Šiandien daugelis šalių dalyvauja termobranduoliniuose tyrimuose. Vadovauja Europos Sąjunga, JAV, Rusija ir Japonija, sparčiai auga Kinijos, Brazilijos, Kanados ir Korėjos programos. Iš pradžių sintezės reaktoriai JAV ir SSRS buvo siejami su branduolinių ginklų kūrimu ir liko įslaptinti iki konferencijos „Atoms for Peace“, įvykusios Ženevoje 1958 m. Sukūrus sovietinį tokamaką, aštuntajame dešimtmetyje branduolinės sintezės tyrimai tapo „didžiuliu mokslu“. Tačiau įrenginių kaina ir sudėtingumas išaugo tiek, kad tarptautinis bendradarbiavimas buvo vienintelis kelias į priekį.
Susiliejimo reaktoriai pasaulyje
Nuo aštuntojo dešimtmečio komercinis branduolių sintezės energijos naudojimas buvo nuolat stumiamas 40 metų atgal. Tačiau pastaraisiais metais įvyko daug, kas galėjo sutrumpinti šį laikotarpį.
Pastatyti keli tokamakai, įskaitant Europos JET, britų MAST ir eksperimentinį branduolių sintezės reaktorių TFTR Prinstone, JAV. Šiuo metu Kadaraše, Prancūzijoje, statomas tarptautinis ITER projektas. Jis taps didžiausiastokamakas, kai jis pradės veikti 2020 m. 2030 m. CFETR bus pastatytas Kinijoje, kuris pralenks ITER. Tuo tarpu KLR atlieka eksperimentinio EAST superlaidaus tokamako tyrimus.
Tyrėjų pamėgti ir kito tipo sintezės reaktoriai – stelatoriai. Vienas didžiausių, LHD, Japonijos nacionaliniame sintezės institute pradėjo dirbti 1998 m. Jis naudojamas norint rasti geriausią magnetinės plazmos izoliacijos konfigūraciją. Vokietijos Maxo Plancko institutas 1988–2002 m. atliko Wendelstein 7-AS reaktoriaus Garching mieste ir šiuo metu daugiau nei 19 metų statomo Wendelstein 7-X tyrimus. Kitas TJII stelaratorius veikia Madride, Ispanijoje. JAV Prinstono plazminės fizikos laboratorija (PPPL), kur pirmasis tokio tipo branduolių sintezės reaktorius buvo pastatytas 1951 m., 2008 m. sustabdė NCSX statybą dėl išlaidų viršijimo ir finansavimo trūkumo.
Be to, buvo padaryta didelė pažanga tiriant inercinę termobranduolinę sintezę. 2009 m. kovo mėn. buvo baigtas statyti 7 milijardus dolerių vertės Nacionalinis uždegimo įrenginys (NIF) Livermoro nacionalinėje laboratorijoje (LLNL), finansuojamas Nacionalinės branduolinio saugumo administracijos. Prancūzų lazerinis mégadžaulis (LMJ) pradėjo veikti 2014 m. spalį. Branduolinės sintezės reakcijai pradėti branduolių sintezės reaktoriai naudoja apie 2 milijonus džaulių šviesos energijos, kurią lazeriai per kelias milijardąsias sekundės dalis tiekia į kelių milimetrų dydžio taikinį. Pagrindinė NIF ir LMJ užduotisyra tyrimai, skirti remti nacionalines karines branduolines programas.
ITER
1985 m. Sovietų Sąjunga pasiūlė statyti naujos kartos tokamaką kartu su Europa, Japonija ir JAV. Darbai buvo atlikti globojant TATENA. 1988–1990 m. buvo sukurti pirmieji Tarptautinio termobranduolinio eksperimentinio reaktoriaus ITER projektai, kurie taip pat lotyniškai reiškia „kelias“arba „kelionė“, siekiant įrodyti, kad sintezė gali pagaminti daugiau energijos, nei galėtų sugerti. Kanada ir Kazachstanas taip pat dalyvavo atitinkamai tarpininkaujant Euratomui ir Rusijai.
Po 6 metų ITER valdyba patvirtino pirmąjį integruoto reaktoriaus projektą, pagrįstą nusistovėjusia fizika ir technologija, kurio vertė 6 mlrd. Tada JAV pasitraukė iš konsorciumo, o tai privertė perpus sumažinti išlaidas ir pakeisti projektą. Rezultatas buvo ITER-FEAT, kainavęs 3 milijardus USD, bet leidžiantis savarankiškai palaikyti atsaką ir teigiamą galios balansą.
2003 m. JAV vėl prisijungė prie konsorciumo, o Kinija paskelbė apie savo norą dalyvauti. Dėl to 2005 m. viduryje partneriai susitarė statyti ITER Kadaraše Pietų Prancūzijoje. ES ir Prancūzija skyrė pusę 12,8 mlrd. eurų, o Japonija, Kinija, Pietų Korėja, JAV ir Rusija – po 10 proc. Japonija suteikė aukštųjų technologijų komponentus, 1 milijardo eurų vertės IFMIF objektą medžiagų bandymams ir turėjo teisę statyti kitą bandomąjį reaktorių. Į bendrą ITER kainą įeina pusė 10 metų sąnaudųstatybos ir pusė – 20 eksploatacijos metų. 2005 m. pabaigoje Indija tapo septinta ITER nare
Eksperimentai turėtų prasidėti 2018 m. naudojant vandenilį, kad būtų išvengta magneto aktyvavimo. D-T plazmos naudojimas nenumatomas anksčiau nei 2026 m.
ITER tikslas yra generuoti 500 MW (bent 400 s) naudojant mažiau nei 50 MW įvesties galios negeneruojant elektros.
2 gigavatų demonstracinė jėgainė Demo nuolat gamins didelio masto elektros energiją. Demonstracinio projekto koncepcija bus baigta iki 2017 m., o statyba prasidės 2024 m. Pristatymas įvyks 2033 m.
JET
1978 m. ES (Euratomas, Švedija ir Šveicarija) pradėjo bendrą Europos JET projektą JK. JET yra didžiausias šiandien veikiantis tokamakas pasaulyje. Panašus JT-60 reaktorius veikia Japonijos nacionaliniame branduolių sintezės institute, tačiau tik JET gali naudoti deuterio-tričio kurą.
Reaktorius buvo paleistas 1983 m. ir tapo pirmuoju eksperimentu, kurio metu 1991 m. lapkričio mėn. deuterio ir tričio plazmoje buvo valdoma termobranduolinė sintezė, kurios galia siekė iki 16 MW per vieną sekundę ir 5 MW stabilios galios. Buvo atlikta daug eksperimentų, siekiant ištirti įvairias šildymo schemas ir kitus metodus.
Tolimesni JET patobulinimai skirti padidinti jo galią. MAST kompaktiškas reaktorius kuriamas kartu su JET ir yra ITER projekto dalis.
K-STAR
K-STAR yra korėjiečių superlaidus tokamakas iš Nacionalinio sintezės tyrimų instituto (NFRI) Tedžone, kuris 2008 m. viduryje pagamino pirmąją plazmą. Tai bandomasis ITER projektas, kuris yra tarptautinio bendradarbiavimo rezultatas. 1,8 m spindulio tokamakas yra pirmasis reaktorius, kuriame panaudoti superlaidūs Nb3Sn magnetai – tokie patys, kuriuos planuojama naudoti ITER. Per pirmąjį etapą, baigtą iki 2012 m., K-STAR turėjo įrodyti pagrindinių technologijų gyvybingumą ir pasiekti plazmos impulsus, kurių trukmė iki 20 s. Antrajame etape (2013–2017 m.) jis atnaujinamas tirti ilgus impulsus iki 300 s H režimu ir pereiti prie didelio našumo AT režimo. Trečiojo etapo (2018–2023 m.) tikslas – pasiekti aukštą našumą ir efektyvumą nuolatinio impulso režimu. IV etape (2023-2025 m.) bus išbandytos DEMO technologijos. Įrenginys neturi tričio ir nenaudoja D-T kuro.
K-DEMO
K-DEMO, sukurta bendradarbiaujant su JAV Energetikos departamento Prinstono plazmos fizikos laboratorija (PPPL) ir Pietų Korėjos NFRI, bus kitas komercinių reaktorių plėtros žingsnis po ITER ir bus pirmoji elektrinė galintis elektros tinkle pagaminti galią, ty 1 mln. kW per kelias savaites. Jo skersmuo bus 6,65 m, joje bus DEMO projekto metu kuriamas reprodukcijos zonos modulis. Korėjos švietimo, mokslo ir technologijų ministerijaplanuoja į jį investuoti apie 1 trilijoną vonų (941 mln. USD).
RYTAI
Kinijos eksperimentinis pažangus superlaidus tokamakas (EAST) Kinijos fizikos institute Hefėjuje sukūrė vandenilio plazmą 50 mln. °C temperatūroje ir išlaikė ją 102 sekundes.
TFTR
Amerikos laboratorijoje PPPL eksperimentinis termobranduolinis reaktorius TFTR veikė 1982–1997 m. 1993 m. gruodžio mėn. TFTR tapo pirmuoju magnetiniu tokamaku, atlikusiu išsamius eksperimentus su deuterio-tričio plazma. Kitais metais reaktorius pagamino tuomet rekordinę 10,7 MW valdomos galios, o 1995 metais buvo pasiektas jonizuotų dujų temperatūros rekordas – 510 mln. °C. Tačiau įrenginys nepasiekė lūžinės sintezės energijos tikslo, tačiau sėkmingai įvykdė techninės įrangos projektavimo tikslus ir reikšmingai prisidėjo prie ITER kūrimo.
LHD
LHD Japonijos nacionaliniame sintezės sintezės institute Tokije, Gifu prefektūroje, buvo didžiausias pasaulyje stelaratorius. Branduolinės sintezės reaktorius buvo paleistas 1998 m. ir parodė plazmos izoliavimo savybes, panašias į kitus didelius įrenginius. Pasiekta 13,5 keV (apie 160 mln. °C) jonų temperatūra ir 1,44 MJ energija.
Wendelstein 7-X
Po metus trukusių bandymų, prasidėjusių 2015 m. pabaigoje, helio temperatūra trumpam pasiekė 1 mln. °C. 2016 metais branduolių sintezės reaktorius su vandeniliuplazma, naudodama 2 MW galią, per ketvirtį sekundės pasiekė 80 milijonų °C temperatūrą. W7-X yra didžiausias pasaulyje stelaratorius ir planuojama nepertraukiamai veikti 30 minučių. Reaktoriaus kaina siekė 1 milijardą eurų.
NIF
Nacionalinė uždegimo priemonė (NIF) Livermoro nacionalinėje laboratorijoje (LLNL) buvo baigta 2009 m. kovo mėn. Naudodamas 192 lazerio spindulius, NIF gali sutelkti 60 kartų daugiau energijos nei bet kuri ankstesnė lazerinė sistema.
Š alta sintezė
1989 m. kovo mėn. du tyrinėtojai, amerikietis Stanley Ponsas ir britas Martinas Fleischmanas, paskelbė, kad paleido paprastą stalinį š altosios sintezės reaktorių, veikiantį kambario temperatūroje. Procesą sudarė sunkiojo vandens elektrolizė naudojant paladžio elektrodus, ant kurių deuterio branduoliai buvo sukoncentruoti dideliu tankiu. Tyrėjai teigia, kad buvo gaminama šiluma, kurią galima paaiškinti tik branduoliniais procesais, ir buvo sintezės šalutinių produktų, įskaitant helią, tritį ir neutronus. Tačiau kitiems eksperimentuotojams šios patirties pakartoti nepavyko. Dauguma mokslo bendruomenės netiki, kad š altosios sintezės reaktoriai yra tikri.
Mažos energijos branduolinės reakcijos
Inicijuoti teiginių apie „š altąją sintezę“, buvo tęsiami moksliniai tyrimai mažos energijos branduolinių reakcijų srityje su tam tikra empirine parama, tačiaunėra visuotinai priimtas mokslinis paaiškinimas. Matyt, silpna branduolinė sąveika naudojama neutronams sukurti ir užfiksuoti (o ne galinga jėga, kaip branduolio dalijimosi ar sintezės atveju). Eksperimentai apima vandenilio arba deuterio prasiskverbimą per katalizinį sluoksnį ir reakciją su metalu. Tyrėjai praneša apie pastebėtą energijos išsiskyrimą. Pagrindinis praktinis pavyzdys yra vandenilio sąveika su nikelio milteliais, kai išsiskiria šiluma, kurios kiekis yra didesnis nei bet kokia cheminė reakcija.
