Nykyään monet maat osallistuvat lämpöydintutkimukseen. Johtajia ovat Euroopan unioni, USA, Venäjä ja Japani, kun taas Kiinan, Brasilian, Kanadan ja Korean ohjelmat kasvavat nopeasti. Aluksi Yhdysv altojen ja Neuvostoliiton fuusioreaktorit yhdistettiin ydinaseiden kehittämiseen ja pysyivät turvaluokiteltuina Genevessä vuonna 1958 pidettyyn Atoms for Peace -konferenssiin asti. Neuvostoliiton tokamakin luomisen jälkeen ydinfuusiotutkimuksesta tuli 1970-luvulla "suuri tiede". Mutta laitteiden kustannukset ja monimutkaisuus kasvoivat siihen pisteeseen, että kansainvälinen yhteistyö oli ainoa tapa edetä.
Fuusioreaktorit maailmassa
1970-luvulta lähtien fuusioenergian kaupallista käyttöä on jatkuvasti lykätty 40 vuodella. Viime vuosina on kuitenkin tapahtunut paljon, mikä on voinut lyhentää tätä ajanjaksoa.
Useita tokamakkeja on rakennettu, mukaan lukien eurooppalainen JET, brittiläinen MAST ja kokeellinen fuusioreaktori TFTR Princetonissa, Yhdysvalloissa. Kansainvälinen ITER-projekti on parhaillaan rakenteilla Cadarachessa Ranskassa. Siitä tulee suurintokamak, kun se aloittaa toimintansa vuonna 2020. Vuonna 2030 Kiinaan rakennetaan CFETR, joka ohittaa ITERin. Samaan aikaan Kiina tekee tutkimusta kokeellisesta EAST-suprajohtavasta tokamakista.
Toisen tyyppiset fuusioreaktorit - stellaattorit - ovat myös suosittuja tutkijoiden keskuudessa. Yksi suurimmista, LHD, aloitti työnsä Japanin National Fusion Institutessa vuonna 1998. Sitä käytetään parhaan magneettisen plasmarajoituskokoonpanon löytämiseen. Saksalainen Max Planck Institute teki tutkimusta Wendelstein 7-AS -reaktorista Garchingissa vuosina 1988-2002 ja tällä hetkellä Wendelstein 7-X:stä, jota on rakenteilla yli 19 vuotta. Toinen TJII-stellaraattori on toiminnassa Madridissa, Espanjassa. Yhdysvalloissa Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), jossa ensimmäinen tämäntyyppinen fuusioreaktori rakennettiin vuonna 1951, keskeytti NCSX:n rakentamisen vuonna 2008 kustannusten ylittymisen ja rahoituksen puutteen vuoksi.
Lisäksi inertiaalisen lämpöydinfuusion tutkimuksessa on edistytty merkittävästi. National Nuclear Security Administrationin rahoittama 7 miljardin dollarin National Ignition Facility (NIF) rakentaminen Livermore National Laboratoryssa (LLNL) valmistui maaliskuussa 2009. Ranskalainen Laser Mégajoule (LMJ) aloitti toimintansa lokakuussa 2014. Fuusioreaktorit käyttävät noin 2 miljoonaa joulea valoenergiaa, jonka laserit toimittavat muutamassa sekunnin miljardisosassa muutaman millimetrin kokoiseen kohteeseen ydinfuusioreaktion käynnistämiseksi. NIF:n ja LMJ:n päätehtäväovat tutkimuksia kansallisten sotilaallisten ydinohjelmien tukemiseksi.
ITER
Vuonna 1985 Neuvostoliitto ehdotti seuraavan sukupolven tokamakin rakentamista yhdessä Euroopan, Japanin ja Yhdysv altojen kanssa. Työ tehtiin IAEA:n alaisuudessa. Vuosina 1988-1990 kansainvälisen lämpöydinkoereaktorin, ITERin, ensimmäiset suunnitelmat, joka tarkoittaa myös "polkua" tai "matkaa" latinaksi, luotiin todistamaan, että fuusio voisi tuottaa enemmän energiaa kuin se pystyisi absorboimaan. Myös Kanada ja Kazakstan osallistuivat Euratomin ja Venäjän välityksen kautta.
Kuuden vuoden jälkeen ITERin hallitus hyväksyi ensimmäisen vakiintuneeseen fysiikkaan ja teknologiaan perustuvan integroidun reaktorihankkeen, arvoltaan 6 miljardia dollaria. Sitten Yhdysvallat vetäytyi konsortiosta, mikä pakotti ne puolittamaan kustannukset ja muuttamaan hanketta. Tuloksena oli ITER-FEAT, joka maksoi 3 miljardia dollaria, mutta mahdollistaa itseään ylläpitävän vasteen ja positiivisen tehotasapainon.
Vuonna 2003 Yhdysvallat liittyi uudelleen konsortioon, ja Kiina ilmoitti haluavansa osallistua. Tämän seurauksena kumppanit sopivat vuoden 2005 puolivälissä ITERin rakentamisesta Cadaracheen Etelä-Ranskaan. EU ja Ranska maksoivat puolet 12,8 miljardista eurosta, kun taas Japani, Kiina, Etelä-Korea, Yhdysvallat ja Venäjä kukin 10 prosenttia. Japani toimitti korkean teknologian komponentteja, isännöi miljardin euron IFMIF-laitosta materiaalitestausta varten ja sillä oli oikeus rakentaa seuraava testireaktori. ITERin kokonaiskustannukset sisältävät puolet 10 vuoden kustannuksistarakentaminen ja puoli - 20 vuoden toiminnalle. Intiasta tuli ITERin seitsemäs jäsen vuoden 2005 lopussa
Kokeet tulisi aloittaa vuonna 2018 käyttämällä vetyä magneetin aktivoitumisen välttämiseksi. D-T-plasman käyttöä ei odoteta ennen vuotta 2026
ITERin tavoitteena on tuottaa 500 MW (vähintään 400 s) käyttämällä alle 50 MW syöttötehoa tuottamatta sähköä.
2 gigawatin demovoimalaitos Demo tuottaa laajamittaista sähköntuotantoa jatkuvasti. Demon konseptisuunnittelu valmistuu vuoteen 2017 mennessä ja rakentaminen alkaa vuonna 2024. Julkaiseminen tapahtuu vuonna 2033.
JET
Vuonna 1978 EU (Euratom, Ruotsi ja Sveitsi) aloitti yhteisen eurooppalaisen JET-hankkeen Yhdistyneessä kuningaskunnassa. JET on tällä hetkellä maailman suurin toimiva tokamak. Samanlainen JT-60-reaktori toimii Japanin National Fusion Fusion Institutessa, mutta vain JET voi käyttää deuterium-tritiumpolttoainetta.
Reaktori käynnistettiin vuonna 1983, ja siitä tuli ensimmäinen koe, joka johti kontrolloituun lämpöydinfuusion teholla jopa 16 MW sekunnissa ja 5 MW vakaalla teholla deuterium-tritiumplasmalla marraskuussa 1991. Useita kokeita on tehty erilaisten lämmitysmenetelmien ja muiden tekniikoiden tutkimiseksi.
JETin lisäparannukset lisäävät sen tehoa. Kompaktia MAST-reaktoria kehitetään yhdessä JET:n kanssa ja se on osa ITER-projektia.
K-STAR
K-STAR on korealainen suprajohtava tokamak National Fusion Research Institutesta (NFRI) Daejeonista, joka tuotti ensimmäisen plasmansa vuoden 2008 puolivälissä. Kyseessä on kansainvälisen yhteistyön tulos ITERin pilottihanke. 1,8 metrin säteellä oleva tokamak on ensimmäinen reaktori, jossa käytetään suprajohtavia Nb3Sn-magneetteja, samoja, joita on tarkoitus käyttää ITERissä. Ensimmäisessä, vuoteen 2012 mennessä valmistuneessa vaiheessa K-STAR:n oli todistettava perustekniikoiden toimivuus ja saavutettava plasmapulsseja, joiden kesto oli jopa 20 s. Toisessa vaiheessa (2013–2017) sitä päivitetään tutkimaan pitkiä jopa 300 s:n pulsseja H-tilassa ja siirtymään korkean suorituskyvyn AT-tilaan. Kolmannen vaiheen (2018-2023) tavoitteena on saavuttaa korkea suorituskyky ja hyötysuhde jatkuvassa pulssitilassa. Neljännessä vaiheessa (2023-2025) testataan DEMO-teknologioita. Laite ei ole tritiumia tukeva eikä käytä D-T-polttoainetta.
K-DEMO
Yhdysv altalaisen energiaministeriön Princetonin plasmafysiikan laboratorion (PPPL) ja Etelä-Korean NFRI:n kanssa kehitetty K-DEMO on seuraava askel kaupallisten reaktorien kehittämisessä ITERin jälkeen, ja siitä tulee ensimmäinen voimalaitos. pystyy tuottamaan sähköverkkoon tehoa, eli 1 miljoona kW muutamassa viikossa. Sen halkaisija tulee olemaan 6,65 m, ja siihen rakennetaan DEMO-projektin yhteydessä toistovyöhykemoduuli. Korean opetus-, tiede- ja teknologiaministeriöaikoo sijoittaa siihen noin 1 biljoona wonia (941 miljoonaa dollaria).
IDÄ
The Chinese Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) Kiinan fysiikan instituutissa Hefeissä loi vetyplasmaa 50 miljoonassa °C:ssa ja piti sitä 102 sekuntia.
TFTR
Amerikkalaisessa PPPL-laboratoriossa kokeellinen lämpöydinreaktori TFTR toimi vuosina 1982–1997. Joulukuussa 1993 TFTR:stä tuli ensimmäinen magneettinen tokamak, joka suoritti laajoja kokeita deuterium-tritiumplasmalla. Seuraavana vuonna reaktori tuotti tuolloin ennätyksellisen 10,7 MW säädettävää tehoa, ja vuonna 1995 saavutettiin ionisoidun kaasun lämpötilaennätys 510 miljoonaa °C. Laitos ei kuitenkaan saavuttanut nollatukea fuusioenergian tavoitetta, mutta se saavutti onnistuneesti laitteistosuunnittelun tavoitteet, mikä vaikutti merkittävästi ITERin kehitykseen.
LHD
LHD Japanin National Fusion Fusion Institutessa Tokiossa Gifun prefektuurissa oli maailman suurin stellaraattori. Fuusioreaktori otettiin käyttöön vuonna 1998, ja sen plasmaeristysominaisuudet ovat verrattavissa muihin suuriin tiloihin. Saavutettiin 13,5 keV (noin 160 miljoonaa °C) ionilämpötila ja 1,44 MJ energia.
Wendelstein 7-X
Vuoden 2015 lopussa alkaneen testauksen jälkeen heliumin lämpötila nousi hetkeksi 1 miljoonaan °C:seen. Vuonna 2016 fuusioreaktori vedyn kanssaplasma saavutti 2 MW teholla 80 miljoonan °C:n lämpötilan neljännessekunnissa. W7-X on maailman suurin stellaraattori, ja sen on suunniteltu toimivan yhtäjaksoisesti 30 minuuttia. Reaktorin kustannukset olivat 1 miljardi euroa.
NIF
National Ignition Facility (NIF) Livermore National Laboratoryssa (LLNL) valmistui maaliskuussa 2009. 192 lasersädellään NIF pystyy keskittämään 60 kertaa enemmän energiaa kuin mikään aikaisempi laserjärjestelmä.
Kylmäfuusio
Maaliskuussa 1989 kaksi tutkijaa, amerikkalainen Stanley Pons ja brittiläinen Martin Fleischman, ilmoittivat käynnistäneensä yksinkertaisen pöytäkoneen kylmäfuusioreaktorin, joka toimii huoneenlämmössä. Prosessi koostui raskaan veden elektrolyysistä käyttämällä palladiumelektrodeja, joihin deuteriumytimiä konsentroitiin suurella tiheydellä. Tutkijat väittävät, että syntyi lämpöä, joka voidaan selittää vain ydinprosesseilla, ja fuusiossa oli sivutuotteita, kuten heliumia, tritiumia ja neutroneja. Muut kokeilijat eivät kuitenkaan pystyneet toistamaan tätä kokemusta. Suurin osa tiedeyhteisöstä ei usko, että kylmäfuusioreaktorit ovat todellisia.
Matalenergiset ydinreaktiot
"kylmäfuusio"-väitteistä alkanut tutkimus on jatkunut matalaenergisten ydinreaktioiden alalla empiirisellä tuella, muttaei ole yleisesti hyväksytty tieteellinen selitys. Ilmeisesti heikkoja ydinvuorovaikutuksia käytetään neutronien luomiseen ja sieppaamiseen (eikä voimakasta voimaa, kuten ydinfissiossa tai fuusiossa). Kokeet sisältävät vedyn tai deuteriumin läpäisyn katalyyttikerroksen läpi ja reaktion metallin kanssa. Tutkijat raportoivat havaitusta energian vapautumisesta. Tärkein käytännön esimerkki on vedyn vuorovaikutus nikkelijauheen kanssa lämmön vapautuessa, jonka määrä on suurempi kuin mikään kemiallinen reaktio voi antaa.
