Šodien daudzas valstis piedalās kodoltermiskā izpētē. Līderes ir Eiropas Savienība, ASV, Krievija un Japāna, savukārt Ķīnas, Brazīlijas, Kanādas un Korejas programmas strauji aug. Sākotnēji kodolsintēzes reaktori ASV un PSRS bija saistīti ar kodolieroču izstrādi un palika klasificēti līdz konferencei Atoms for Peace, kas notika Ženēvā 1958. gadā. Pēc padomju tokamaka izveides kodolsintēzes pētījumi 70. gados kļuva par "lielo zinātni". Taču ierīču izmaksas un sarežģītība pieauga tiktāl, ka starptautiskā sadarbība bija vienīgais ceļš uz priekšu.
Kodolsintēzes reaktori pasaulē
Kopš 1970. gadiem kodolsintēzes enerģijas komerciālā izmantošana ir konsekventi atlikta par 40 gadiem. Tomēr pēdējos gados ir noticis daudz, kas varētu saīsināt šo periodu.
Ir uzbūvēti vairāki tokamaki, tostarp Eiropas JET, Lielbritānijas MAST un eksperimentālais kodolsintēzes reaktors TFTR Prinstonā, ASV. Starptautiskais ITER projekts pašlaik tiek būvēts Kadarašā, Francijā. Tas kļūs par lielākotokamak, kad tas sāks darboties 2020. gadā. 2030. gadā Ķīnā tiks uzbūvēts CFETR, kas pārspēs ITER. Tikmēr ĶTR veic pētījumu par EAST eksperimentālo supravadošo tokamaku.
Pētnieku iecienīti ir arī cita veida kodolsintēzes reaktori - stelatori. Viens no lielākajiem, LHD, sāka darbu Japānas Nacionālajā kodolsintēzes institūtā 1998. gadā. To izmanto, lai atrastu labāko magnētiskās plazmas ierobežojuma konfigurāciju. Vācijas Maksa Planka institūts veica pētījumus par Wendelstein 7-AS reaktoru Garchingā laikā no 1988. līdz 2002. gadam un pašlaik par Wendelstein 7-X, kas tiek būvēts vairāk nekā 19 gadus. Vēl viens TJII stellarators darbojas Madridē, Spānijā. ASV Prinstonas plazmas fizikas laboratorija (PPPL), kur 1951. gadā tika uzbūvēts pirmais šāda veida kodolsintēzes reaktors, 2008. gadā apturēja NCSX būvniecību izmaksu pārsniegšanas un finansējuma trūkuma dēļ.
Turklāt ievērojams progress ir panākts inerciālās kodoltermiskās saplūšanas pētījumos. Nacionālās aizdedzes iekārtas (NIF) celtniecība Livermoras Nacionālajā laboratorijā (LLNL) 7 miljardu ASV dolāru apmērā, ko finansēja Nacionālā kodoldrošības administrācija, tika pabeigta 2009. gada martā. Francijas lāzers Mégajoule (LMJ) sāka darboties 2014. gada oktobrī. Kodolsintēzes reaktori izmanto aptuveni 2 miljonus džoulu gaismas enerģijas, ko lāzeri dažās sekundes miljarddaļās piegādā dažus milimetrus lielam mērķim, lai sāktu kodolsintēzes reakciju. NIF un LMJ galvenais uzdevumsir pētījumi valsts militāro kodolprogrammu atbalstam.
ITER
1985. gadā Padomju Savienība ierosināja būvēt nākamās paaudzes tokamaku kopā ar Eiropu, Japānu un ASV. Darbs tika veikts SAEA paspārnē. Laikā no 1988. līdz 1990. gadam tika radīti pirmie Starptautiskā kodoltermiskā eksperimentālā reaktora ITER dizainparaugi, kas latīņu valodā nozīmē arī "ceļš" vai "ceļojums", lai pierādītu, ka kodolsintēze var radīt vairāk enerģijas, nekā tā spēj absorbēt. Kanāda un Kazahstāna arī piedalījās attiecīgi ar Euratom un Krievijas starpniecību.
Pēc 6 gadiem ITER valde apstiprināja pirmo integrētā reaktora projektu, kura pamatā ir noteikta fizika un tehnoloģija un kura vērtība ir 6 miljardi USD. Pēc tam ASV izstājās no konsorcija, kas lika viņiem uz pusi samazināt izmaksas un mainīt projektu. Rezultāts bija ITER-FEAT, kas izmaksāja 3 miljardus ASV dolāru, bet ļāva nodrošināt pašpietiekamu reakciju un pozitīvu jaudas līdzsvaru.
2003. gadā ASV atkal pievienojās konsorcijam, un Ķīna paziņoja par vēlmi tajā piedalīties. Tā rezultātā 2005. gada vidū partneri vienojās būvēt ITER Kadarašā Francijas dienvidos. ES un Francija iemaksāja pusi no 12,8 miljardiem eiro, bet Japāna, Ķīna, Dienvidkoreja, ASV un Krievija - katra pa 10%. Japāna nodrošināja augsto tehnoloģiju komponentus, izvietoja 1 miljardu eiro vērto IFMIF iekārtu materiālu testēšanai un tai bija tiesības uzbūvēt nākamo testa reaktoru. ITER kopējās izmaksās ietilpst puse no 10 gadu izmaksāmbūvniecība un puse - uz 20 darbības gadiem. Indija kļuva par septīto ITER dalībvalsti 2005. gada beigās
Eksperimenti jāsāk 2018. gadā, izmantojot ūdeņradi, lai izvairītos no magnēta aktivizēšanas. D-T plazmas lietošana nav gaidāma pirms 2026. gada
ITER mērķis ir ģenerēt 500 MW (vismaz 400 s), izmantojot mazāk nekā 50 MW ievades jaudas, neradot elektroenerģiju.
2 gigavatu demonstrācijas spēkstacija Demo nepārtraukti ražos liela mēroga elektroenerģijas ražošanu. Demonstrācijas koncepcijas projekts tiks pabeigts līdz 2017. gadam, un būvniecība tiks uzsākta 2024. gadā. Izlaišana notiks 2033. gadā.
JET
1978. gadā ES (Euratom, Zviedrija un Šveice) sāka kopīgu Eiropas JET projektu Apvienotajā Karalistē. JET ir šobrīd pasaulē lielākais strādājošais tokamaks. Līdzīgs JT-60 reaktors darbojas Japānas Nacionālajā kodolsintēzes institūtā, taču tikai JET var izmantot deitērija-tritija degvielu.
Reaktors tika palaists 1983. gadā, un tas kļuva par pirmo eksperimentu, kura rezultātā 1991. gada novembrī tika veikta kontrolēta kodolsintēze ar jaudu līdz 16 MW uz vienu sekundi un 5 MW stabilu jaudu uz deitērija-tritija plazmas. Ir veikti daudzi eksperimenti, lai izpētītu dažādas apkures shēmas un citus paņēmienus.
Turpmākie JET uzlabojumi ir palielināt tā jaudu. MAST kompaktais reaktors tiek izstrādāts kopā ar JET un ir daļa no ITER projekta.
K-STAR
K-STAR ir Korejas supravadošs tokamaks no Nacionālā kodolsintēzes pētniecības institūta (NFRI) Tedžonā, kas savu pirmo plazmu ražoja 2008. gada vidū. Šis ir ITER pilotprojekts, kas ir starptautiskās sadarbības rezultāts. 1,8 m rādiusa tokamaks ir pirmais reaktors, kurā tiek izmantoti supravadoši Nb3Sn magnēti, tie paši, kurus plānots izmantot ITER. Pirmajā posmā, kas tika pabeigts līdz 2012. gadam, K-STAR bija jāpierāda pamattehnoloģiju dzīvotspēja un jāsasniedz plazmas impulsi ar ilgumu līdz 20 s. Otrajā posmā (2013–2017) tas tiek modernizēts, lai H režīmā pētītu garus impulsus līdz 300 s un pārietu uz augstas veiktspējas AT režīmu. Trešās fāzes (2018-2023) mērķis ir sasniegt augstu veiktspēju un efektivitāti nepārtrauktā impulsa režīmā. 4.posmā (2023-2025) tiks testētas DEMO tehnoloģijas. Ierīce nav aprīkota ar tritiju, un tajā netiek izmantota D-T degviela.
K-DEMO
Izstrādāts sadarbībā ar ASV Enerģētikas departamenta Prinstonas plazmas fizikas laboratoriju (PPPL) un Dienvidkorejas NFRI, K-DEMO ir paredzēts kā nākamais solis komerciālo reaktoru attīstībā pēc ITER, un tā būs pirmā spēkstacija. spēj saražot elektrotīklā jaudu, proti, 1 miljonu kW dažu nedēļu laikā. Tā diametrs būs 6,65 m, un tam projekta DEMO ietvaros tiks izveidots reprodukcijas zonas modulis. Korejas Izglītības, zinātnes un tehnoloģiju ministrijaplāno tajā ieguldīt aptuveni 1 triljonu vonu (941 miljonu ASV dolāru).
Austrumi
Ķīnas Eksperimentālais uzlabotais supravadošais tokamaks (EAST) Ķīnas Fizikas institūtā Hefejā radīja ūdeņraža plazmu 50 miljonu °C temperatūrā un noturēja to 102 sekundes.
TFTR
Amerikāņu laboratorijā PPPL eksperimentālais kodoltermiskais reaktors TFTR darbojās no 1982. līdz 1997. gadam. 1993. gada decembrī TFTR kļuva par pirmo magnētisko tokamaku, kas veica plašus eksperimentus ar deitērija-tritija plazmu. Nākamajā gadā reaktors ražoja tobrīd rekordlielu 10,7 MW kontrolējamu jaudu, un 1995. gadā tika sasniegts jonizētās gāzes temperatūras rekords 510 miljonu °C. Tomēr iekārta nesasniedza līdzsvara kodolsintēzes enerģijas mērķi, bet veiksmīgi izpildīja aparatūras projektēšanas mērķus, sniedzot būtisku ieguldījumu ITER attīstībā.
LHD
LHD Japānas Nacionālajā kodolsintēzes institūtā Tokijā, Gifu prefektūrā, bija lielākais stellarators pasaulē. Kodolsintēzes reaktors tika palaists 1998. gadā, un tas ir demonstrējis plazmas izolēšanas īpašības, kas ir salīdzināmas ar citām lielām iekārtām. Tika sasniegta jonu temperatūra 13,5 keV (apmēram 160 miljoni °C) un enerģija 1,44 MJ.
Vendelšteins 7-X
Pēc gadu ilgas testēšanas, kas sākās 2015. gada beigās, hēlija temperatūra īslaicīgi sasniedza 1 miljonu °C. 2016. gadā kodolsintēzes reaktors ar ūdeņradiplazma, izmantojot 2 MW jaudu, ceturtdaļas sekundes laikā sasniedza 80 miljonu ° C temperatūru. W7-X ir lielākais stellarators pasaulē, un ir plānots, ka tas darbosies nepārtraukti 30 minūtes. Reaktora izmaksas sasniedza 1 miljardu eiro.
NIF
Nacionālā aizdedzes iekārta (NIF) Livermoras Nacionālajā laboratorijā (LLNL) tika pabeigta 2009. gada martā. Izmantojot savus 192 lāzera starus, NIF spēj koncentrēt 60 reizes vairāk enerģijas nekā jebkura iepriekšējā lāzera sistēma.
Aukstā kodolsintēze
1989. gada martā divi pētnieki, amerikānis Stenlijs Pons un brits Mārtins Fleišmans, paziņoja, ka ir iedarbinājuši vienkāršu galda aukstās kodolsintēzes reaktoru, kas darbojas istabas temperatūrā. Process sastāvēja no smagā ūdens elektrolīzes, izmantojot pallādija elektrodus, uz kuriem lielā blīvumā tika koncentrēti deitērija kodoli. Pētnieki apgalvo, ka radās siltums, ko varēja izskaidrot tikai ar kodolprocesiem, un bija kodolsintēzes blakusprodukti, tostarp hēlijs, tritijs un neitroni. Tomēr citiem eksperimentētājiem neizdevās šo pieredzi atkārtot. Lielākā daļa zinātnieku aprindu neuzskata, ka aukstās kodolsintēzes reaktori ir īsti.
Zema enerģijas kodolreakcijas
Ar apgalvojumiem par "auksto kodolsintēzi" ir turpināti pētījumi zemas enerģijas kodolreakciju jomā ar zināmu empīrisku atbalstu, tačunav vispārpieņemts zinātnisks skaidrojums. Acīmredzot neitronu radīšanai un uztveršanai tiek izmantota vāja kodola mijiedarbība (nevis spēcīgs spēks, piemēram, kodola skaldīšanas vai saplūšanas gadījumā). Eksperimenti ietver ūdeņraža vai deitērija caurlaidību caur katalītisko slāni un reakciju ar metālu. Pētnieki ziņo par novērotu enerģijas izdalīšanos. Galvenais praktiskais piemērs ir ūdeņraža mijiedarbība ar niķeļa pulveri, izdalot siltumu, kura daudzums ir lielāks nekā jebkura ķīmiska reakcija.
