Dzisiaj wiele krajów uczestniczy w badaniach termojądrowych. Liderami są Unia Europejska, USA, Rosja i Japonia, podczas gdy programy Chin, Brazylii, Kanady i Korei szybko rosną. Początkowo reaktory termojądrowe w Stanach Zjednoczonych i ZSRR były związane z rozwojem broni jądrowej i pozostawały sklasyfikowane aż do konferencji Atoms for Peace, która odbyła się w Genewie w 1958 roku. Po stworzeniu sowieckiego tokamaka badania nad syntezą jądrową w latach 70. stały się „wielką nauką”. Jednak koszt i złożoność urządzeń wzrosły do punktu, w którym międzynarodowa współpraca była jedyną drogą do przodu.
Reaktory termojądrowe na świecie
Od lat 70. komercyjne wykorzystanie energii termojądrowej było konsekwentnie odsuwane o 40 lat. Jednak w ostatnich latach wiele się wydarzyło, co może skrócić ten okres.
Zbudowano kilka tokamaków, w tym europejski JET, brytyjski MAST i eksperymentalny reaktor termojądrowy TFTR w Princeton w USA. Międzynarodowy projekt ITER jest obecnie budowany w Cadarache we Francji. Będzie największytokamak, gdy zacznie działać w 2020 roku. W 2030 r. w Chinach powstanie CFETR, który przewyższy ITER. Tymczasem ChRL prowadzi badania nad eksperymentalnym tokamakiem nadprzewodzącym EAST.
Reaktory fuzyjne innego typu – stellatory – są również popularne wśród naukowców. Jeden z największych, LHD, rozpoczął pracę w japońskim National Fusion Institute w 1998 roku. Służy do znalezienia najlepszej konfiguracji utrzymywania plazmy magnetycznej. Niemiecki Instytut Maxa Plancka prowadził badania nad reaktorem Wendelstein 7-AS w Garching w latach 1988-2002, a obecnie nad budowanym od ponad 19 lat Wendelstein 7-X. Kolejny stellarator TJII działa w Madrycie w Hiszpanii. W USA Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), gdzie w 1951 roku zbudowano pierwszy reaktor termojądrowy tego typu, wstrzymało budowę NCSX w 2008 roku z powodu przekroczenia kosztów i braku funduszy.
Ponadto poczyniono znaczne postępy w badaniach nad bezwładnościową fuzją termojądrową. Budowa wartego 7 miliardów dolarów obiektu National Ignition Facility (NIF) w Livermore National Laboratory (LLNL), finansowanego przez Narodową Administrację Bezpieczeństwa Jądrowego, została ukończona w marcu 2009 roku. Francuski Laser Megajoule (LMJ) rozpoczął działalność w październiku 2014 roku. Reaktory termojądrowe zużywają około 2 milionów dżuli energii świetlnej dostarczanej przez lasery w ciągu kilku miliardowych części sekundy do celu o wielkości kilku milimetrów, aby rozpocząć reakcję syntezy jądrowej. Główne zadanie NIF i LMJto badania wspierające krajowe wojskowe programy nuklearne.
ITER
W 1985 roku Związek Radziecki zaproponował budowę tokamaka nowej generacji wspólnie z Europą, Japonią i USA. Prace prowadzono pod auspicjami MAEA. W latach 1988-1990 powstały pierwsze projekty Międzynarodowego Eksperymentalnego Reaktora Termojądrowego, ITER, co po łacinie oznacza „ścieżkę” lub „podróż”, aby udowodnić, że fuzja może wytworzyć więcej energii, niż jest w stanie wchłonąć. Kanada i Kazachstan również uczestniczyły w mediacji odpowiednio Euratomu i Rosji.
Po 6 latach Rada ITER zatwierdziła pierwszy zintegrowany projekt reaktora oparty na ugruntowanej fizyce i technologii, o wartości 6 miliardów dolarów. Następnie Stany Zjednoczone wycofały się z konsorcjum, co zmusiło ich do zmniejszenia o połowę kosztów i zmiany projektu. W rezultacie powstał ITER-FEAT, który kosztował 3 miliardy dolarów, ale pozwalał na samodzielną reakcję i dodatni bilans mocy.
W 2003 roku Stany Zjednoczone ponownie przyłączyły się do konsorcjum, a Chiny ogłosiły chęć uczestnictwa. W rezultacie w połowie 2005 r. partnerzy zgodzili się na budowę ITER w Cadarache w południowej Francji. UE i Francja wniosły połowę z 12,8 mld euro, podczas gdy Japonia, Chiny, Korea Południowa, USA i Rosja po 10%. Japonia dostarczyła zaawansowane technologicznie komponenty, była gospodarzem wartego 1 mld euro obiektu IFMIF do testowania materiałów i miała prawo do budowy kolejnego reaktora testowego. Całkowity koszt ITER obejmuje połowę kosztów 10-letniegobudowa i pół - na 20 lat eksploatacji. Indie zostały siódmym członkiem ITER pod koniec 2005 r.
Eksperymenty powinny rozpocząć się w 2018 roku z użyciem wodoru, aby uniknąć aktywacji magnesu. Nie przewiduje się użycia plazmy D-T przed 2026 r.
Celem ITER jest wytworzenie 500 MW (przynajmniej przez 400 s) przy użyciu mniej niż 50 MW mocy wejściowej bez wytwarzania energii elektrycznej.
2-gigawatowa elektrownia demonstracyjna Demo będzie stale wytwarzać energię na dużą skalę. Projekt koncepcyjny Demo zostanie ukończony do 2017 roku, a budowa ma się rozpocząć w 2024 roku. Premiera nastąpi w 2033 roku.
JET
W 1978 r. UE (Euratom, Szwecja i Szwajcaria) rozpoczęła wspólny europejski projekt JET w Wielkiej Brytanii. JET to obecnie największy działający tokamak na świecie. Podobny reaktor JT-60 działa w japońskim National Fusion Institute, ale tylko JET może używać paliwa deuterowo-trytowego.
Reaktor został uruchomiony w 1983 roku i stał się pierwszym eksperymentem, w wyniku którego w listopadzie 1991 roku nastąpiła kontrolowana fuzja termojądrowa o mocy do 16 MW na sekundę i 5 MW stabilnej mocy na plazmie deuterowo-trytowej. Przeprowadzono wiele eksperymentów w celu zbadania różnych schematów ogrzewania i innych technik.
Kolejne ulepszenia JET mają na celu zwiększenie jego mocy. Kompaktowy reaktor MAST jest opracowywany wspólnie z JET i jest częścią projektu ITER.
K-STAR
K-STAR to koreański nadprzewodnikowy tokamak z National Fusion Research Institute (NFRI) w Daejeon, który wyprodukował pierwszą plazmę w połowie 2008 roku. Jest to projekt pilotażowy ITER, który jest wynikiem współpracy międzynarodowej. Tokamak o promieniu 1,8 m jest pierwszym reaktorem, w którym zastosowano nadprzewodnikowe magnesy Nb3Sn, te same, które mają być używane w ITER. W pierwszym etapie, zakończonym do 2012 roku, K-STAR musiał udowodnić wykonalność podstawowych technologii i osiągnąć impulsy plazmy o czasie trwania do 20 sekund. W drugim etapie (2013-2017) jest modernizowany do badania długich impulsów do 300 s w trybie H i przejścia do wysokowydajnego trybu AT. Celem trzeciej fazy (2018-2023) jest osiągnięcie wysokiej wydajności i efektywności w trybie ciągłego impulsu. W IV etapie (2023-2025) zostaną przetestowane technologie DEMO. Urządzenie nie obsługuje trytu i nie wykorzystuje paliwa D-T.
K-DEMO
Opracowany we współpracy z Laboratorium Fizyki Plazmy Princeton (PPPL) Departamentu Energii USA i południowokoreańskim NFRI, K-DEMO ma być kolejnym krokiem w rozwoju reaktorów komercyjnych po ITER i będzie pierwszą elektrownią zdolne do wytworzenia mocy w sieci elektrycznej, czyli 1 mln kW w ciągu kilku tygodni. Jego średnica wyniesie 6,65 m, a moduł strefy reprodukcji powstaje w ramach projektu DEMO. Koreańskie Ministerstwo Edukacji, Nauki i Technologiiplanuje zainwestować w nią około 1 biliona wonów (941 milionów dolarów).
WSCHÓD
Chiński eksperymentalny zaawansowany tokamak nadprzewodzący (EAST) w Chińskim Instytucie Fizyki w Hefei wytworzył plazmę wodorową o temperaturze 50 mln °C i utrzymywał ją przez 102 sekundy.
TFTR
W amerykańskim laboratorium PPPL eksperymentalny reaktor termojądrowy TFTR działał od 1982 do 1997 roku. W grudniu 1993 roku TFTR stał się pierwszym tokamakiem magnetycznym, który przeprowadził rozległe eksperymenty z plazmą deuterowo-trytową. W następnym roku reaktor wyprodukował rekordowe wówczas 10,7 MW regulowanej mocy, aw 1995 r. osiągnięto rekord temperatury zjonizowanego gazu wynoszący 510 mln °C. Obiekt nie osiągnął jednak celu, jakim jest osiągnięcie progu rentowności energii syntezy jądrowej, ale z powodzeniem osiągnął cele projektowe sprzętu, wnosząc znaczący wkład w rozwój ITER.
LHD
LHD w japońskim National Fusion Institute w Toki, prefektura Gifu była największym stellaratorem na świecie. Reaktor termojądrowy został uruchomiony w 1998 roku i wykazał właściwości utrzymywania plazmy porównywalne z innymi dużymi obiektami. Osiągnięto temperaturę jonów 13,5 keV (około 160 milionów °C) i energię 1,44 MJ.
Wendelstein 7-X
Po roku testów, które rozpoczęły się pod koniec 2015 roku, temperatura helu na krótko osiągnęła 1 milion °C. W 2016 r. reaktor termojądrowy z wodoremplazma, zużywając 2 MW mocy, osiągnęła temperaturę 80 milionów °C w ciągu kwadransa. W7-X jest największym stellaratorem na świecie i ma działać nieprzerwanie przez 30 minut. Koszt reaktora wyniósł 1 miliard euro.
NIF
National Ignition Facility (NIF) w Livermore National Laboratory (LLNL) został ukończony w marcu 2009 roku. Używając 192 wiązek laserowych, NIF jest w stanie skoncentrować 60 razy więcej energii niż jakikolwiek wcześniejszy system laserowy.
Zimna fuzja
W marcu 1989 r. dwóch naukowców, amerykański Stanley Pons i brytyjski Martin Fleischman, ogłosiło uruchomienie prostego stacjonarnego reaktora termojądrowego działającego w temperaturze pokojowej. Proces polegał na elektrolizie ciężkiej wody za pomocą elektrod palladowych, na których skoncentrowano jądra deuteru z dużą gęstością. Naukowcy twierdzą, że wyprodukowano ciepło, które można wytłumaczyć jedynie w kategoriach procesów jądrowych, oraz że pojawiły się produkty uboczne syntezy jądrowej, w tym hel, tryt i neutrony. Jednak innym eksperymentatorom nie udało się powtórzyć tego doświadczenia. Większość społeczności naukowej nie wierzy, że zimne reaktory termojądrowe są prawdziwe.
Niskoenergetyczne reakcje jądrowe
Zapoczątkowane twierdzeniami o „zimnej fuzji”, kontynuowano badania w dziedzinie niskoenergetycznych reakcji jądrowych, z pewnym wsparciem empirycznym, alenie jest ogólnie przyjętym wyjaśnieniem naukowym. Najwyraźniej słabe oddziaływania jądrowe są wykorzystywane do tworzenia i wychwytywania neutronów (zamiast potężnej siły, jak w przypadku rozszczepienia jądrowego lub fuzji jądrowej). Eksperymenty obejmują przenikanie wodoru lub deuteru przez złoże katalityczne i reakcję z metalem. Naukowcy donoszą o zaobserwowanym uwalnianiu energii. Głównym praktycznym przykładem jest oddziaływanie wodoru z proszkiem niklu z uwolnieniem ciepła, którego ilość jest większa niż jakakolwiek reakcja chemiczna.
