان نوع واکنش شکافت هسته‌ای است که در شرایط زوری و سخت‌تری عملی می‌شود. در توضیح این مطلب لازم است نخست به توضیح فرایند واکنش شکافت هسته‌ای آن‌گونه که توسط این نظریه تبیین می‌شود بپردازیم. بر اساس این نظریه هستک‌ها در هسته‌ی یک اتم به گونه‌ای در هم گیر افتاده‌اند. درواقع آن‌چه در بالا درمورد نیروهای بسیار قوی اما بسیار کوتاه‌برد هسته‌ای توضیح دادیم در این نظریه با نوعی حالت گیر افتادگی مکانیکی یا قفل شدگی مکانیکی هسته‌ها در هم‌دیگر جایگزین می‌شود. گویا هستک‌های کاملاً صُلب و سخت دارای شکل‌های احتمالاً قلاب‌گونی هستند که می‌توانند در هم‌دیگر قلاب شوند و سختیِ آنها آن‌قدر هست که می‌توانند درحالی که در یک‌دیگر قلاب شده‌اند نیروی دافعه‌ی الکترستاتیکی بین خود را تحمل کنند و نشکنند. در این حال روشن است که انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی عظیمی در آنها ذخیره می‌شود. به نظر می‌رسد مکانیسم قلاب شدگی بین هستک‌ها برای تشکیل هسته علیرغم نیروی دافعه‌ی عظیم بین آنها و این که تحت تأثیر چه عواملی نخستین بار در طبیعت چنین اتفاقی افتاد در این نظریه به همان اندازه کم توضیح داده شده است که در نظریه‌ی متداول نیروی هسته‌ای کوتاه‌برد در مورد آن کم توضیح داده شده است زیرا در این نظریه‌ی اخیر نیز هنوز دقیقاً روشن نیست چرا هستک‌ها اول بار علیرغم نیروی دافعه‌ی عظیم بین خود با هم ترکیب شده و هسته‌ها را به وجود آورده‌اند. به هر حال علت هر چه باشد نظریه‌ی مورد بحث قائل به این است که فرایند قلاب شدگی باعث حبس انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی عظیمی در هسته‌ها شده است. در بسیاری از هسته‌ها این حالت قلاب شدگی نسبتاً پایدار است و در شرایط متعارف قلاب‌ها باز نمی‌شوند. اما قابل تصور است که با افزایش تعداد هستک‌های دارای بار الکتریکی مثبت نیروی دافعه‌ای که یک هستک قلاب شده از طرف دیگر هستک‌های مثبت احساس می‌کند افزایش می‌یابد و این به زبان ساده یعنی این‌که هر چه هسته سنگین‌تر شود نیروی دافعه یا نیروی متمایل به واپاشاندن که هر هستک احساس می‌کند افزایش می‌یابد و این احتمال واپاشی هسته به هسته‌های عناصر سبک‌تر را افزایش می‌دهد. به زبان دیگر تحت این نیروی دافعه‌ی افزایش یافته این احتمال افزایش می‌یابد که قلاب‌ها تحت تأثیر جنبش‌هایی که به هر حال مثلاً صورت گرمایی یا برخوردی دارند باز شوند. با باز شدن قلاب‌ها، ناگهان انرژی پتانسیل عظیم الکتروستاتیکی ذخیره شده آزاد شده و به صورت افزایش انرژی جنبشی هستک‌های آزاد شده ابقا می‌شود. از نظر این تئوری، این انرژی عظیم آزاد شده همان انرژی هسته‌ای است. فرایندی که گفته شد مربوط به واکنش شکافت است که در طی آن عناصر سنگین به عناصر سبک وامی‌پاشند و انرژی عظیمی آزاد می‌شود. این تئوری برای این هسته‌های سنگین که چنان که گفته شد به دلیل افزایش نیروی دافعه در آنها مستعد واپاشی (خود به خودی) هستند قائل به ضرورت انرژی اولیه‌ی زیادی برای شروع واکنش نیست و اعتقاد دارد در بسیاری موارد همان حرکت‌های گرمایی معمول برای باز کردن قفل‌های قلاب‌های متلاطم کفایت می‌کند. اما برای هسته‌های سبک‌تری مثل هلیم که در آن هستک‌های آن نیروی دافعه‌ی عظیم گفته شده (ناشی از تعدد فراوان دیگر هستک‌ها) را تحمل نمی‌کنند تمایل به باز شدن (خود به خودی) قلاب‌ها به شدت کاهش می‌یابد و بنابراین برای بازکردن قفل‌ها یا قلاب‌ها نیاز به انرژی راه‌انداز بسیار زیادتری است و همین امر نیاز به انرژی راه‌انداز فراوان اولیه در واکنش‌های همجوشی هسته‌ای را توجیه می‌کند. پس از این منظر، دو واکنش شکافت و همجوشی از یک ماهیت یا کیفیت، منتهی با کمیت‌های مختلف هستند.
نقطه‌ی اصلی درگیری این تئوری با نظریات رایج فیزیک هسته‌ای درواقع موضوع واکنش دهندگان و محصولات واکنش در فرایندهای شکافت و همجوشی است. چنان‌که در توضیح این نظریه دیده می‌شود این نظریه مستلزم این است که حتی در فرایند موسوم به واکنش هسته‌ای همجوشی، این هسته‌ی سنگین‌تر هستند که به هسته‌های سبک‌تر وامی‌پاشند نه برعکس (آن‌چنان که فیزیک هسته‌ای متداول آن‌چنان که در این مقاله نیز تشریح شد بدان قائل است). در توضیح این امر، این نظریه بیان می‌دارد که فرایندهای آزمایشی هسته‌ای آن‌چنان توأم با پیچیدگی و مملو از انرژی هستند که عملاً کنترل دقیق کمی واکنش دهندگان و محصولات واکنش در این‌گونه آزمایش‌ها، حداقل به آن راحتی که در واکنش‌های شیمیایی معمولی ممکن است، ممکن نیست و این به ویژه در فرایند واکنش هسته‌ای موسوم به همجوشی که در طی آن انرژی عظیمِ معمولاً کمتر قابل مهاری آزاد می‌شود صادق است. آن‌چه که اتفاق می‌افتدتنها این است که ما بیشتر در آن دیگ جوشان واکنش هسته‌ای ناظر بر وجود هسته‌هایی از انواع مختلف هستیم و می‌دانیم تبدیلی یا تبدیل‌هایی صورت گرفته و انرژی‌های فراوانی آزاد شده است اما شرایط، اجازه‌ی کنترل کمی هسته‌های مختلف قبل و بعد از واکنش را نمی‌دهد. به بیان ساده‌تر، ما شاهد حضور همیشگی (قبل و بعد از واکنش) هلیم و هیدروژن در دیگ جوشان خورشید (یا حتی در رآکتوری هسته‌ای بر روی زمین) هستیم بدون این‌که امکان کنترل کمی آنها را داشته باشیم. پس در چنین شرایطی این که این هسته‌های هیدروژن بوده‌اند که تبدیل به هسته‌های هلیم شده‌اند یا این هسته‌های هلیم بوده‌اند که تبدیل به هسته‌های هیدروژن شده‌اند را عمدتاً روال نظری تئوری و نه یک گزارش کمی آزمایشگاهی تعیین می‌کند، روالی که بر حسب نظریات رایج فیزیک هسته‌ای دوتریم و تریتیم را به واکنش همجوشی برای تولید هلیم و نوترون آزاد وامی‌دارد و بنابر این نظریه‌ی غیر متعارف، قلاب‌های هستک‌های هلیم را با دادن انرژی راه‌انداز می‌گشاید تا هسته‌های هیدروژن به وجود آیند. این نظریه، انرژی هسته‌ای آزاد شده را محرکی برای ادامهی زنجیره‌ای واپاشی‌های بیشتر هلیم می‌داند (یعنی انرژی‌های آزاد شده، انرژی‌های اولیه‌ی راه‌انداز دیگر واکنش‌ها را تأمین می‌کنند و این وضعیت به طور زنجیره‌ای گسترش می‌یابد). و به این ترتیب دیگر نیازی به فرض وجود نوترون آزاد برای ادامهی زنجیره‌ای واکنش نیست. به هر حال هرچند نکات برانگیزنده و آموزشی فراوانی در مطالعه‌ی این نظریه‌ی جدید در مقایسه با نظریات متدوال با همه‌ی نقاط ضعف و قوت آنها وجود دارد تکمیل و تصحیح آن نیاز به انجام کنترل شده‌ی آزمایش‌های هسته‌ای چندی دارد که امید است با پیش‌رفت‌های فن‌آوری امروز امکان انجام آنها فراهم شود. این نظریه هم‌چنین مستلزم نکته‌ی علمی ظریف (اما البته اثبات نشده‌ی) دیگری نیز هست که ذکر آن در این‌جا آموزنده است. هم‌چنان که نظریه‌ی تقریباً اثبات شده‌ی بیگ بنگ اِشعار می‌دارد، کیهان قبل از انفجاری که باعث واپاشی و پخش و گسترش آن که هنوز هم ادامه دارد (و گرایش به سمتِ قرمزِ طیف دریافتی تابش اجرام سماوی، دور حکایت از آن دارد) گردید به صورت بسته و منقبض و بسیار چگال وجود داشته است. بنا بر این نظریه، هستک‌ها و پروتون‌های مجزا نیز در این حال به هم فشرده شده و علیرغم نیروی دافعه‌ی قوی موجود بین آنها در تجمع‌های گوناگون در هم گیر افتادند یا قفل شدند و به این ترتیب هسته‌های عناصر مختلف به وجود آمدند. پس از آن انفجارِ بزرگ اولیه که منجر به انبساط عالم شد نه تنها مجموعه‌های بزرگ مولکولی مواد به نام اجرام سماوی به اطراف محل انفجار پرت شدند و دچار انبساط گردیدند که خود هسته‌های گوناگون نیز تحت تأثیر انبساط، تمایل به واپاشی پیدا کردند که البته آن‌چه غالباً مانع آنها می‌شد همان گیر افتادگی یا چفت شدگی یا قلاب شدگی هستک‌ها در یک‌دیگر بود. اما به هر حال در دوره‌ی کنونی کیهان که دوره‌ی انبساط است تمایل عمومی بر واپاشی یا شکافت هسته‌هاست بر خلاف دوره‌ی احتمالی انقباض آینده‌ی مجدد عالم که قاعدتاً تمایل در آن دوره همجوشی یا گیر افتادگی هستک‌ها در یک‌دیگر برای ایجاد هسته‌های سنگین خواهد بود. موضوعی که در رابطه با گرایش فعلی هسته‌ها به واپاشی و شکافت گفته شد با موضوع آنتروپی کیهان مشابهت دارد که در آن، روی گرایش عالم به سمت بی‌نظمی بحث می‌شود. به این ترتیب می‌توان گفت که وجود هر هسته‌ی عنصری سنگین‌تر از هیدروژن در ستارگان حکم سوخت آن ستاره را دارد زیرا گرمای ستاره به تدریج در حال باز کردن قفل‌های هستک‌های هسته‌های آن عنصر و آزاد کردن انرژی پناسیل عظیم الکتروستاتیکی نهفته در آن است. بدیهی است که به این ترتیب، تمام شدن سوخت ستاره هم‌زمان خواهد بود با تبدیل تمام مواد درون آن به هیدروژن. بررسی‌های نجومی در این زمینه می‌تواند سنگ محکی برای ارزیابی این تئوری باشد.
در این جا به توضیح مطالبی در رابطه با تکنولوژی‌های موجود هسته‌ای در جهت روشن‌تر ساختن پاسخ پرسش‌هایی که قبلاً مطرح نمودیم می‌پردازیم. یکی از فرایندهای هسته‌ای همجوشی صورت گرفته توسط ماشین غول‌آسای توکاماک بوده است. توکوماک کلمه‌ای روسی به معنای جریان مغناطیسی است. بخش اساسی این ماشین عظیم الجثه را یک راهروی چنبره‌ای تشکیل می‌دهد که میدان‌های مغناطیسی شدیدی در آن برقرار می‌شود و با تحریک‌های انجام گرفته توسط این میدان‌ها پلاسما در مدت زمانی حداقل دو ثانیه‌ای تا بیش از سی صد میلیون درجه گرم می‌شود. این وضعیت باعث همجوشی هسته‌ای اتم‌های سبک می‌شود. نخستین نتیجه‌ی عملی گرفته شده از این ماشین دقیقاً همین انجام واکنش همجوشی هسته‌ای بوده است. واکنش همجوشی هسته‌ای در این ماشین، که توسط فیزیک‌دانان روسیه در پایان دهه‌ی هزار و نهصد و پنجاه میلادی راه‌اندازی شد، به صورت کنترل شده‌ای پیش می‌رود. پلاسما در توکاماک در اثر تخلیه‌ی جریان الکتریکی در مخلوط گازی دوتریم-تریتیم به وجود می‌آید و در درون دیواره‌های مغناطیسی و غیر مادی میادین مغناطیسی از نظر گرمایی عایق‌بندی می‌شود. برای توضیح علت وجودی این دیواره‌های مغناطیسی، و در واقع الکترومغناطیسی، باید به قوانین نظریه الکترومغناطیس توجه کنیم به ویژه در قسمتی که مربوط به فرم نیروی وارد به ذرات باردار متحرک در میدان‌های مغناطیسی است. برای درک بهتر مطلب باید یادآور شویم که بر یک بار الکتریکی که با سرعتی عمود بر یک میدان مغناطوستاتیکی وارد این میدان می‌شود نیرویی وارد می‌شود که هم عمود بر جهت میدان مغناطیسی و هم عمود بر جهت سرعت ورود بار به میدان است. تحلیلی ریاضی و مکانیکی نشان می‌دهد که تداوم حرکت این بار در این میدان به صورت مسیری دایره‌ای با سطحی عمود بر میدان مغناطیسی است.
پس ذره یا یون بارداری که در چنین میدان مغناطیسی‌ای دارای سرعتی عمود بر جهت میدان یکنواخت مغناطیسی باشد در مسیری دایره‌ای در این میدان (که سطح آن عمود بر جهت میدان است) به صورت پایدار حرکت خواهد کرد بدون این که این میدان را ترک کند. گویی دیواره‌ای نامرئی جلوی خروج آن از میدان را می‌گیرد. روشن است که گردش مداوم ذره‌ی باردار در همان مسیر باعث ایجاد گرمای متمرکز فزاینده‌ای در آن مسیر می‌شود و دما را در آن‌جا به نحوا فزاینده‌ای بالا می‌برد. اما آن‌چه گفته شد حالتی ایده‌آل است که یون‌های پلاسما در آن با سرعت‌های مساوی که همگی عمود بر جهت میدان مغناطیسی است وارد میدان می‌شوند در حالی که در عمل که پلاسما در اثر تخلیه‌ی الکتریکی به وجود می‌آید ذرات باردار دارای سرعت‌های مختلف هستند. برای این که بتوانیم وضعیت را در این حالت مجسم کنیم یک ذره‌ی باردار را در نظر می‌گیریم که دارای سرعتی است که نه تماماً عمود بر جهت میدان مغناطیسی است و نه تماماً به موازات آن است. در این حال، سرعت آن را می‌توانیم به دو مؤلفه تجزیه کنیم که یکی عمود بر جهت میدان است و به ذره حرکتی دایره‌ای حول راستای میدان می‌دهد و یکی به موازات میدان مغناطیسی است و باعث انتقال ذره‌ی باردار در طول و به موازات میدان مغناطیسی می‌شود. بدیهی است که ترکیب این دو حرکت عبارت خواهد بود از حرکتی مارپیچی که در طی آن ذره‌ی بار داری حول خط میدانی از این میدان مغناطیسی پیش می‌رود. روشن است که چنین حرکتی بر خلاف حرکت دایره‌ای تکرار شونده روی خود نمی‌تواند باعث تمرکز گرما و ازدیاد دما شود زیرا در طی آن ذرات باردار بدون این‌که در مسیرهای تکراری بیافتند از محل ایجاد پلاسما دور می‌شوند. شگردی که در ماشین توکاماک به کار گرفته شده است این است که ترتیبی داده شده است که خط میدانی که حرکت‌های مارپیچی ذرات باردار چنان‌که توضیح داده شده گرد آن پیش‌روی می‌کند نه یک خط مستقیم که دایره‌ی بزرگ بسته‌ای باشد که همان محور راهروی چنبره‌ای این دستگاه است. به این ترتیب میدان مغناطیسی گردی که در چنبره‌ی این دستگاه، که درواقع حلقه‌ای توخالی با سطح مقطعی دایره‌ای است، ایجاد می‌شود باعث می‌شود ذرات باردار ایجاد شده بر اثر تخلیه‌ی الکتریکی با سرعت و به صورت مارپیچی حول محور مرکزی راهرو این حلقه بارها و بارها حجم این راهرو را طی کنند و بر روی مسیرهای خود یا هم‌نوعان خودشان به تکرار حرکت بپردازند و به این ترتیب گرما و متعاقب آن دمای فوق العاده زیادی ایجاد کنند بدون این‌که برای آنها فرصت یا امکان گریزی از این چنبره باشد و بدون این که تماسی مکانیکی با دیواره‌ای سرد کننده داشته باشند. وضعیتِ تکرار مسیر و تشدید حرکت در این ماشین که ازدیاد دما را به دنبال دارد مشابه با عملیات تشدید در لوله‌ی لیزر است که در آن موج الکترومغناطیسی به وجود آمده از انجام تخلیه‌ی الکتریکی در درون لامپ لیزر به خاطر وجود دو آینه‌ی کاملاً موازی و عمود بر طول لوله و نصب شده در دو انتهای لوله‌ی لیزر به طور نامحدودی بر روی خودش بازتاب و باعث تشدید موج تا حدی می‌شود که موج تقویت شده دارای چنان شدتِ جای‌گزیده‌ای می‌شود که می‌تواند از یکی از آینه‌ها که کمتر کدر است به بیرون راه یابد و مورد استفاده قرار گیرد.
آن‌چه در بالا در مورد طرح عمل توکاماک گفته شد تقریباً حالتی ایده‌آل دارد. اما در عمل چون به هر حال میدان مغناطیسیِ ایده‌آل یکنواخت مستقیم، به منظور تکرار پذیر کردن مسیرها خم شده است مکانیسم واقعی عمل پیچیده‌تر است زیرا به هر حال یون‌ها تحت تأثیر انحنای چنبره مجبورند به انحراف اضافه‌ی قائمی نیز تن دهند. چنین انحرافی این احتمال را به وجود می‌آورد که یون‌ها در تماس با دیواره‌های جامد قرار گیرند و سرد شوند. برای پرهیز از چنین وضعیتی لازم است چنین انحرافی را توسط میدان مغناطیسی دیگری خنثی نماییم. برای این کار لازم است خطوط میدان این میدان مغناطیسی تصحیح کننده‌ی دوم هم‌چون مارپیچ‌هایی به دور چنبره، یا همان حلقه‌ی توخالی، باشند. از این رو به چنین میدانی، قطب‌واره‌ای گفته می‌شود. برایند میدان مغناطیسی اصلی چنبره و این میدان تصحیحی هم‌چنان دارای خطوط میدانی مارپیچی در درون چنبره است منتهی توزیع آن به گونه‌ای است که مانع نشت ذره‌ی باردار از درون چنبره می‌شود. درواقع این‌گونه است که تحت این شرایط از محور چنبره به طرف سطح خارجی چنبره یک رشته سطح مغناطیسی چنبره‌ای درون یک‌دیگر که شبیه لایه‌های متوالی پوست است تشکیل می‌گردد. چنین فرمی بر طبق محاسبات، ایجاب می‌کند که ذرات پلاسمایی که در معرض آن قرار گرفته‌اند را در معرض یک فشار مغناطیسی قرار دهد به گونه‌ای که این فشار هر چه از سطح‌های داخلی دور و به سطح‌های خارجیِ نزدیک دیواره‌های چنبره نزدیک شویم افزایش یابد. همین فشار مغناطیسی است که نقش جبران کنندگی فوق الذکر را بازی می‌کند. برای درک عینی‌تر مطلب بهتر است به جای ماشین توکاماک، فعلاً ماشین طراحی شده برای همجوشی هسته‌ای که توسط جامعه‌ی اروپا در کالهام نزدیک آکسفورد ساخته شد و از سال هزار و نهصد و هشتاد و سه میلادی در حال کار است و نام جت به داده شده است را در نظر گیریم. قلب جت چنبره‌ای است که برخلاف چنبره‌ی توکاماک دارای سطح مقطعی دایره‌ای نیست بلکه سطح مقطع آن به شکل D است و دارای عرضی دو نیم متری است. وضعیت به گونه‌ای چیده شده که خط راست D به طرف مرکز چنبره باشد. طول این خط راست در حدود چهار متر است. شعاع کوچک چنبره در حدود یک و دو دهم متر و شعاع بزرگ آن در حدود سه متر است و حجم کل آن در حدود صد و پنجاه متر مکعب است. در این چنبره تنها در حدود یک تا دو گرم سوخت گرما هسته‌ای که تاکنون بیشتر دوتریم بوده است به صورت گازی شکل وارد می‌کنند. با گذراندن جریان الکتریکی شدیدی، حاصل از القای ایجاد شده توسط یک ترانسفورماتور، از این گاز، آن را یونیزه می‌کنند. پیچک‌های مسیِ یک آهن‌ربای الکتریکی که در مرکز فضای آزاد خارجی در وسط چنبره قرار داده می‌شود نقش ترانسفورماتور اولیه را بازی می‌کند. میدانی مغناطیسی در مدار آهنی درون پیچک‌ها بر اثر اولین جریانی که از این پیچک‌ها می‌گذرد به وجود می‌آید. به نوبه‌ی خود، این میدان، گذر جریانی القایی در پلاسما را باعث می‌شود که نقش دومین جریان ترانسفورماتور را بازی می‌کند و ماکزیمم شدت آن هفت میلیون آمپر است. درست همین جریان است که مؤلفه‌ی قطب‌واره‌ی میدان مغناطیسی را به وجود می‌آورد در حالی که توسط میدان مکمل قطب‌واره‌ی دیگری، تعادل، شکل و وضع پلاسما به گونه‌ای حفظ می‌شود. این میدان مکمل نوسط پیچک‌های افقی بزرگی واقع بر گرد چنبره ایجاد می‌شود. پیچک‌های قائمی که دارای شکل Dوار چنبره هستند نیز مؤلفه‌ی چنبره‌ای میدان را به وجود می‌آورند. شدت برآیند این مؤلفه‌های مختلف، که در مجموع میدان مارپیچی مطلوب را به وجود می‌آورند، در حدود سه و نیم تسلاست.
این اثر ژول جریانی که از پلاسما می‌گذرد است که باعث می‌شود پلاسما هم‌چون هر رسانای دیگری که حامل جریان الکتریکی است مستقیماً گرم شود. با این حال به کارگیری دو روش کمکی دیگر باعث تکمیل این روش گرمادهی می‌شود. یکی از این روش‌ها تزریق اتم‌های خنثای دوتریم با سرعت زیاد است و دیگری روشی است که در طی آن امواج پربسامدی دارای فرکانسی بین بیست و پنج تا پنجاه و پنج هرتز جذب پلاسما می‌شوند. به این ترتیب کل توان گرمادهی نصب شده روی جت در حدود چهل میلیون وات است. به این ترتیب روی هم رفته بزرگ‌ترین مقدار به دست آمده برای حاصل ضرب جوش، که قبلاً در مورد آن توضیح داده شد، برای جت چیزی در حدود شرایط شکست است که چنان‌که گفته شد در آن انرژی آزاد شده‌ی ناشی از همجوشی هسته‌ای برابر با انرژی راه‌انداز تزریق شده به پلاسماست. برای دوتریمِ تنها نیز تقریباً همین نتایجِ مربوط به شکست با مخلوط دوتریم-تریتیم به دست می‌آید. تحت این شرایطِ ماکزیمم دمای به دست آمده‌ی سیصد و بیست میلیون درجه‌ای که مربوط به یک انرژی بیست و هشت هزار الکترون ولتی است برای زمانی در حدود یک و هشت دهم ثانیه ثبت شد. با حصول چنین دمای راه‌اندازی روز تاریخی نهم نوامبر هزار و نهصد و نود و یک برای جت فرا رسید که با تزریق گاز به آن عملاً فرایند همجوشی هسته‌ای در آن صورت گیرد. در آن روز، مخلوطی از دو دهم گرم دوتریم و یک و نیم گرم تریتیم به دستگاه که به دمای فوق رسیده بود تزریق شد و دو ثانیه پس از این جوش، یا درواقع همجوشی هسته‌ای، دو میلیون وات انرژی به دست آمد که درواقع اولین دو میلیون واتی بود که برای رسیدن به مرحله‌ی شکست لازم بود. از آن پس، آزمایش‌ها با مخلوطی پنجاه پنجاه از دوتریم و تریتیم برای حصول شکست واقعی ادامه یافت. نتایج به دست آمده از جت گرچه قاطعانه نبود اما خشنودکننده بود و این ماشین را در رقابت با حریفان امریکایی، ژاپنی، و روسی خود قرار داد. به هر حال هدف اساسی این ماشین‌ها رد شدن از مرحله‌ی شکست به منظور تحقق مرحله‌ی شعلع‌وری است. نتایج به دست آمده از جت، تعیین‌کننده‌ی نسل بعدی توکاماک به منظور تحقق شعله‌وری بود. ساخت چنین ماشین‌هایی بسیار پرهزینه و زمانبر هستند. هدف این است که پس از حصول مرحله‌ی شکست توسط جت، و پس از حصول مرحله‌ی شعله‌وری توسط یک رآکتور آزمایشی گرم هسته‌ای بین المللی به نام ایتر، نهایتاً رآکتورهای گرما هسته‌ای مهندسی ساخته شود که هدف از ایجاد آنها تولید الکتریسیته‌ی گرما هسته‌ای است، چیزی که هنوز عملاً ممکن نشده است.
چنان‌که دیدیم این توکاماک روسی بود که نخستین بار انجام همجوشی هسته‌ای را به طور مصنوعی توسط انسان ممکن ساخت. در آن ماشین چنان‌که دیدیم پلاسما در میدان مغناطیسی داغ می‌شد و انرژی راه‌اندازِ مورد نیاز برای فرایند همجوشی هسته‌ای را فراهم می‌نمود. این باز روس‌ها بودند که طرح جدیدی این بار توسط لیزر برای تأمین انرژی راه‌انداز همجوشی هسته‌ای ریختند. درواقع مشابهتی که بین فرایند فوق الذکر ایجاد گرمای مغناطیسی و فرایند تشدید لیزری وجود دارد و به این مشابهت در بالا اشاره شد این فکر را به ذهن دانشمندان خطور داد که احتمالاً در صورتی که مخلوط گاز دوتریم-تریتیوم را هدف پرتوهای لیزری پرقدرتی قرار دهند قادر خواهند بود دمای مخلوط را به حد مورد نیاز برای شروع واکنش همجوشی هسته‌ای برسانند. روشی که آنها در این زمینه در پیش گرفتند شبیه چکش‌کاری نوری کپسولی حاوی مخلوط گاز دوتریم-تریتیوم به منظور منفجر کردن آن است.
با شلیک‌های پرتراکم و پرشدت لیزری که فوتون‌های آن با سرعت سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه به طور هم‌زمان از جهات مختلف به هدفی کم حجم از دوتریم-ترتیم کوبیده می‌شوند دستیابی به دمای جوش هسته‌ای در مدتی در حدود یک میلیاردم ثانیه ممکن می‌شود. در این حال مخلوط گاز بلافاصله به حالت پلاسمای گرما هسته‌ای، که در آن شرایط دما و چگالی پلاسما و زمان مرزبندی برای انجام واکنش هسته‌ای مناسب است، درمی‌آید. هدفِ این ضربات، گلوله‌ی توخالی کوچکی به قطر چند میلیمتر است که حاوی مخلوط گازی گفته شده است و منظور منفجر کردن کامل آن است. سوختن این هدف باعث گسیل نوترون‌های آزاد ناشی از واکنش همجوشی هسته‌ای می‌شود که مانند حالت مغناطیسی حامل بیشترین بخش انرژی آزاد شده‌ی هسته‌ای هستند. هدف این است که بتوان به راه‌کار بهینه‌ای رسید که بتوان از این انرژی برای تولید گرما و از آن‌جا تولید الکتریسیته استفاده کرد. گرچه هم‌چون توکاماک، مبدع اندیشه‌ی استفاده از لیزر برای انجام فرایند همجوشی هسته‌ای روس‌ها بودند اما در این فن‌آوری آمریکایی‌ها و ژاپنی‌ها بر آنان پیشی گرفتند. فرآیندی که آمریکایی‌ها در این زمینه توسعه دادند بیشتر از این که بمباران هدف با پرتوهای لیزری باشد له کردن هدف تحت این تابش‌هاست. در روش آنها مخلوط گاز دوتریم-تریتیم در کپسول محکمی که جنس آن هم دوتریم-تریتیم است زندانی می‌شود و این صدف خود در ماده‌ای به نام تصعید شونده پوشیده می‌شود به گونه‌ای که آن ماده پوشش خارجی کپسول را شکل می‌دهد. کل این سیستم طی رشته فرایندهایی فیزیکی، تحت تأثیر تابش‌های اولیه و شلیک‌های ثانوی ذرات، در واقع له می‌شود. یکی از دلایل اصلی موفقیت کار، سرعت عمل لیزر است که بنا بر تعریف همان سرعت پیش‌روی نور، سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه، است. زمانی که برای کل عملیات صرف می‌شود درواقع در حدود یک میلیاردم ثانیه است. با استفاده از لیزرهای غول آسا و بسیار پرقدرت، سرعتی برابر با پانصد کیلومتر بر ثانیه برای این له شدن به دست آمده است. یکی از پرقدرت‌ترین این لیزرها در آزمایشگاه لارنس لیورمور دارای ده بازو بود که هر کدام قادر بودند یک باریکه‌ی لیزریِ هفتاد کیلو ژولی را در زمانی به کوچکی دو و نیم ثانیه تحویل دهند و توان اسمی کلی برابر با سه ضرب در ده به توان چهارده وات بود! و یکی دیگر در دانشگاه اوزاکا دارای دوازده باریکه‌ی پانزده کیلو ژولی عمل کننده در یک نانو ثانیه بود که توان اسمی کلی را برابر با یک و هشت دهم ضرب در ده به توان چهارده وات به دست می‌داد. و سومی از دانشگاه روچستر آمریکا بود با توان اسمی کلی هفتاد و دو صدم ضرب در ده به توان چهارده وات. هدف از پژوهش‌هایی که با این توپ‌خانه‌ی سنگین لیزری هدایت می‌شود دستیابی به مرحله‌ی شعله‌وری با ضریب بهره‌ی انرژی بزرگ‌تر از صد در فرایند همجوشی هسته‌ای است. علت نیاز به ضریب صد برای بهره‌ی انرژی، جبران انرژی‌های اولیه‌ی صرف شده برای تبدیل الکتریسیته به توان پرقدرت لیزری و نیز تأمین انرژی راه‌انداز درون مخلوط گاز برای شروع واکنش هسته‌ای است. برای دستیابی به چنین ضریبی شبیه سازی‌ها و محاسبات متعددی انجام گرفت. قصد این بوده است که توان این دیگ لیزری به توان ماشین توکاماک برای فرایند جوش هسته‌ای برسد، البته در آن حدی که امکان مقایسه بین این دو روش وجود داشته باشد.
پیش‌رفت‌های جوش هسته‌ای لیزری تحت تأثیر دو پیش‌رفت فن‌آورانه امیدوارکننده بوده‌اند. یکی پیش‌رفت‌های صورت گرفته در آمریکا و ژاپن برای ساخت پوکه‌ها یا کپسول‌های حاوی گازها است که در ساخت آنها از تکنولوژی برتر و از مواد جدیدی مثل کف‌های پلاستیکی اشباع شده از دوتریم-تریتیم استفاده شده است که با این کار فرایند له شدن تسهیل می‌شود، و دیگری عبارت است از پیش‌رفت‌های صورت گرفته در یک روش غیر مستقیم تراکم هدف‌های توخالی. در این روش هدف در حفره‌ی کوچکی محبوس می‌شود که در آن حفره، پرتو لیزری به پرتو ایکس تبدیل می‌شود. برای انجام چنین تبدیلی چند باریکه‌ی لیزری را از روزنه‌های ریزی به درون حفره گسیل می‌کنند. از برخورد این پرتوها با دیواره‌های داخلی حفره، که از قبل با ماده‌ای مانند طلا که قادر به تبدیل فرکانس است پوشیده شده‌اند، اشعه‌ی ایکس تولید می‌شود. این اشعه‌های ایکس قادرند بسیار همگن‌تر و یک‌نواخت‌تر از یورش مستقیم با پرتو لیزر، هدف را متراکم و دمای آن را افزایش دهند. یک برنامه‌ی آزمایشی آمریکایی پیش درآمدی بر انجام این شیوه غیر مستقیم تراکمی بود، زیرا در این برنامه، به دلیل این که هیچ لیزری تا آن زمان توانایی کافی برای تولید میزان اشعه‌ی ایکس مورد نیاز را نداشت، به عنوان چشمه‌ی پرتو ایکس از یک انفجار هسته‌ای زیرزمینی در صحرای نوادا استفاده شد، انفجاری که جزئیات آن به خاطر ابعاد نظامی آن مخفی نگاه داشته شد. اما بر طبق برآورد کارشناسان، این انفجار احتمالاً انرژی‌ای برابر با پنج تا ده میلیون ژول به صورت پرتو ایکس تحویل داده است. برای آن بهره‌ی انرژی‌ای بین صد تا پانصد به دست آمده است. متعاقب این آزمایش به طور کلی اعلام شد نتایج فراوانی به استواری در مورد انجام پذیری عملیِ همجوشی هسته‌ای لیزری به دست آمده است. علاوه بر آمریکایی‌ها، پژوهش‌گران ژاپنی نیز روی روش تراکم غیر مستقیم با هدف‌هایی به نام گلوله‌ی توپ که خودشان طراح آن بودند کار کردند. آنان به علاوه در این زمینه از لیزرهای پرقدرت خود به ویژه از لیزر گکو دوازده در دانشگاه اوزاکا استفاده کردند. اما باید گفت این نوع لیزرهای پر قدرت هرچند برای بررسی جنبه‌های علمی همجوشی هسته‌ای مناسبند اما برای بهره‌برداری اقتصادی برای تولید انرژی هسته‌ای مناسب نیستند.
در این نوع لیزرها، بازدهی داخلی انرژی یا به عبارتی میزان تبدیل الکتریسیته به پرتو لیزر و سرعت زمانی شلیکشان بسیار ناکافی است که این مسأله مربوط می‌شود که موادی در آنها که محل تقویت نور یا تابش لیزری است و عموماً شیشه است. به همین دلیل توسعه‌ی انواع دیگری از لیزر که فاقد چنین معایبی هستند، مثل لیزرهای فلوئورید کریپتونی، در دستور کار قرار گرفته است. راه چاره‌ی دیگر این است که اصولاً استفاده از لیزر را با استفاده از پرتوهایی از دسته ذرات بارداری که با آنان می‌توان همان شیوه‌های همجوشی لیزری مثل له کردن هدف توخالی با تراکم غیر مستقیم را به کار برد جایگزین کنیم. به همین خاطر این روش به جوش باریکه‌ی یونی معروف شده است.
در این نوع جوش ما قادر به انجام شلیک‌های حساب شده‌تری هستیم. در حقیقت از لحاظ عمل‌کرد، این نوع جوش شبیه همان جوش لیزری است و یک همجوشی هسته‌ای از نوع جوش لیزری محسوب می‌شود که در آن گلوله‌ی حاوی دوتریم-تریتیم از همه طرف توسط پرتابه‌های تا آن حد سریع کوبیده می‌شود که بدون این که از گلوله بگذرند آن را متراکم می‌کنند. از نظر اصولی این دو نوع جوش هم‌تای هم هستند و گویا تنها چکشی که برای متراکم و گرم کردن هدف‌های ریز سوخت گرما هسته‌ای در آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد متفاوت است، در یکی پرتو لیزر است و در دیگری باریکه‌های ذرات باردار مثل پروتون، یون‌های سبک، و یون‌های سنگین. در هر دو گونه از یک شیوه که همانا له کردن هدف توخالی از طریق تراکم مستقیم و غیر مستقیم است برای افزایش دما استفاده می‌شود. این هر دو دارای یک مزیت نسبت به توکاماک و کلاً همجوشی مغناطیسی هستند و آن این است که در آنها بر خلاف توکاماک، بین به اصطلاح چکش یا همان سیستم تولید کننده‌ی باریکه‌ی لازم برای ضربه زدن و هدف، یعنی جای‌گاه واکنش‌های همجوشی هسته‌ای، جدایی فیزیکی وجود دارد. این امر در بازپس گیری انرژی نوترون‌های آزاد تولید شده در واکنش‌ها یک امتیاز محسوب می‌شود زیرا لزوم استفاده از دستگاه‌های پیچیده و حساس برای انجام این کار را مرتفع می‌سازد. سه پارامتر، مشخص کننده‌ی باریکه‌ی ذرات باردار که به عنوان جایگزین لیزر در همجوشی مورد استفاده قرار می‌گیرند است: نخست، ماهیت خود پرتابه‌های شتاب داده شده، که آیا پروتون، یون سبک یا یون سنگین هستند، و میزان بار الکتریکی آنها یا تعداد الکترون‌های برکنده از اتم‌های آن‌هاست. دوم، انرژی جنبشی این پرتابه‌هاست که به سرعتِ جابه‌جایی آنها بستگی دارد و عموماً با واحد میلیون الکترون ولت اندازه‌گیری می‌شود. سوم، شدت باریکه است که درواقع همان تعداد ذرات باردار گذشته از واحد سطح برای باریکه است و واحد آن آمپر است زیرا همان شدت جریان (بار) الکتریکی است. برحسب نوع پرتابه‌های انتخاب شده، از وسایل گوناگونی استفاده می‌شود. آن‌چه مسلم است این است که پرتابه‌های سبک‌تر راحت‌تر قادرند از درون ماده بگذرند. پس باید مراقب باشیم سرعتِ بیش از حدی به آنها ندهیم زیرا احتمال آن زیاد خواهد بود که از لا‌به‌لای ماده به آن سوی ماده نفوذ یا فرار کنند قبل از آن‌که همه‌ی انرژی جنبشی خود را به هدف برای ازدیاد دمای آن منتقل کنند. مثلاً محاسبه نشان می‌دهد فراهم آمدن هر کدام از سه شرطی که گفته می‌شود برای انتقال کامل دویست تریلیون انرژی جنبشی به هدف کفایت می‌کند: نخست، وجود باریکه‌ای پروتونی با شدت چهل میلیون آمپر و انرژی پنج میلیون الکترون ولت. دوم، وجود باریکه‌ای از یون‌های سبک نئونِ یک مثبت با شدت یک میلیون آمپر و انرژی دویست میلیون الکترون ولت. سوم، وجود باریکه‌ای از یون‌های سنگین اورانیمِ یک مثبت با شدت بیست هزار آمپر و انرژی ده هزار میلیون الکترون ولت. چنان که دیده می‌شود برای یون‌های سبک، انرژی کم است اما جریان شدید و برای یون‌های سنگین، انرژی زیاد است اما جریان کم. از همین روست که به شتابنده‌های کاملاً متفاوتی برای هر کدام نیاز خواهد بود. باریکه‌ها ، در مورد یون‌های سبک، در یک دیود، تحت اختلاف پنانسیلی که بین کاتد و آند یا الکترودهای آن برقرار می‌شود، تولید می‌شود. کاتد یون‌های مثبت را جذب می‌کند و در این راه به آنها تحت اختلاف پنانسیل مذکور شتاب می‌دهد. هرچند این روش دارای اصول ساده‌ای است اما اجرای آن کار سهلی نیست. ماشینی که عملاً قادر به ایجاد باریکه‌ی یون‌های سبک و شدید برای همجوشی هسته‌ای است ماشین شتاباننده‌ی جوش باریکه‌ی ذره‌ای موجود در آزمایشگاه‌های ملی ساندیا در نزدیکی آلبرکوکِ نیومکزیکو در آمریکاست. این ماشین دارای باریکه‌های سی و شش‌گانه‌ای به‌طور شعاعی در اطراف اتاق واکنش است. نکته‌ی بزرگی که هنوز در مورد یون‌های سبک سؤال انگیز است این است که چگونه در رآکتورهای آینده‌ی همجوشی هسته‌ای می‌توان انتقال و کانونی‌سازی باریکه‌ها بر روی هدف در فواصل چند متری درون یک گاز کم فشار را تأمین نمود. همین‌طور تعداد شلیک‌ها در ثانیه و اطمینان خاطر از کارکرد امن این نوع دستگاه‌ها نیز سؤال برانگیز است. با در نظر گرفتن همه‌ی این مسائل و همه‌ی شرایطی که باریکه‌های یونی باید برای تحریک همجوشی هسته‌ای داشته باشند به این نتیجه می‌رسیم که یون‌های سنگین در قیاس با یون‌های سبک و حتی لیزر راه حل بهتری برای رقابت با توکاماک به نظر می‌رسند. به همین مطلب در گزارش نهایی کمیسیون مشاوره‌ی روش همجوشی هسته‌ای، با بیان این که این نوید دهنده‌ترین راه چاره‌ی جایگزین برای همجوشی مغناطیسی است، اشاره شده است . این کمیسیون به منظور بررسی توانایی‌های همجوشی هسته‌ای به منظور تولید انرژی، از سوی وزارت انرژی آمریکا تشکیل گردیده بود.
مسأله‌ی شتاباندن یون‌های سنگین، امر ناآشنایی در فیزیک ذرات و فیزیک هسته‌ای نیست و انجام آن امر مشکلی نیست. مطمئناً تجربیاتی که از قبل در این زمینه وجود دارد و اطمینانی که به خاطر درک کامل علمی مسأله در این زمینه وجود دارد ضامن موفقیت عمل است. منتهی مشکلی که وجود دارد این است که باریکه‌های یون سنگین برای همجوشی هسته‌ای لازم است دارای شدتی باشند که در حدود هزار مرتبه بزرگ‌تر از شدتی است که شتابنده‌های موجود تأمین می‌کنند. به این خاطر، باید در مورد دستیابی به مفاهیم فنی نوینی برای نیل به این هدف و تأمین چنین شدتی فکر شود. همین امر پایه‌ی هم‌کاری بین‌المللی‌ای بین آزمایشگاه‌های آلمانی و آمریکایی از دهه‌ی هزار و نهصد و نود میلادی برای بررسی مفهومیِ تمامِ جنبه‌های مربوط به تحقق و عمل‌کرد یک رآکتور همجوشی هسته‌ای راه افتاده با پرتوهای یون سنگین بوده است. این طرح، عملی بودن اصول راه حلی که یون‌های سنگین ارائه می‌دهند را اثبات کرده است. به دنبال این طرح، در روسیه، ژاپن و آمریکا بررسی‌های مفهومیِ مشابهی صورت گرفت. نظر کلی درواقع عبارت است از به دست آوردنِ جریانی پرشدت از جمع کردنِ باریکه‌های کم‌شدتی که کارشناسان می‌توانند با انرژی ده گیگا الکترون ولتی مستقیماً تولید کنند. در این راه ابتدائاً یک شتاباننده‌ی خطی، اولین باریکه‌ی یون‌های بیسموتِ یک مثبت را با انرژی ده گیگا الکترون ولت و شدت پنجاه میلی آمپر فراهم می‌آورد. (یون‌هایی که از پیش-شتاباننده‌ها می‌آیند منابع تغذیه‌ی یونی این شتاباننده‌ی خطی هستند.) مشکل اصلی همین‌جاست که لازم داریم این مقدار میلی آمپر را به کیلو آمپر، یعنی یک میلیون بار بیشتر، افزایش دهیم. به همین منظور، نخست با استفاده از یک پرتو لیزری ویژه که دارای الکترون‌های آزاد است، یون‌های بیسموت یک مثبت را پس از خروج از دستگاه مجدداً یونیزه می‌کنند. با این کار، هرج و مرج باریکه کاهش می‌یابد و درنتیجه انتقال بعدی و کانونی شدن نهایی یون‌ها روی هدف تسهیل می‌شود. قبل از مرحله‌ی نهایی کار، یون‌های دو مثبت بیسموت وارد یک حلقه‌ی انباشت میانجی می‌شوند و در آن‌جا توده می‌گردند. آن‌چه در این حلقه انباشت شده است به تناوب در سی حلقه‌ی کوچک‌ترِ انباشتِ نهایی تخلیه می‌شود. این سی حلقه در شش گروه پنج تایی توزیع شده‌اند و در درون آن‌هاست که باریکه‌ها دچار تراکم می‌شوند. هر کدام از سی باریکه در مرحله‌ی نهایی در عرض کمتر از ده نانو ثانیه می‌توانند بر روی هدفی به قطر سه میلیمتر که حاوی چهار دهم میلی‌گرم مخلوط دوتریم-تریتیم است هزار و شش‌صد آمپر جریان وارد کنند. با این حساب با سه تا از این سیستم‌های گرما هسته‌ای، رآکتور قادر به فراهم‌آوری توان گرماییِ برابر با سه گیگا وات است.
اما دستگاه شتاب و انباشت پرتابه، مجموعه‌ای غول‌آسا به نظر می‌رسد. طول شتاباننده‌ی خطی ابتدایی چند کیلومتر است. لازم است حلقه‌های انباشت نهایی از آهن‌رباهای تولید شده از خاصیت اَبَررسانایی که در دماهای بسیار پایین امکان موجود شدن دارند ساخته شوند. لیزر الکترون آزاد نیز باید، تحت تأثیر بازنگاهداشتنِ الکترون‌های ناشی از یک شتاباننده‌ی خطی کوچک، باریکه‌ای شدید از نور فرابنفش تولید کند. این دربایستِ باقی ماندن در چارچوب وسایل فنی کنونی است که بهای این پیچیدگی عظیم را می‌پردازد. از همین روست که اندیشه روی روش‌های فن‌آورانه‌ی جدید جهت نیل به مقصود ضرورت و احتمالاً ارزش اقتصادی بیشتری دارد. این‌که چنین مطالعاتی به سرانجام واقعی خواهند رسید هنوز معلوم نیست، زیرا فرایند انجام همجوشی هسته‌ای با استفاده از یون‌های سنگین به شدت دچار کم‌بود داده‌های تجربی است. این امر معلول این است که این روش همجوشی نسبتاً جوان است و نیز به اندازه‌ی کافی روی آن سرمایه‌گذاری نشده است. در دهه‌ی آخر قرن پیش اولین دستگاه بزرگ به ویژه برای بررسی باریکه‌های یون سنگین مورد استفاده برای همجوشی هسته‌ای در دارمشتاد آلمان فعال شد هرچند به نظر می‌آمد نیازها و انتظارات پژوهندگان بسیار فراتر از اهداف محدود پیش بینی شده برای آن بود. به این ترتیب می‌توان گفت همجوشی هسته‌ایِ مُرجَحِ یون سنگین تقریباً تماماً در یک پارادوکس امکان‌پذیری فنی قرار گرفته است و هرچند همگان آن را به اتفاق بسیار نویدبخش تشخیص می‌دهند با این حال اعتباری بسیار فقیرانه را برای آن ملحوظ می‌دارند.
/ج
