Fusion Power: Gerando eletricidade usando calor de reações de fusão nuclear

De Fouad Sabry

O que é energia de fusão

A energia de fusão é um tipo de produção de energia sugerida nos últimos anos que produziria eletricidade usando o calor produzido por processos de fusão nuclear. Durante o processo de fusão nuclear, dois núcleos atômicos mais leves se unem para produzir um núcleo atômico mais pesado, o que também resulta na liberação de energia. Os reatores de fusão são as máquinas construídas para extrair energia das reações de fusão.

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre o seguinte tópicos:

Capítulo 1: Energia de fusão

Capítulo 2: Fusão nuclear

Capítulo 3: Tokamak

Capítulo 4: Fusão termonuclear

Capítulo 5: Foguete de fusão

Capítulo 6: Fusão por confinamento inercial

Capítulo 7: Linha do tempo da fusão nuclear

Capítulo 8: ITER

Capítulo 9: Reator de teste de fusão Tokamak

Capítulo 10: Fusão aneutrônica

Capítulo 11: Fator de ganho de energia de fusão

Capítulo 12: Magnético Fusão em confinamento

Capítulo 13: Usina de demonstração

Capítulo 14: Usina de fusão inercial

Capítulo 15: Fusão de alvo magnetizado

Capítulo 16: Híbrido de fusão nuclear-fissão

Capítulo 17: Fusão inercial de revestimento magnetizado

Capítulo 18: Material de revestimento de plasma

Capítulo 19: Energia de fusão inercial a laser

Capítulo 20: China Fusion Engineering Te º Reator

Capítulo 21: História da fusão nuclear

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre energia de fusão.

(III) Exemplos do mundo real para a uso de energia de fusão em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias de energia de fusão.

Para quem este livro é destinado

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores e aqueles que desejam ir além do conhecimento básico ou da informação para qualquer tipo de poder de fusão.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 10 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Fusion Power Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a linha de assunto Fusion Power: Generating electricity using heat from nuclear fusion reactions, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Fusion Power, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e depois rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Fusion Power.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto ao vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Fusion Power, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno de Fusion Power, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre o Fusion Power. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

A energia de fusão é uma espécie de produção de energia que tem sido sugerida nos últimos anos que produziria eletricidade utilizando o calor produzido pelos processos de fusão nuclear. Durante o processo de fusão nuclear, dois núcleos atómicos mais leves unem-se para produzir um núcleo atómico mais pesado, o que também resulta na libertação de energia. Os reatores de fusão são as máquinas que são construídas para extrair energia das reações de fusão.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Potência de fusão

Capítulo 2: Fusão nuclear

Capítulo 3: Tokamak

Capítulo 4: Fusão termonuclear

Capítulo 5: Foguete de fusão

Capítulo 6: Fusão do confinamento por inércia

Capítulo 7: Cronologia da fusão nuclear

Capítulo 8: ITER

Capítulo 9: Confinamento eletrostático inércia

Capítulo 10: Reator de ensaio de fusão tokamak

Capítulo 11: Fusão aneutronic

Capítulo 12: Fator de ganho de energia de fusão

Capítulo 13: Fusão do confinamento magnético

Capítulo 14: Central de fusão inércia

Capítulo 15: Fusão de alvo magnetizado

Capítulo 16: Híbrido de fissão de fusão  nuclear

Capítulo 17: Fusão inércia magnetizada do liner

Capítulo 18: Material virado para o plasma

Capítulo 19: Energia de fusão inércia a laser

Capítulo 20: Reator de Teste de Engenharia de Fusão da China

Capítulo 21: História da fusão nuclear

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Potência de fusão

A energia de fusão é uma espécie de produção de energia que tem sido sugerida nos últimos anos que produziria eletricidade utilizando o calor produzido pelos processos de fusão nuclear. Durante o processo de fusão nuclear, dois núcleos atómicos mais leves unem-se para produzir um núcleo atómico mais pesado, o que também resulta na libertação de energia. Os reatores de fusão são os nomes dados às máquinas que se destinam a aproveitar esta energia.

Para gerar um plasma propício à fusão, os procedimentos de fusão precisam de ter combustível, bem como um ambiente fechado que tenha a temperatura, pressão e quantidade necessárias de tempo que o ambiente está confinado. Os critérios lawson referem-se à combinação específica destes parâmetros que leva à criação de um sistema que gera eletricidade. O hidrogénio é o tipo de combustível mais prevalente encontrado nas estrelas, e a gravidade permite durações de confinamento excepcionalmente longas, que são necessárias para alcançar as condições necessárias para a geração de energia de fusão. Porque isótopos de hidrogénio pesados como o deutério e o trítio (e especialmente uma mistura dos dois) reagem mais facilmente do que o protium, o isótopo de hidrogénio mais comum, os reatores de fusão propostos normalmente fazem uso destes isótopos de hidrogénio pesados. Isto permite-lhes satisfazer os requisitos do critério Lawson enquanto operam em condições menos rigorosas. A maioria dos desenhos esforça-se por aquecer o seu combustível a uma temperatura aproximada de cem milhões de graus, o que constitui um obstáculo significativo no processo de desenvolvimento de um bom design.

Prevê-se que a fusão nuclear tenha numerosos benefícios em relação à fissão nuclear quando se trata de ser uma fonte de eletricidade. Estes incluem menos radioatividade durante o funcionamento da central, diminuição das quantidades de resíduos nucleares de alto nível, maiores níveis de segurança e abundante fornecimento de combustível. No entanto, considerou-se um desafio conseguir a combinação essencial de temperatura, pressão e tempo de uma forma que seja prática e rentável. A década de 1940 assistiu ao início da investigação sobre os reatores de fusão; no entanto, até hoje, nenhum design foi capaz de alcançar uma saída de energia de fusão que seja maior do que a entrada de energia elétrica. Gerir os neutrões que são produzidos ao longo da reação é uma segunda dificuldade que impacta as reações frequentes. Estes neutrões, que são utilizados para compor muitos dos componentes encontrados dentro da câmara de reação, deterioram-se com o tempo.

Os investigadores interessados na fusão analisaram várias ideias de confinamento diferentes. No início, grande parte do foco foi colocado em três sistemas primários: o z-pinch, o estelar, e o espelho magnético. O tokamak e o confinamento inercial (ICF) por laser são os dois desenhos que estão agora na liderança. O iter tokamak em França e o laser da National Ignition Facility (NIF) nos Estados Unidos são dois exemplos de projetos de investigação extremamente em grande escala que estão agora a investigar ambos estes conceitos. Os investigadores também estão a analisar diferentes projetos para ver se conseguem encontrar algum que seja mais rentável. Há um interesse crescente na fusão de alvos magnéticos e confinamento eletrostático inércia, bem como novas versões do estelar, entre estas possibilidades.

Quando dois ou mais núcleos atómicos se encontram perto o suficiente um do outro por um longo período de tempo, os processos de fusão podem ocorrer porque a atração nuclear que os atrai é mais forte do que a força eletrostática que os afasta. Isto resulta na criação de núcleos mais pesados. O processo é endotérmico, o que significa que deve ser adicionada mais energia para que ocorra para núcleos mais pesados do que o ferro-56. Os núcleos pesados que são maiores do que os do ferro têm um número muito maior de protões, o que resulta numa força repulsiva mais forte. Quando os núcleos com uma massa inferior à de ferro-56 se combinam, ocorre um evento exotérmico, que resulta na libertação de energia. Como o núcleo do hidrogénio contém apenas um único protão, conseguir a fusão com ele envolve a menor quantidade de trabalho e resulta na maior quantidade de produção líquida de energia. O hidrogénio é o combustível mais simples para ionizar completamente, uma vez que tem apenas um eletrão na sua casca de valência.

Enquanto a força eletrostática repulsiva entre núcleos funciona em distâncias maiores, a força forte apenas atua em distâncias muito pequenas (no máximo um femtómetro, que é o diâmetro de um protão ou neutrão). Para que haja fusão, os átomos de combustível precisam de ser fornecidos com uma quantidade suficiente de energia cinética para que se aproximem um do outro perto o suficiente para que a força forte triunfe sobre a repulsão eletrostática que existe entre eles. A barreira coulomb refere-se à quantidade de energia cinética que deve estar presente para aproximar os átomos de combustível o suficiente. O fornecimento desta energia pode ser realizado de várias maneiras, pois como acelerando os átomos num acelerador de partículas ou submetendo-os a temperaturas muito elevadas.

Quando a temperatura de um átomo é elevada a um nível superior à sua energia de ionização, os seus eletrões são removidos, deixando apenas para trás o núcleo. Ionização é o nome dado a este processo, e o ião é o nome dado ao núcleo que é produzido como consequência. Plasma é o nome dado ao produto deste processo, que é uma nuvem aquecida de iões e eletrões livres que outrora foram ligados a eles. Os plasmas são electricamente condutivos e magnéticamente incapazes devido à separação das cargas que compõem o plasma. Para conter as partículas à medida que são aquecidas, vários dispositivos de fusão fazem uso desta propriedade.

A área transversal de uma reação, denotada σ, determina a probabilidade de uma reação de fusão.

Isto depende das velocidades dos dois núcleos em relação um ao outro.

Na maioria dos casos, velocidades relativas mais elevadas resultam numa maior probabilidade, no entanto, a chance começa a diminuir novamente quando se chega a energias realmente elevadas.

P_{\text{fusion}}=n_{A}n_{B}\langle \sigma v_{A,B}\rangle E_{\text{fusion}}

Quando:

P_{\text{fusion}} é a energia feita pela fusão, em termos de tempo e volume

n representa a densidade numérica, em termos das espécies A ou B, das partículas presentes no volume.

\langle \sigma v_{A,B}\rangle é a secção transversal dessa reação, calculada como uma média em todas as velocidades v das duas espécies

E_{\text{fusion}} é a energia libertada por esta reação de fusão.

Os critérios de Lawson ilustram como a quantidade de energia produzida por um determinado combustível muda dependendo de fatores como a sua temperatura, densidade e a velocidade a que colide. Esta equação desempenhou um papel significativo na investigação de John Lawson de como a fusão pode ser alcançada usando um plasma aquecido. Lawson hipotetizou que haveria um equilíbrio de energia, como indicado abaixo.

P_\text{out} = \eta_\text{capture}\left(P_\text{fusion} - P_\text{conduction} - P_\text{radiation}\right)

Quando:

P_{{\text{out}}} é a energia líquida da fusão

{\displaystyle \eta _{\text{capture}}} é a eficiência de capturar a saída da fusão

P_{\text{fusion}} é a taxa de energia gerada pelas reações de fusão

{\displaystyle P_{\text{conduction}}} é as perdas de condução como massa energética deixa o plasma

{\displaystyle P_{\text{radiation}}} são as perdas de radiação como folhas de energia como luz.

A condução e a radiação contribuem para o esgotamento da energia nas nuvens de plasma. Quando iões, eletrões ou neutros colidem com outras substâncias - tipicamente uma superfície do dispositivo - e transmitem alguma da sua energia cinética para os outros átomos, este processo é conhecido como condução. A energia que escapa à nuvem sob a forma de luz chama-se radiação. A temperatura tem uma correlação positiva com a radiação. Estas perdas são algo que os sistemas de energia de fusão precisam de ser capazes de superar.

De acordo com os critérios de Lawson, um dispositivo que mantenha um plasma térmico e quase neutro deve fornecer energia suficiente para compensar a quantidade de energia que é perdida pelo dispositivo. A temperatura e, consequentemente, a taxa de reação numa base por partícula, a densidade de partículas dentro desse volume e, finalmente, o tempo de confinamento, que é o período de tempo em que a energia permanece dentro do volume, desempenham um papel na determinação da quantidade total de energia libertada num volume específico. O tempo de confinamento foi a principal preocupação que permaneceu depois de abordar as outras variáveis. Os plasmas submetidos a campos magnéticos intensos são suscetíveis a uma variedade de instabilidades intrínsecas, que precisam de ser suprimidas para alcançar durações que sejam práticas. A taxa de fugas que ocorre como resultado da difusão clássica pode ser abrandada aumentando a capacidade do reator, que é um método para atingir este objetivo. Esta é a razão pela qual o ITER é tão maciço.

Em contrapartida, os sistemas de confinamento por inércia atingem os valores desejáveis do produto triplo, tendo maiores densidades e intervalos de confinamento mais curtos do que outros tipos de sistemas. A carga inicial de combustível de hidrogénio congelado para o NIF tem uma densidade inferior à da água, e esta densidade é aumentada para cerca de cem vezes a do chumbo. Nestas circunstâncias, a taxa de fusão é tão rápida que o combustível se fundirá nos microsegundos que toma para o calor produzido pelas reações para desfazer o combustível. Por outras palavras, a taxa de fusão é mais rápida do que a velocidade a que o combustível se irá desfazer. O NIF é igualmente bastante maciço, mas esta não é uma propriedade intrínseca do processo de fusão; pelo contrário, deve-se ao desenho do seu motorista.

Tem havido muitas ideias diferentes sobre como recolher a energia que é produzida pela fusão. O primeiro passo é simplesmente aquecer o líquido. A reação D-T, que é amplamente visada, é responsável pela libertação de uma parte significativa da sua energia como neutrões em movimento rápido. O neutrão, que não tem carga elétrica, não é afetado pelo sistema de confinamento, uma vez que não tem carga. Na maioria dos desenhos, está contido dentro de um substancial cobertor de lítio que envolve o núcleo do reator. Quando um neutrão com uma alta energia atinge o cobertor, faz com que aqueça. Depois disso, sofre um arrefecimento ativo com um fluido de funcionamento, que por sua vez gira uma turbina que gera eletricidade.

Outra proposta, conhecida como híbrido de fusão de fissão, foi apresentada na qual os neutrões seriam utilizados para criar combustível de fissão dentro de um cobertor de resíduos radioativos. Este desenho foi apresentado. Nestes sistemas, a produção de energia é aumentada devido aos eventos de fissão, e a energia é colhida utilizando métodos comparáveis aos encontrados nos reatores tradicionais de fissão.

O gás ionizado é conhecido como plasma, e é capaz de transportar eletricidade. O processo de fusão faz uso de várias características plasmáticas, incluindo:

O plasma que se organiza espontaneamente é um bom condutor de forças elétricas e magnéticas. Os seus movimentos criam campos que, por sua vez, são capazes de confinhá-lo.

O plasma que é diamagnético é capaz de produzir o seu próprio campo magnético no interior. Isto pode causar diamagnética repelindo um campo magnético que é aplicado a partir do exterior.

Os espelhos magnéticos podem refletir plasma quando se move de um campo de baixa para alta densidade. :24

Demonstrou-se que um reator à base de tokomak pode ser controlado por um sistema de aprendizagem de reforço profundo. A inteligência artificial foi capaz de controlar o plasma manipulando as bobinas magnéticas. O sistema procedeu a ajustes contínuos para garantir que exibia sempre o comportamento desejado (mais complexo do que os sistemas baseados em passos). O ano de 2014 assistiu ao início da colaboração da Google com o negócio de fusão TAE Technologies, localizado na Califórnia, para gerir o Joint European Torus (JET) e antecipar o comportamento do plasma. Além disso, o DeepMind construiu um sistema de controlo utilizando o JET.

Tokamak é o método que recebeu o maior financiamento e mais desenvolvimento. Usando uma corrente interna, esta técnica gira plasma quente dentro de um toro que é cercado em todos os lados por um campo magnético. O ITER tornar-se-á o maior tokamak do mundo assim que a construção estiver concluída. Em setembro de 2018, previa-se que um total de 226 tokamaks experimentais estivessem em fase de planeamento, tinham sido desativados ou estavam a funcionar ativamente (50).

Outro nome para o tokamak esférico é o toro esférico. Uma versão esférica do tokamak que é uma variante no design.

Anéis torcidos de plasma derretido compõem o estelar. Através do uso de ímanes externos, o estelarista faz um esforço para simular o curso natural de enrolamento do plasma. Em 1950, Lyman Spitzer surgiu com a ideia para os estelares, que mais tarde se tornaram em quatro desenhos distintos: o Torsatron, Heliotron, Heliac e Helias. Um desses exemplos é o gadget alemão conhecido como Wendelstein 7-X. É o maior estelarizador de todo o planeta.

Anéis internos Os estelares produzem um plasma torcido utilizando ímanes externos, enquanto os tokamaks fazem isso induzindo uma corrente no próprio plasma. Esta torção é fornecida por alguns tipos diferentes de desenhos que incluem condutores no plasma. As primeiras simulações sugeriram que as colisões entre o plasma e os suportes para os condutores esgotariam a energia a uma taxa maior do que aquela em que os processos de fusão poderiam reabastecer. Um toro supercondutor sólido que é magnéticamente levitado dentro da câmara do reator é usado em variantes contemporâneas como a Levitated Dipole Experiment (LDX).

Na década de 1960, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, liderado por Richard F. Post, desenvolveram o espelho magnético. Apesar disso, as estimativas feitas na década de 1970 projetaram que era muito improvável que estas alguma vez fossem úteis num contexto comercial.

O toro acidentado é criado colocando uma série de espelhos magnéticos num anel toroidal numa configuração de ponta a ponta. É possível elevar a pressão plasmática a um nível alto arbitrário sem sofrer perdas porque quaisquer iões de combustível que escapem de um espelho estão contidos num espelho adjacente. Na década de 1970, o Oak Ridge National Laboratory (ORNL) foi responsável pela construção e teste de uma