Бүгінде көптеген елдер термоядролық зерттеулерге қатысуда. Көшбасшылар Еуропалық Одақ, АҚШ, Ресей және Жапония болса, Қытай, Бразилия, Канада және Корея бағдарламалары қарқынды дамып келеді. Бастапқыда АҚШ пен КСРО-дағы термоядролық реакторлар ядролық қаруды жасаумен байланысты болды және 1958 жылы Женевада өткен «Атомдар бейбітшілік үшін» конференциясына дейін жіктелді. Кеңестік токамак құрылғаннан кейін 1970 жылдары ядролық синтезді зерттеу «үлкен ғылымға» айналды. Бірақ құрылғылардың құны мен күрделілігі халықаралық ынтымақтастықты алға жылжытудың жалғыз жолы болатын деңгейге дейін өсті.
Әлемдегі термоядролық реакторлар
1970 жылдардан бері синтез энергиясын коммерциялық пайдалану үнемі 40 жылға артқа шегінді. Дегенмен, соңғы жылдары бұл кезеңді қысқартатын көп нәрсе болды.
Бірнеше токамак салынды, соның ішінде еуропалық JET, британдық MAST және Принстондағы (АҚШ) тәжірибелік термоядролық TFTR реакторы. Қазіргі уақытта Францияның Кадараш қаласында халықаралық ITER жобасы салынуда. Ол ең үлкен боладытокамак 2020 жылы жұмыс істей бастағанда. 2030 жылы Қытайда ITER-ден асып түсетін CFETR салынады. Сонымен қатар, ҚХР ШЫҒЫС тәжірибелік асқын өткізгіш токамакқа зерттеу жүргізуде.
Басқа түрдегі термоядролық реакторлар – жұлдызшалар – зерттеушілер арасында да танымал. Ең ірілерінің бірі, LHD 1998 жылы Жапонияның Ұлттық Fusion институтында жұмысын бастады. Ол магниттік плазманың ең жақсы конфигурациясын табу үшін қолданылады. Неміс Макс Планк институты 1988-2002 жылдар аралығында Гарчингтегі Wendelstein 7-AS реакторында және қазіргі уақытта 19 жылдан астам салынып жатқан Wendelstein 7-X реакторында зерттеулер жүргізді. Мадридте (Испания) тағы бір TJII stellarator жұмыс істейді. АҚШ-та 1951 жылы осы түрдегі алғашқы синтез реакторы салынған Принстондағы плазмалық физика зертханасы (PPPL) шығындардың асып кетуіне және қаржыландырудың болмауына байланысты NCSX құрылысын 2008 жылы тоқтатты.
Сонымен қатар инерциялық термоядролық синтезді зерттеуде айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізілді. Ұлттық ядролық қауіпсіздік әкімшілігі қаржыландыратын Ливермор ұлттық зертханасында (LLNL) құны 7 миллиард доллар тұратын Ұлттық тұтану қондырғысының (NIF) құрылысы 2009 жылдың наурыз айында аяқталды. Француздық лазерлік мегажоуль (LMJ) 2014 жылдың қазан айында жұмысын бастады. Термоядролық реакторлар ядролық синтез реакциясын бастау үшін өлшемі бірнеше миллиметрлік нысанаға секундтың бірнеше миллиардтан бір бөлігінде лазерлер арқылы жеткізілетін шамамен 2 миллион джоуль жарық энергиясын пайдаланады. NIF және LMJ негізгі міндетіұлттық әскери ядролық бағдарламаларды қолдауға арналған зерттеулер.
ITER
1985 жылы Кеңес Одағы токамактың келесі буынын Еуропа, Жапония және АҚШ-пен бірге жасауды ұсынды. Жұмыс МАГАТЭ демеушілігімен жүргізілді. 1988 және 1990 жылдар аралығында халықаралық термоядролық тәжірибелік реактордың, ITER-дің алғашқы жобалары, ол сонымен қатар латын тілінен аударғанда «жол» немесе «саяхат» дегенді білдіреді, синтездің сіңіре алатын энергиядан көбірек энергия шығаратынын дәлелдеу үшін жасалды. Канада мен Қазақстан да тиісінше Еуратом және Ресей делдалдықтары арқылы қатысты.
6 жылдан кейін ITER кеңесі бекітілген физика мен технологияға негізделген, құны 6 миллиард доллар болатын бірінші интеграцияланған реактор жобасын мақұлдады. Содан кейін АҚШ консорциумнан шықты, бұл оларды шығындарды екі есе азайтуға және жобаны өзгертуге мәжбүр етті. Нәтиже ITER-FEAT болды, құны 3 миллиард долларды құрады, бірақ өзін-өзі қамтамасыз ететін жауап пен оң қуат балансына мүмкіндік берді.
2003 жылы АҚШ консорциумға қайта қосылды, ал Қытай қатысуға ниет білдірді. Нәтижесінде 2005 жылдың ортасында серіктестер Францияның оңтүстігіндегі Кадараш қаласында ITER салуға келісті. ЕО мен Франция 12,8 миллиард еуроның жартысын, ал Жапония, Қытай, Оңтүстік Корея, АҚШ және Ресей әрқайсысы 10 пайыздан үлес қосты. Жапония жоғары технологиялық құрамдас бөліктерді қамтамасыз етті, материалдарды сынау үшін € 1 миллиард IFMIF нысанын орналастырды және келесі сынақ реакторын салу құқығына ие болды. ITER жалпы құны 10 жылдық құнының жартысын қамтидықұрылыс және жартысы - 20 жыл пайдалану үшін. Үндістан 2005 жылдың соңында ITER жетінші мүшесі болды
Магниттің белсендірілуін болдырмау үшін эксперименттер 2018 жылы сутегі арқылы басталуы керек. D-T плазмасын пайдалану 2026 жылға дейін күтілмейді
ITER-тің мақсаты - электр энергиясын өндірусіз 50 МВт-тан аз кіріс қуатын пайдаланып, 500 МВт (кем дегенде 400 секунд) өндіру.
2 гигаваттық демо электр станциясы Demo тұрақты түрде кең ауқымды электр энергиясын өндіреді. Демонстрацияның тұжырымдамалық жобасы 2017 жылы аяқталады, құрылысы 2024 жылы басталады. Іске қосу 2033 жылы болады.
JET
1978 жылы ЕО (Еуратом, Швеция және Швейцария) Ұлыбританияда бірлескен еуропалық JET жобасын бастады. JET - бүгінгі таңда әлемдегі ең үлкен жұмыс істейтін токамак. Осыған ұқсас JT-60 реакторы Жапонияның Ұлттық Fusion Fusion институтында жұмыс істейді, бірақ тек JET дейтерий-тритий отынын пайдалана алады.
Реактор 1983 жылы іске қосылды және 1991 жылдың қарашасында дейтерий-тритий плазмасында бір секунд ішінде 16 МВт-қа дейінгі қуаттылықпен және 5 МВт тұрақты қуатпен басқарылатын термоядролық синтезге әкелген бірінші эксперимент болды. Әртүрлі қыздыру схемалары мен басқа техникаларды зерттеу үшін көптеген эксперименттер жүргізілді.
JET-ті одан әрі жақсартулар оның қуатын арттыру болып табылады. MAST ықшам реакторы JET-пен бірге әзірленуде және ITER жобасының бөлігі болып табылады.
K-STAR
K-STAR - 2008 жылдың ортасында өзінің алғашқы плазмасын шығарған Тэжондағы Ұлттық синтезді зерттеу институтының (NFRI) корейлік асқын өткізгіш токамак. Бұл халықаралық ынтымақтастықтың нәтижесі болып табылатын ITER пилоттық жобасы. Радиусы 1,8 м токамак - бұл ITER-де пайдалану жоспарланатындармен бірдей асқын өткізгіш Nb3Sn магниттерін пайдаланатын алғашқы реактор. 2012 жылға дейін аяқталған бірінші кезеңде K-STAR негізгі технологиялардың өміршеңдігін дәлелдеп, 20 секундқа дейінгі плазмалық импульстарға қол жеткізуі керек болды. Екінші кезеңде (2013–2017 ж.) ол H режимінде 300 с дейінгі ұзақ импульстарды зерттеу және жоғары өнімді AT режиміне көшу үшін жаңартылуда. Үшінші кезеңнің мақсаты (2018-2023 жж.) үздіксіз импульстік режимде жоғары өнімділік пен тиімділікке қол жеткізу. 4-кезеңде (2023-2025 жж.) DEMO технологиялары сынақтан өтеді. Құрылғы тритийді пайдалана алмайды және D-T отынын пайдаланбайды.
K-DEMO
АҚШ Энергетика министрлігінің Принстондағы плазмалық физика зертханасымен (PPPL) және Оңтүстік Кореяның NFRI-мен бірлесіп әзірленген K-DEMO ITER-тен кейінгі коммерциялық реакторларды дамытудың келесі қадамы болады және бірінші электр станциясы болады. бірнеше апта ішінде электр желісінде, атап айтқанда 1 млн кВт қуат өндіруге қабілетті. Оның диаметрі 6,65 м болады және DEMO жобасының бөлігі ретінде жасалатын репродукция аймағы модулі болады. Кореяның Білім, ғылым және технология министрлігіоған шамамен 1 триллион вон ($941 миллион) инвестициялауды жоспарлап отыр.
ШЫҒЫС
Хефэйдегі Қытай физика институтындағы Қытай эксперименталды жетілдірілген асқын өткізгіш Токамак (ШЫҒЫС) сутегі плазмасын 50 миллион °C температурада жасап, оны 102 секунд ұстады.
TFTR
Американдық PPPL зертханасында TFTR тәжірибелік термоядролық реакторы 1982 жылдан 1997 жылға дейін жұмыс істеді. 1993 жылдың желтоқсанында TFTR дейтерий-тритий плазмасымен ауқымды эксперименттер жүргізген алғашқы магниттік токамак болды. Келесі жылы реактор сол кездегі рекордтық 10,7 МВт бақыланатын қуат өндірді, ал 1995 жылы иондалған газ температурасының рекорды 510 миллион °C болды. Дегенмен, нысан шығынсыз синтез энергиясының мақсатына жете алмады, бірақ ITER дамуына елеулі үлес қосып, аппараттық дизайн мақсаттарына сәтті жауап берді.
LHD
LHD, Гифу префектурасы, Токи қаласындағы Жапонияның Ұлттық Fusion Fusion институтында әлемдегі ең үлкен жұлдыз болды. Термоядролық реактор 1998 жылы іске қосылды және басқа ірі қондырғылармен салыстыруға болатын плазмалық оқшаулау сапасын көрсетті. 13,5 кВ (шамамен 160 миллион °C) ион температурасы мен 1,44 МДж энергияға жетті.
Вендельштейн 7-X
2015 жылдың соңында басталған бір жылдық сынақтан кейін гелий температурасы қысқа уақытқа 1 миллион °C-қа жетті. 2016 жылы сутегі бар термоядролық реактор2 МВт қуатты пайдаланатын плазма секундтың төрттен бірінде 80 миллион ° C температураға жетті. W7-X - әлемдегі ең үлкен жұлдызшы және 30 минут бойы үздіксіз жұмыс істеуге жоспарланған. Реактордың құны 1 миллиард еуроны құрады.
NIF
Ливермор ұлттық зертханасында (LLNL) Ұлттық тұтану қондырғысы (NIF) 2009 жылдың наурызында аяқталды. NIF өзінің 192 лазер сәулесін пайдалана отырып, бұрынғы кез келген лазерлік жүйеге қарағанда 60 есе көп энергияны шоғырландыра алады.
Суық синтез
1989 жылы наурызда екі зерттеуші американдық Стэнли Понс пен британдық Мартин Флейшман бөлме температурасында жұмыс істейтін қарапайым жұмыс үстеліндегі суық термоядролық реакторды іске қосқандарын жариялады. Процесс ауыр суды палладий электродтары арқылы электролиздеуден тұрды, оның үстінде дейтерий ядролары жоғары тығыздықта шоғырланған. Зерттеушілер жылу тек ядролық процестермен түсіндірілуі мүмкін өндірілген деп мәлімдейді және гелий, тритий және нейтрондарды қоса алғанда, синтездің жанама өнімдері болды. Алайда, басқа экспериментаторлар бұл тәжірибені қайталай алмады. Ғылыми қауымдастықтың көпшілігі суық термоядролық реакторлардың шынайы екеніне сенбейді.
Төмен энергиялы ядролық реакциялар
"Суық синтез" туралы мәлімдемелермен басталған зерттеулер кейбір эмпирикалық қолдаумен төмен энергиялы ядролық реакциялар саласындағы зерттеулерді жалғастырды, бірақжалпы қабылданған ғылыми түсініктеме емес. Шамасы, әлсіз ядролық өзара әрекеттесу нейтрондарды жасау және ұстау үшін қолданылады (ядролық бөліну немесе синтездегідей күшті күш емес). Тәжірибелерге сутегінің немесе дейтерийдің каталитикалық қабат арқылы өтуі және металмен әрекеттесуі жатады. Зерттеушілер энергияның бөлінуі байқалғанын хабарлайды. Негізгі практикалық мысал сутектің никель ұнтағымен өзара әрекеттесуі, оның мөлшері кез келген химиялық реакция бере алатын жылу мөлшерінен жоғары.
