Idag deltar många länder i termonukleär forskning. Ledarna är Europeiska unionen, USA, Ryssland och Japan, medan Kinas, Brasiliens, Kanadas och Koreas program växer snabbt. Till en början var fusionsreaktorer i USA och Sovjetunionen förknippade med utvecklingen av kärnvapen och förblev hemliga fram till Atoms for Peace-konferensen som hölls i Genève 1958. Efter skapandet av den sovjetiska tokamak blev kärnfusionsforskningen på 1970-talet en "stor vetenskap". Men kostnaden och komplexiteten för enheterna ökade till den punkt där internationellt samarbete var den enda vägen framåt.
Fusionsreaktorer i världen
Sedan 1970-talet har kommersiell användning av fusionsenergi konsekvent skjutits tillbaka med 40 år. Mycket har dock hänt de senaste åren som kan förkorta denna period.
Flera tokamaks har byggts, inklusive European JET, brittiska MAST och den experimentella fusionsreaktorn TFTR i Princeton, USA. Det internationella ITER-projektet är för närvarande under uppbyggnad i Cadarache, Frankrike. Det kommer att bli störsttokamak när den börjar fungera 2020. År 2030 kommer CFETR att byggas i Kina, vilket kommer att överträffa ITER. Samtidigt bedriver Kina forskning om EAST experimentella supraledande tokamak.
Fusionsreaktorer av en annan typ - stellatorer - är också populära bland forskare. En av de största, LHD, började arbeta på Japans National Fusion Institute 1998. Den används för att hitta den bästa magnetiska plasmainneslutningskonfigurationen. Tyska Max Planck-institutet genomförde forskning på Wendelstein 7-AS-reaktorn i Garching mellan 1988 och 2002, och för närvarande på Wendelstein 7-X, som har varit under uppbyggnad i mer än 19 år. En annan TJII stellarator är i drift i Madrid, Spanien. I USA stoppade Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), där den första fusionsreaktorn av denna typ byggdes 1951, byggandet av NCSX 2008 på grund av kostnadsöverskridanden och bristande finansiering.
Dessutom har betydande framsteg gjorts i forskningen om tröghet termonukleär fusion. Byggandet av 7 miljarder dollar National Ignition Facility (NIF) vid Livermore National Laboratory (LLNL), finansierat av National Nuclear Security Administration, slutfördes i mars 2009. Den franska Laser Mégajoule (LMJ) togs i drift i oktober 2014. Fusionsreaktorer använder cirka 2 miljoner joule ljusenergi som levereras av lasrar på några miljarddelar av en sekund till ett mål som är några millimeter stort för att starta en kärnfusionsreaktion. Huvuduppgiften för NIF och LMJär studier för att stödja nationella militära kärnkraftsprogram.
ITER
1985 föreslog Sovjetunionen att bygga nästa generation av tokamak tillsammans med Europa, Japan och USA. Arbetet utfördes i IAEA:s regi. Mellan 1988 och 1990 skapades de första designerna för den internationella termonukleära experimentreaktorn, ITER, som också betyder "väg" eller "resa" på latin, för att bevisa att fusion kunde producera mer energi än den kunde absorbera. Kanada och Kazakstan deltog också genom medling av Euratom respektive Ryssland.
Efter 6 år godkände ITER-styrelsen det första integrerade reaktorprojektet baserat på etablerad fysik och teknik, värt 6 miljarder dollar. Sedan drog sig USA ur konsortiet, vilket tvingade dem att halvera kostnaderna och ändra projektet. Resultatet blev ITER-FEAT, som kostade 3 miljarder USD men möjliggör självuppehållande respons och positiv kraftbalans.
2003 gick USA åter med i konsortiet och Kina tillkännagav sin önskan att delta. Som ett resultat kom partnerna i mitten av 2005 överens om att bygga ITER i Cadarache i södra Frankrike. EU och Frankrike bidrog med hälften av 12,8 miljarder euro, medan Japan, Kina, Sydkorea, USA och Ryssland bidrog med 10 % vardera. Japan tillhandahöll högteknologiska komponenter, var värd för IFMIF-anläggningen på 1 miljard euro för materi altestning och hade rätten att bygga nästa testreaktor. Den totala kostnaden för ITER inkluderar hälften av kostnaden för ett 10-årkonstruktion och hälften - för 20 års drift. Indien blev den sjunde medlemmen i ITER i slutet av 2005
Experiment bör starta 2018 med väte för att undvika magnetaktivering. D-T plasmaanvändning förväntas inte före 2026
ITERs mål är att generera 500 MW (åtminstone i 400 s) med mindre än 50 MW ineffekt utan att generera elektricitet.
Demokraftverket Demo på 2 gigawatt kommer att producera storskalig elproduktion på en kontinuerlig basis. Konceptdesignen för demon kommer att vara färdig 2017, med byggstart 2024. Lanseringen kommer att äga rum 2033.
JET
1978 startade EU (Euratom, Sverige och Schweiz) ett gemensamt europeiskt JET-projekt i Storbritannien. JET är den största operativa tokamaken i världen idag. En liknande JT-60-reaktor är verksam vid Japans National Fusion Fusion Institute, men endast JET kan använda deuterium-tritiumbränsle.
Reaktorn lanserades 1983 och blev det första experimentet som resulterade i kontrollerad termonukleär fusion med en effekt på upp till 16 MW under en sekund och 5 MW stabil effekt på deuterium-tritiumplasma i november 1991. Många experiment har utförts för att studera olika uppvärmningsscheman och andra tekniker.
Ytterligare förbättringar av JET är att öka dess kraft. MAST kompaktreaktorn utvecklas tillsammans med JET och är en del av ITER-projektet.
K-STAR
K-STAR är en koreansk supraledande tokamak från National Fusion Research Institute (NFRI) i Daejeon, som producerade sin första plasma i mitten av 2008. Detta är ett pilotprojekt av ITER, som är resultatet av internationellt samarbete. Tokamak med 1,8 m radie är den första reaktorn som använder supraledande Nb3Sn-magneter, samma som är planerade att användas i ITER. Under det första steget, avslutat 2012, var K-STAR tvungen att bevisa livskraften hos de grundläggande teknologierna och uppnå plasmapulser med en varaktighet på upp till 20 s. I det andra steget (2013–2017) uppgraderas den för att studera långa pulser upp till 300 s i H-läget och övergång till det högpresterande AT-läget. Målet med den tredje fasen (2018-2023) är att uppnå hög prestanda och effektivitet i det kontinuerliga pulsläget. I det fjärde steget (2023-2025) kommer DEMO-tekniker att testas. Enheten är inte kompatibel med tritium och använder inte D-T-bränsle.
K-DEMO
K-DEMO är utvecklad i samarbete med det amerikanska energidepartementets Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och Sydkoreas NFRI. K-DEMO kommer att bli nästa steg i kommersiell reaktorutveckling efter ITER, och kommer att bli det första kraftverket kapabla att generera effekt i elnät, nämligen 1 miljon kW inom några veckor. Dess diameter kommer att vara 6,65 m, och den kommer att ha en reproduktionszonsmodul som skapas som en del av DEMO-projektet. Koreanska ministeriet för utbildning, vetenskap och teknikplanerar att investera cirka 1 biljon won (941 miljoner USD) i den.
EAST
The Chinese Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) vid Chinese Institute of Physics i Hefei skapade väteplasma vid 50 miljoner °C och höll den i 102 sekunder.
TFTR
I det amerikanska laboratoriet PPPL fungerade den experimentella termonukleära reaktorn TFTR från 1982 till 1997. I december 1993 blev TFTR den första magnetiska tokamak som genomförde omfattande experiment med deuterium-tritiumplasma. Året därpå producerade reaktorn då rekordhöga 10,7 MW kontrollerbar effekt och 1995 nåddes ett temperaturrekord för joniserad gas på 510 miljoner °C. Anläggningen uppnådde dock inte målet om break-even fusionsenergi, men uppfyllde framgångsrikt hårdvarudesignmålen, vilket gav ett betydande bidrag till utvecklingen av ITER.
LHD
LHD vid Japans National Fusion Fusion Institute i Toki, Gifu-prefekturen, var världens största stellarator. Fusionsreaktorn lanserades 1998 och har visat plasmainneslutningsegenskaper som är jämförbara med andra stora anläggningar. En jontemperatur på 13,5 keV (cirka 160 miljoner °C) och en energi på 1,44 MJ uppnåddes.
Wendelstein 7-X
Efter ett års tester som började i slutet av 2015 nådde heliumtemperaturen kortvarigt 1 miljon °C. 2016, en fusionsreaktor med väteplasma, med 2 MW effekt, nådde en temperatur på 80 miljoner ° C inom en kvarts sekund. W7-X är den största stellaratorn i världen och är planerad att fungera kontinuerligt i 30 minuter. Kostnaden för reaktorn uppgick till 1 miljard €.
NIF
National Ignition Facility (NIF) vid Livermore National Laboratory (LLNL) färdigställdes i mars 2009. Med sina 192 laserstrålar kan NIF koncentrera 60 gånger mer energi än något tidigare lasersystem.
Kall fusion
I mars 1989 meddelade två forskare, amerikanen Stanley Pons och britten Martin Fleischman, att de hade lanserat en enkel stationär kallfusionsreaktor som arbetar vid rumstemperatur. Processen bestod i elektrolys av tungt vatten med palladiumelektroder, på vilka deuteriumkärnor koncentrerades med hög densitet. Forskarna hävdar att värme producerades som bara kunde förklaras i termer av nukleära processer, och det fanns fusionsbiprodukter inklusive helium, tritium och neutroner. Men andra försöksledare misslyckades med att upprepa denna erfarenhet. De flesta av forskarvärlden tror inte att kallfusionsreaktorer är verkliga.
Lågenergikärnreaktioner
Initierad av påståenden om "kall fusion", har forskningen fortsatt inom området lågenergikärnreaktioner, med visst empiriskt stöd, meninte en allmänt accepterad vetenskaplig förklaring. Tydligen används svaga nukleära interaktioner för att skapa och fånga neutroner (snarare än en kraftfull kraft, som vid kärnklyvning eller fusion). Experiment inkluderar permeation av väte eller deuterium genom en katalytisk bädd och reaktion med en metall. Forskarna rapporterar en observerad frisättning av energi. Det huvudsakliga praktiska exemplet är interaktionen mellan väte och nickelpulver med frigöring av värme, vars mängd är större än någon kemisk reaktion kan ge.
