Σήμερα, πολλές χώρες συμμετέχουν στη θερμοπυρηνική έρευνα. Οι ηγέτες είναι η Ευρωπαϊκή Ένωση, οι ΗΠΑ, η Ρωσία και η Ιαπωνία, ενώ τα προγράμματα της Κίνας, της Βραζιλίας, του Καναδά και της Κορέας αναπτύσσονται ραγδαία. Αρχικά, οι αντιδραστήρες σύντηξης στις Ηνωμένες Πολιτείες και την ΕΣΣΔ συνδέθηκαν με την ανάπτυξη πυρηνικών όπλων και παρέμειναν ταξινομημένοι μέχρι τη διάσκεψη Atoms for Peace που πραγματοποιήθηκε στη Γενεύη το 1958. Μετά τη δημιουργία του σοβιετικού tokamak, η έρευνα πυρηνικής σύντηξης στη δεκαετία του 1970 έγινε «μεγάλη επιστήμη». Αλλά το κόστος και η πολυπλοκότητα των συσκευών αυξήθηκαν σε σημείο που η διεθνής συνεργασία ήταν ο μόνος δρόμος προς τα εμπρός.
Αντιδραστήρες σύντηξης στον κόσμο
Από τη δεκαετία του 1970, η εμπορική χρήση της ενέργειας σύντηξης απωθήθηκε σταθερά κατά 40 χρόνια. Ωστόσο, πολλά έχουν συμβεί τα τελευταία χρόνια που θα μπορούσαν να συντομεύσουν αυτή την περίοδο.
Έχουν κατασκευαστεί αρκετά tokamak, συμπεριλαμβανομένου του ευρωπαϊκού JET, του βρετανικού MAST και του πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης TFTR στο Πρίνστον των ΗΠΑ. Το διεθνές έργο ITER βρίσκεται υπό κατασκευή στο Cadarache της Γαλλίας. Θα γίνει το μεγαλύτεροtokamak όταν αρχίσει να λειτουργεί το 2020. Το 2030, η CFETR θα κατασκευαστεί στην Κίνα, η οποία θα ξεπεράσει τον ITER. Εν τω μεταξύ, η ΛΔΚ διεξάγει έρευνα για το πειραματικό υπεραγώγιμο tokamak EAST.
Οι αντιδραστήρες σύντηξης ενός άλλου τύπου - stellators - είναι επίσης δημοφιλείς στους ερευνητές. Ένα από τα μεγαλύτερα, το LHD, ξεκίνησε να εργάζεται στο Εθνικό Ινστιτούτο Σύντηξης της Ιαπωνίας το 1998. Χρησιμοποιείται για την εύρεση της καλύτερης διαμόρφωσης μαγνητικού περιορισμού πλάσματος. Το γερμανικό Ινστιτούτο Max Planck πραγματοποίησε έρευνα στον αντιδραστήρα Wendelstein 7-AS στο Garching μεταξύ 1988 και 2002, και επί του παρόντος στο Wendelstein 7-X, το οποίο βρίσκεται υπό κατασκευή για περισσότερα από 19 χρόνια. Ένας άλλος αστεροειδής TJII βρίσκεται σε λειτουργία στη Μαδρίτη της Ισπανίας. Στις ΗΠΑ, το Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Πρίνστον (PPPL), όπου κατασκευάστηκε ο πρώτος αντιδραστήρας σύντηξης αυτού του τύπου το 1951, σταμάτησε την κατασκευή του NCSX το 2008 λόγω υπερβάσεων κόστους και έλλειψης χρηματοδότησης.
Επιπλέον, έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην έρευνα της αδρανειακής θερμοπυρηνικής σύντηξης. Η κατασκευή της Εθνικής Εγκατάστασης Ανάφλεξης (NIF) 7 δισεκατομμυρίων δολαρίων στο Εθνικό Εργαστήριο Livermore (LLNL), που χρηματοδοτήθηκε από την Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας, ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2009. Το γαλλικό Laser Mégajoule (LMJ) ξεκίνησε τη λειτουργία του τον Οκτώβριο του 2014. Οι αντιδραστήρες σύντηξης χρησιμοποιούν περίπου 2 εκατομμύρια τζάουλ φωτεινής ενέργειας που παρέχεται από λέιζερ σε λίγα δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου σε έναν στόχο μεγέθους λίγων χιλιοστών για να ξεκινήσει μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης. Το κύριο καθήκον των NIF και LMJείναι μελέτες για την υποστήριξη εθνικών στρατιωτικών πυρηνικών προγραμμάτων.
ITER
Το 1985, η Σοβιετική Ένωση πρότεινε την κατασκευή της επόμενης γενιάς tokamak μαζί με την Ευρώπη, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ. Οι εργασίες πραγματοποιήθηκαν υπό την αιγίδα του ΔΟΑΕ. Μεταξύ 1988 και 1990, δημιουργήθηκαν τα πρώτα σχέδια για τον Διεθνή Θερμοπυρηνικό Πειραματικό Αντιδραστήρα, ITER, που σημαίνει επίσης «μονοπάτι» ή «ταξίδι» στα λατινικά, για να αποδειχθεί ότι η σύντηξη θα μπορούσε να παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που θα μπορούσε να απορροφήσει. Ο Καναδάς και το Καζακστάν συμμετείχαν επίσης με τη μεσολάβηση της Ευρατόμ και της Ρωσίας αντίστοιχα.
Μετά από 6 χρόνια, το Συμβούλιο του ITER ενέκρινε το πρώτο έργο ολοκληρωμένου αντιδραστήρα που βασίζεται σε καθιερωμένη φυσική και τεχνολογία, αξίας 6 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Στη συνέχεια οι ΗΠΑ αποχώρησαν από την κοινοπραξία, γεγονός που τις ανάγκασε να μειώσουν στο μισό το κόστος και να αλλάξουν το έργο. Το αποτέλεσμα ήταν το ITER-FEAT, που κόστισε 3 δισεκατομμύρια δολάρια, αλλά επέτρεψε την αυτοσυντηρούμενη απόκριση και το θετικό ισοζύγιο ισχύος.
Το 2003, οι ΗΠΑ εντάχθηκαν ξανά στην κοινοπραξία και η Κίνα ανακοίνωσε την επιθυμία της να συμμετάσχει. Ως αποτέλεσμα, στα μέσα του 2005, οι εταίροι συμφώνησαν να κατασκευάσουν το ITER στο Cadarache στη νότια Γαλλία. Η ΕΕ και η Γαλλία συνεισέφεραν τα μισά από τα 12,8 δισεκατομμύρια ευρώ, ενώ η Ιαπωνία, η Κίνα, η Νότια Κορέα, οι ΗΠΑ και η Ρωσία συνεισέφεραν από 10% η καθεμία. Η Ιαπωνία παρείχε εξαρτήματα υψηλής τεχνολογίας, φιλοξένησε την εγκατάσταση IFMIF ύψους 1 δισ. ευρώ για δοκιμές υλικών και είχε το δικαίωμα να κατασκευάσει τον επόμενο δοκιμαστικό αντιδραστήρα. Το συνολικό κόστος του ITER περιλαμβάνει το ήμισυ του κόστους μιας 10ετίαςκατασκευή και μισό - για 20 χρόνια λειτουργίας. Η Ινδία έγινε το έβδομο μέλος του ITER στα τέλη του 2005
Τα πειράματα θα πρέπει να ξεκινήσουν το 2018 χρησιμοποιώντας υδρογόνο για να αποφευχθεί η ενεργοποίηση του μαγνήτη. Δεν αναμένεται χρήση πλάσματος D-T πριν από το 2026
Ο στόχος του ITER είναι να παράγει 500 MW (τουλάχιστον για 400 δευτερόλεπτα) χρησιμοποιώντας λιγότερη από 50 MW εισροής ισχύος χωρίς να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Η επίδειξη του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 2 gigawatt θα παράγει μεγάλης κλίμακας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε συνεχή βάση. Το concept design για το Demo θα ολοκληρωθεί έως το 2017, με την κατασκευή να ξεκινά το 2024. Η εκτόξευση θα πραγματοποιηθεί το 2033.
JET
Το 1978, η ΕΕ (Ευρατόμ, Σουηδία και Ελβετία) ξεκίνησε ένα κοινό ευρωπαϊκό έργο JET στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το JET είναι το μεγαλύτερο λειτουργικό tokamak στον κόσμο σήμερα. Ένας παρόμοιος αντιδραστήρας JT-60 λειτουργεί στο Εθνικό Ινστιτούτο Σύντηξης της Ιαπωνίας, αλλά μόνο το JET μπορεί να χρησιμοποιήσει καύσιμο δευτερίου-τριτίου.
Ο αντιδραστήρας ξεκίνησε το 1983 και έγινε το πρώτο πείραμα, το οποίο οδήγησε σε ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη με ισχύ έως και 16 MW για ένα δευτερόλεπτο και 5 MW σταθερής ισχύος στο πλάσμα δευτερίου-τριτίου τον Νοέμβριο του 1991. Πολλά πειράματα έχουν διεξαχθεί προκειμένου να μελετηθούν διάφορα συστήματα θέρμανσης και άλλες τεχνικές.
Περαιτέρω βελτιώσεις στο JET είναι να αυξήσουν την ισχύ του. Ο συμπαγής αντιδραστήρας MAST αναπτύσσεται μαζί με το JET και αποτελεί μέρος του έργου ITER.
K-STAR
Το K-STAR είναι ένα κορεάτικο υπεραγώγιμο tokamak από το Εθνικό Ινστιτούτο Έρευνας Σύντηξης (NFRI) στο Daejeon, το οποίο παρήγαγε το πρώτο του πλάσμα στα μέσα του 2008. Πρόκειται για ένα πιλοτικό έργο του ITER, το οποίο είναι αποτέλεσμα διεθνούς συνεργασίας. Ο tokamak ακτίνας 1,8 m είναι ο πρώτος αντιδραστήρας που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμους μαγνήτες Nb3Sn, τους ίδιους που σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθούν στο ITER. Κατά το πρώτο στάδιο, που ολοκληρώθηκε το 2012, το K-STAR έπρεπε να αποδείξει τη βιωσιμότητα των βασικών τεχνολογιών και να επιτύχει παλμούς πλάσματος με διάρκεια έως και 20 δευτερόλεπτα. Στο δεύτερο στάδιο (2013–2017), αναβαθμίζεται για τη μελέτη μεγάλων παλμών έως 300 s στη λειτουργία H και τη μετάβαση στη λειτουργία AT υψηλής απόδοσης. Στόχος της τρίτης φάσης (2018-2023) είναι η επίτευξη υψηλής απόδοσης και απόδοσης στη λειτουργία συνεχούς παλμού. Στο 4ο στάδιο (2023-2025) θα δοκιμαστούν οι τεχνολογίες DEMO. Η συσκευή δεν είναι ικανή για τρίτιο και δεν χρησιμοποιεί καύσιμο D-T.
K-DEMO
Αναπτύχθηκε σε συνεργασία με το Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος Princeton (PPPL) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και το NFRI της Νότιας Κορέας, το K-DEMO πρόκειται να είναι το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη εμπορικών αντιδραστήρων μετά τον ITER και θα είναι ο πρώτος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής ικανό να παράγει ισχύ σε ηλεκτρικό δίκτυο, συγκεκριμένα 1 εκατομμύριο kW μέσα σε λίγες εβδομάδες. Η διάμετρός του θα είναι 6,65 m και θα έχει μια μονάδα ζώνης αναπαραγωγής που θα δημιουργηθεί στο πλαίσιο του έργου DEMO. Υπουργείο Παιδείας, Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέαςσχεδιάζει να επενδύσει περίπου 1 τρισεκατομμύριο γουόν (941 εκατομμύρια δολάρια) σε αυτό.
ΑΝΑΤΟΛΗ
Το κινεζικό πειραματικό προηγμένο υπεραγώγιμο Tokamak (EAST) στο Κινεζικό Ινστιτούτο Φυσικής στο Χεφέι δημιούργησε πλάσμα υδρογόνου στους 50 εκατομμύρια °C και το κράτησε για 102 δευτερόλεπτα.
TFTR
Στο αμερικανικό εργαστήριο PPPL, ο πειραματικός θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας TFTR λειτούργησε από το 1982 έως το 1997. Τον Δεκέμβριο του 1993, το TFTR έγινε το πρώτο μαγνητικό tokamak που πραγματοποίησε εκτεταμένα πειράματα με πλάσμα δευτερίου-τριτίου. Το επόμενο έτος, ο αντιδραστήρας παρήγαγε ένα τότε ρεκόρ 10,7 MW ελεγχόμενης ισχύος και το 1995 επιτεύχθηκε ρεκόρ θερμοκρασίας ιονισμένου αερίου 510 εκατομμυρίων °C. Ωστόσο, η εγκατάσταση δεν πέτυχε τον στόχο της ενέργειας σύντηξης στο νεκρό σημείο, αλλά πέτυχε με επιτυχία τους στόχους σχεδιασμού υλικού, συμβάλλοντας σημαντικά στην ανάπτυξη του ITER.
LHD
LHD στο Εθνικό Ινστιτούτο Σύντηξης της Ιαπωνίας στο Τόκι, στην επαρχία Γκίφου ήταν ο μεγαλύτερος αστεροειδής στον κόσμο. Ο αντιδραστήρας σύντηξης ξεκίνησε το 1998 και έχει επιδείξει ιδιότητες περιορισμού πλάσματος συγκρίσιμες με άλλες μεγάλες εγκαταστάσεις. Επιτεύχθηκε θερμοκρασία ιόντων 13,5 keV (περίπου 160 εκατομμύρια °C) και ενέργεια 1,44 MJ.
Wendelstein 7-X
Μετά από ένα χρόνο δοκιμών που ξεκίνησαν στα τέλη του 2015, η θερμοκρασία ηλίου έφτασε για λίγο στο 1 εκατομμύριο °C. Το 2016, ένας αντιδραστήρας σύντηξης με υδρογόνοΤο πλάσμα, χρησιμοποιώντας ισχύ 2 MW, έφτασε σε θερμοκρασία 80 εκατομμυρίων ° C μέσα σε ένα τέταρτο του δευτερολέπτου. Το W7-X είναι ο μεγαλύτερος αστρικός μηχανισμός στον κόσμο και σχεδιάζεται να λειτουργεί συνεχώς για 30 λεπτά. Το κόστος του αντιδραστήρα ανήλθε σε 1 δισ. €.
NIF
Η National Ignition Facility (NIF) στο Livermore National Laboratory (LLNL) ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2009. Χρησιμοποιώντας τις 192 ακτίνες λέιζερ του, το NIF είναι σε θέση να συγκεντρώνει 60 φορές περισσότερη ενέργεια από οποιοδήποτε προηγούμενο σύστημα λέιζερ.
Cold fusion
Τον Μάρτιο του 1989, δύο ερευνητές, ο Αμερικανός Stanley Pons και ο Βρετανός Martin Fleischman, ανακοίνωσαν ότι είχαν ξεκινήσει έναν απλό επιτραπέζιο αντιδραστήρα ψυχρής σύντηξης που λειτουργούσε σε θερμοκρασία δωματίου. Η διαδικασία συνίστατο στην ηλεκτρόλυση βαρέος νερού χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια παλλαδίου, στα οποία συγκεντρώνονταν πυρήνες δευτερίου σε υψηλή πυκνότητα. Οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι παρήχθη θερμότητα που μπορούσε να εξηγηθεί μόνο με όρους πυρηνικών διεργασιών και ότι υπήρχαν υποπροϊόντα σύντηξης, όπως ήλιο, τρίτιο και νετρόνια. Ωστόσο, άλλοι πειραματιστές απέτυχαν να επαναλάβουν αυτή την εμπειρία. Το μεγαλύτερο μέρος της επιστημονικής κοινότητας δεν πιστεύει ότι οι αντιδραστήρες ψυχρής σύντηξης είναι πραγματικοί.
Πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλής ενέργειας
Ξεκινήθηκε από ισχυρισμούς για «ψυχρή σύντηξη», η έρευνα συνεχίστηκε στον τομέα των πυρηνικών αντιδράσεων χαμηλής ενέργειας, με κάποια εμπειρική υποστήριξη, αλλάδεν είναι μια γενικά αποδεκτή επιστημονική εξήγηση. Προφανώς, οι ασθενείς πυρηνικές αλληλεπιδράσεις χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και τη σύλληψη νετρονίων (αντί για μια ισχυρή δύναμη, όπως στην πυρηνική σχάση ή σύντηξη). Τα πειράματα περιλαμβάνουν διείσδυση υδρογόνου ή δευτερίου μέσω μιας καταλυτικής κλίνης και αντίδραση με ένα μέταλλο. Οι ερευνητές αναφέρουν μια παρατηρούμενη απελευθέρωση ενέργειας. Το κύριο πρακτικό παράδειγμα είναι η αλληλεπίδραση του υδρογόνου με τη σκόνη νικελίου με την απελευθέρωση θερμότητας, η ποσότητα της οποίας είναι μεγαλύτερη από αυτή που μπορεί να δώσει οποιαδήποτε χημική αντίδραση.
