Astăzi, multe țări participă la cercetarea termonucleară. Liderii sunt Uniunea Europeană, SUA, Rusia și Japonia, în timp ce programele din China, Brazilia, Canada și Coreea cresc rapid. Inițial, reactoarele de fuziune din Statele Unite și URSS au fost asociate cu dezvoltarea armelor nucleare și au rămas clasificate până la conferința Atomii pentru Pace desfășurată la Geneva în 1958. După crearea tokamak-ului sovietic, cercetarea fuziunii nucleare în anii 1970 a devenit o „mare știință”. Dar costul și complexitatea dispozitivelor au crescut până la punctul în care cooperarea internațională a fost singura cale de urmat.
Reactoare de fuziune în lume
Din anii 1970, utilizarea comercială a energiei de fuziune a fost constant împinsă înapoi cu 40 de ani. Cu toate acestea, s-au întâmplat multe în ultimii ani care ar putea scurta această perioadă.
Au fost construite mai multe tokamak-uri, inclusiv JET-ul european, MAST-ul britanic și reactorul experimental de fuziune TFTR din Princeton, SUA. Proiectul internațional ITER este în prezent în construcție în Cadarache, Franța. Va deveni cel mai maretokamak când începe să funcționeze în 2020. În 2030, CFETR va fi construit în China, care va depăși ITER. Între timp, RPC efectuează cercetări asupra tokamak-ului supraconductor experimental EAST.
Reactoarele de fuziune de alt tip - stelatorii - sunt, de asemenea, populare printre cercetători. Una dintre cele mai mari, LHD, a început să lucreze la Institutul Național de Fuziune din Japonia în 1998. Este folosit pentru a găsi cea mai bună configurație de izolare a plasmei magnetice. Institutul german Max Planck a efectuat cercetări asupra reactorului Wendelstein 7-AS din Garching între 1988 și 2002, iar în prezent asupra Wendelstein 7-X, care este în construcție de mai bine de 19 ani. Un alt stellarator TJII este în funcțiune în Madrid, Spania. În SUA, Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), unde a fost construit primul reactor de fuziune de acest tip în 1951, a oprit construcția NCSX în 2008 din cauza depășirilor de costuri și a lipsei de finanțare.
În plus, s-au înregistrat progrese semnificative în cercetarea fuziunii termonucleare inerțiale. Construcția instalației naționale de aprindere (NIF) de 7 miliarde de dolari la Laboratorul Național Livermore (LLNL), finanțată de Administrația Națională de Securitate Nucleară, a fost finalizată în martie 2009. Laser Mégajoule francez (LMJ) a început să funcționeze în octombrie 2014. Reactoarele de fuziune folosesc aproximativ 2 milioane de jouli de energie luminoasă furnizată de lasere în câteva miliarde de secundă către o țintă de câțiva milimetri pentru a începe o reacție de fuziune nucleară. Sarcina principală a NIF și LMJsunt studii de sprijinire a programelor nucleare militare naționale.
ITER
În 1985, Uniunea Sovietică a propus să construiască următoarea generație de tokamak împreună cu Europa, Japonia și SUA. Lucrările au fost realizate sub auspiciile AIEA. Între 1988 și 1990, primele proiecte pentru Reactorul Experimental Termonuclear Internațional, ITER, care înseamnă și „cale” sau „călătorie” în latină, au fost create pentru a demonstra că fuziunea ar putea produce mai multă energie decât ar putea absorbi. Canada și Kazahstanul au participat, de asemenea, prin medierea Euratom și, respectiv, a Rusiei.
După 6 ani, Consiliul ITER a aprobat primul proiect de reactor integrat bazat pe fizică și tehnologie consacrate, în valoare de 6 miliarde USD. Apoi SUA s-au retras din consorțiu, ceea ce i-a forțat să reducă la jumătate costurile și să schimbe proiectul. Rezultatul a fost ITER-FEAT, care a costat 3 miliarde USD, dar a permis un răspuns auto-susținut și un echilibru pozitiv al puterii.
În 2003, SUA s-au alăturat consorțiului, iar China și-a anunțat dorința de a participa. Ca urmare, la mijlocul anului 2005, partenerii au convenit să construiască ITER în Cadarache, în sudul Franței. UE și Franța au contribuit cu jumătate din cele 12,8 miliarde EUR, în timp ce Japonia, China, Coreea de Sud, SUA și Rusia au contribuit fiecare cu 10%. Japonia a furnizat componente de în altă tehnologie, a găzduit instalația IFMIF de 1 miliard de euro pentru testarea materialelor și a avut dreptul de a construi următorul reactor de testare. Costul total al ITER include jumătate din costul unei perioade de 10 aniconstrucție și jumătate - pentru 20 de ani de funcționare. India a devenit al șaptelea membru al ITER la sfârșitul anului 2005
Experimentele ar trebui să înceapă în 2018 folosind hidrogen pentru a evita activarea magnetului. Nu se așteaptă utilizarea plasmei D-T înainte de 2026
Scopul ITER este de a genera 500 MW (cel puțin timp de 400 de secunde) folosind mai puțin de 50 MW de putere de intrare fără a genera electricitate.
Demo-ul demo al centralei electrice de 2 gigawați va produce o generare de energie la scară largă în mod continuu. Conceptul de design pentru Demo va fi finalizat până în 2017, construcția urmând să înceapă în 2024. Lansarea va avea loc în 2033.
JET
În 1978, UE (Euratom, Suedia și Elveția) a început un proiect european comun JET în Marea Britanie. JET este cel mai mare tokamak operațional din lume în prezent. Un reactor similar JT-60 funcționează la Institutul Național de Fuziune Fuziune din Japonia, dar numai JET poate folosi combustibil deuteriu-tritiu.
Reactorul a fost lansat în 1983 și a devenit primul experiment, care a avut ca rezultat fuziunea termonucleară controlată cu o putere de până la 16 MW pentru o secundă și 5 MW de putere stabilă pe plasmă de deuteriu-tritiu în noiembrie 1991. Au fost efectuate multe experimente pentru a studia diverse scheme de încălzire și alte tehnici.
Alte îmbunătățiri ale JET-ului sunt creșterea puterii acestuia. Reactorul compact MAST este dezvoltat împreună cu JET și face parte din proiectul ITER.
K-STAR
K-STAR este un tokamak supraconductor coreean de la Institutul Național de Cercetare a Fuziunii (NFRI) din Daejeon, care a produs prima plasmă la mijlocul anului 2008. Acesta este un proiect pilot al ITER, care este rezultatul cooperării internaționale. Tokamak cu raza de 1,8 m este primul reactor care folosește magneți supraconductori Nb3Sn, aceiași care sunt planificați să fie utilizați în ITER. În prima etapă, finalizată până în 2012, K-STAR a trebuit să demonstreze viabilitatea tehnologiilor de bază și să realizeze impulsuri de plasmă cu o durată de până la 20 s. În a doua etapă (2013–2017), este în curs de modernizare pentru a studia impulsuri lungi de până la 300 s în modul H și trecerea la modul AT de în altă performanță. Scopul celei de-a treia faze (2018-2023) este de a obține performanță și eficiență ridicate în modul de impuls continuu. În etapa a 4-a (2023-2025), vor fi testate tehnologiile DEMO. Dispozitivul nu este capabil de tritiu și nu utilizează combustibil D-T.
K-DEMO
Dezvoltat în colaborare cu Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) al Departamentului de Energie al SUA și NFRI din Coreea de Sud, K-DEMO va fi următorul pas în dezvoltarea reactoarelor comerciale după ITER și va fi prima centrală electrică. capabil să genereze putere în rețeaua electrică, și anume 1 milion kW în câteva săptămâni. Diametrul său va fi de 6,65 m și va avea un modul de zonă de reproducere în curs de creare ca parte a proiectului DEMO. Ministerul coreean al Educației, Științei și Tehnologieiintenționează să investească aproximativ 1 trilion de woni (941 milioane USD) în el.
EAST
Tokamak-ul superconductor avansat experimental chinezesc (EAST) de la Institutul chinez de fizică din Hefei a creat plasmă de hidrogen la 50 de milioane de °C și a menținut-o timp de 102 secunde.
TFTR
În laboratorul american PPPL, reactorul termonuclear experimental TFTR a funcționat din 1982 până în 1997. În decembrie 1993, TFTR a devenit primul tokamak magnetic care a efectuat experimente ample cu plasmă de deuteriu-tritiu. În anul următor, reactorul a produs un record de 10,7 MW de putere controlabilă, iar în 1995, a fost atins un record de temperatură a gazului ionizat de 510 milioane °C. Cu toate acestea, instalația nu a atins obiectivul de energie de fuziune de prag de rentabilitate, dar a îndeplinit cu succes obiectivele de proiectare hardware, aducând o contribuție semnificativă la dezvoltarea ITER.
LHD
LHD la Institutul Național de Fuziune Fusion din Japonia din Toki, Prefectura Gifu a fost cel mai mare stelară din lume. Reactorul de fuziune a fost lansat în 1998 și a demonstrat calități de izolare a plasmei comparabile cu alte instalații mari. S-a atins o temperatură ionică de 13,5 keV (aproximativ 160 milioane °C) și o energie de 1,44 MJ.
Wendelstein 7-X
După un an de teste care au început la sfârșitul anului 2015, temperatura heliului a atins pentru scurt timp 1 milion de °C. În 2016, un reactor de fuziune cu hidrogenplasma, folosind o putere de 2 MW, a atins o temperatură de 80 milioane ° C într-un sfert de secundă. W7-X este cel mai mare stellarator din lume și este planificat să funcționeze continuu timp de 30 de minute. Costul reactorului s-a ridicat la 1 miliard de euro.
NIF
National Ignition Facility (NIF) de la Livermore National Laboratory (LLNL) a fost finalizată în martie 2009. Folosind cele 192 de fascicule laser, NIF este capabil să concentreze de 60 de ori mai multă energie decât orice sistem laser anterior.
Fuziune la rece
În martie 1989, doi cercetători, americanul Stanley Pons și britanic Martin Fleischman, au anunțat că au lansat un simplu reactor de fuziune la rece de birou care funcționează la temperatura camerei. Procesul a constat în electroliza apei grele folosind electrozi de paladiu, pe care s-au concentrat nuclee de deuteriu la o densitate mare. Cercetătorii susțin că s-a produs căldură care ar putea fi explicată doar în termeni de procese nucleare și au existat produse secundare de fuziune, inclusiv heliu, tritiu și neutroni. Cu toate acestea, alți experimentatori nu au reușit să repete această experiență. Majoritatea comunității științifice nu cred că reactoarele cu fuziune la rece sunt reale.
Reacții nucleare cu energie scăzută
Inițiate de pretenții de „fuziune la rece”, cercetările au continuat în domeniul reacțiilor nucleare cu energie scăzută, cu un anumit sprijin empiric, darnu este o explicație științifică general acceptată. Aparent, interacțiunile nucleare slabe sunt folosite pentru a crea și capta neutroni (mai degrabă decât o forță puternică, ca în fisiunea sau fuziunea nucleară). Experimentele includ pătrunderea hidrogenului sau a deuteriului printr-un pat catalitic și reacția cu un metal. Cercetătorii raportează o eliberare observată de energie. Exemplul practic principal este interacțiunea hidrogenului cu pulberea de nichel cu eliberarea de căldură, a cărei cantitate este mai mare decât poate da orice reacție chimică.
