Vandaag de dag nemen veel landen deel aan thermonucleair onderzoek. De leiders zijn de Europese Unie, de VS, Rusland en Japan, terwijl de programma's van China, Brazilië, Canada en Korea snel groeien. Aanvankelijk werden fusiereactoren in de Verenigde Staten en de USSR in verband gebracht met de ontwikkeling van kernwapens en bleven ze geclassificeerd tot de Atoms for Peace-conferentie in Genève in 1958. Na de oprichting van de Sovjet-tokamak werd kernfusie-onderzoek in de jaren zeventig een "grote wetenschap". Maar de kosten en complexiteit van de apparaten namen toe tot het punt waarop internationale samenwerking de enige weg vooruit was.
Fusiereactoren in de wereld
Sinds de jaren zeventig is het commerciële gebruik van fusie-energie consequent met 40 jaar teruggedrongen. De afgelopen jaren is er echter veel gebeurd dat deze periode zou kunnen verkorten.
Er zijn verschillende tokamaks gebouwd, waaronder de Europese JET, de Britse MAST en de experimentele fusiereactor TFTR in Princeton, VS. Het internationale ITER-project is momenteel in aanbouw in Cadarache, Frankrijk. Het wordt de grootstetokamak wanneer het in 2020 van start gaat. In 2030 zal CFETR worden gebouwd in China, dat ITER zal overtreffen. Ondertussen doet de Volksrepubliek China onderzoek naar de EAST experimentele supergeleidende tokamak.
Fusiereactoren van een ander type - stellators - zijn ook populair bij onderzoekers. Een van de grootste, LHD, begon in 1998 bij het Japanse National Fusion Institute. Het wordt gebruikt om de beste configuratie voor magnetische plasma-opsluiting te vinden. Het Duitse Max Planck Instituut deed tussen 1988 en 2002 onderzoek aan de Wendelstein 7-AS-reactor in Garching en momenteel aan de Wendelstein 7-X, die al meer dan 19 jaar in aanbouw is. Een andere TJII-stellarator is in gebruik in Madrid, Spanje. In de VS heeft het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), waar de eerste fusiereactor van dit type werd gebouwd in 1951, de bouw van de NCSX stopgezet in 2008 vanwege kostenoverschrijdingen en gebrek aan financiering.
Bovendien is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in het onderzoek naar inertiële thermonucleaire fusie. De bouw van de National Ignition Facility (NIF) van $ 7 miljard in Livermore National Laboratory (LLNL), gefinancierd door de National Nuclear Security Administration, werd in maart 2009 voltooid. De Franse Laser Mégajoule (LMJ) begon in oktober 2014. Fusiereactoren gebruiken ongeveer 2 miljoen joule lichtenergie die door lasers in een paar miljardsten van een seconde wordt geleverd aan een doelwit van enkele millimeters om een kernfusiereactie te starten. De hoofdtaak van NIF en LMJzijn studies ter ondersteuning van nationale militaire nucleaire programma's.
ITER
In 1985 stelde de Sovjet-Unie voor om samen met Europa, Japan en de VS de volgende generatie tokamak te bouwen. De werkzaamheden zijn uitgevoerd onder auspiciën van de IAEA. Tussen 1988 en 1990 werden de eerste ontwerpen gemaakt voor de internationale thermonucleaire experimentele reactor, ITER, wat ook "pad" of "reis" betekent in het Latijn, om te bewijzen dat fusie meer energie kan produceren dan het kan absorberen. Canada en Kazachstan namen ook deel via bemiddeling van respectievelijk Euratom en Rusland.
Na 6 jaar keurde het ITER-bestuur het eerste geïntegreerde reactorproject goed op basis van gevestigde fysica en technologie, ter waarde van $ 6 miljard. Toen trokken de VS zich terug uit het consortium, wat hen dwong de kosten te halveren en het project te wijzigen. Het resultaat was ITER-FEAT, dat $ 3 miljard kostte, maar een zelfvoorzienende respons en een positieve vermogensbalans mogelijk maakte.
In 2003 voegden de VS zich weer bij het consortium en China kondigde aan te willen deelnemen. Als gevolg daarvan kwamen de partners medio 2005 overeen om ITER te bouwen in Cadarache in Zuid-Frankrijk. De EU en Frankrijk droegen de helft van de 12,8 miljard euro bij, terwijl Japan, China, Zuid-Korea, de VS en Rusland elk 10% bijdroegen. Japan leverde hightechcomponenten, was gastheer van de IFMIF-faciliteit van €1 miljard voor materia altesten en had het recht om de volgende testreactor te bouwen. De totale kosten van ITER omvatten de helft van de kosten van een 10-jarigeconstructie en de helft - voor 20 jaar gebruik. India werd eind 2005 het zevende lid van ITER
Experimenten zouden in 2018 moeten beginnen met waterstof om activering van de magneet te voorkomen. D-T-plasmagebruik niet verwacht voor 2026
ITER's doel is om 500 MW op te wekken (ten minste gedurende 400 s) met minder dan 50 MW ingangsvermogen zonder elektriciteit op te wekken.
De demo-centrale Demo van 2 gigawatt zal continu grootschalige stroomopwekking produceren. Het conceptontwerp voor de demo zal in 2017 worden voltooid en de bouw zal in 2024 beginnen. De lancering vindt plaats in 2033.
JET
In 1978 startte de EU (Euratom, Zweden en Zwitserland) een gezamenlijk Europees JET-project in het VK. JET is momenteel de grootste operationele tokamak ter wereld. Een vergelijkbare JT-60-reactor werkt in het Japanse National Fusion Fusion Institute, maar alleen JET kan deuterium-tritiumbrandstof gebruiken.
De reactor werd gelanceerd in 1983 en werd het eerste experiment, dat resulteerde in gecontroleerde thermonucleaire fusie met een vermogen tot 16 MW voor één seconde en 5 MW stabiel vermogen op deuterium-tritiumplasma in november 1991. Er zijn veel experimenten uitgevoerd om verschillende verwarmingsschema's en andere technieken te bestuderen.
Verdere verbeteringen aan de JET zijn om zijn kracht te vergroten. De compacte reactor MAST wordt samen met JET ontwikkeld en maakt deel uit van het ITER-project.
K-STAR
K-STAR is een Koreaanse supergeleidende tokamak van het National Fusion Research Institute (NFRI) in Daejeon, die medio 2008 zijn eerste plasma produceerde. Dit is een proefproject van ITER, dat het resultaat is van internationale samenwerking. De tokamak met een straal van 1,8 m is de eerste reactor die gebruikmaakt van supergeleidende Nb3Sn-magneten, dezelfde die gepland zijn voor gebruik in ITER. Tijdens de eerste fase, voltooid in 2012, moest K-STAR de levensvatbaarheid van de basistechnologieën bewijzen en plasmapulsen bereiken met een duur van maximaal 20 s. In de tweede fase (2013-2017) wordt het geüpgraded om lange pulsen tot 300 s in de H-modus te bestuderen en over te gaan naar de krachtige AT-modus. Het doel van de derde fase (2018-2023) is het bereiken van hoge prestaties en efficiëntie in de continue pulsmodus. In de 4e fase (2023-2025) worden DEMO-technologieën getest. Het apparaat is niet geschikt voor tritium en gebruikt geen D-T-brandstof.
K-DEMO
Ontwikkeld in samenwerking met het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse ministerie van Energie en het NFRI in Zuid-Korea, zal K-DEMO de volgende stap zijn in de ontwikkeling van commerciële reactoren na ITER, en zal de eerste energiecentrale zijn in staat om binnen enkele weken stroom op te wekken in het elektriciteitsnet, namelijk 1 miljoen kW. De diameter zal 6,65 m zijn en er zal een reproductiezonemodule worden gecreëerd als onderdeel van het DEMO-project. Koreaanse Ministerie van Onderwijs, Wetenschap en Technologieis van plan er ongeveer 1 biljoen won ($941 miljoen) in te investeren.
OOST
De Chinese Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) van het Chinese Institute of Physics in Hefei creëerde waterstofplasma bij 50 miljoen °C en hield dit 102 seconden vast.
TFTR
In het Amerikaanse laboratorium PPPL werkte de experimentele thermonucleaire reactor TFTR van 1982 tot 1997. In december 1993 werd TFTR de eerste magnetische tokamak die uitgebreide experimenten uitvoerde met deuterium-tritiumplasma. Het jaar daarop produceerde de reactor een destijds record van 10,7 MW regelbaar vermogen en in 1995 werd een temperatuurrecord van geïoniseerd gas van 510 miljoen °C bereikt. De faciliteit bereikte echter niet het doel van break-even fusie-energie, maar voldeed met succes aan de hardware-ontwerpdoelen, wat een belangrijke bijdrage leverde aan de ontwikkeling van ITER.
LHD
LHD bij het Japanse National Fusion Fusion Institute in Toki, Gifu Prefecture, was de grootste ster ter wereld. De fusiereactor werd in 1998 gelanceerd en heeft bewezen plasma-opsluitingskwaliteiten te hebben die vergelijkbaar zijn met die van andere grote faciliteiten. Een ionentemperatuur van 13,5 keV (ongeveer 160 miljoen °C) en een energie van 1,44 MJ werd bereikt.
Wendelstein 7-X
Na een jaar testen dat eind 2015 begon, bereikte de heliumtemperatuur kortstondig 1 miljoen °C. In 2016 een fusiereactor met waterstofplasma, met een vermogen van 2 MW, bereikte binnen een kwart seconde een temperatuur van 80 miljoen ° C. W7-X is de grootste stellarator ter wereld en zal naar verwachting 30 minuten ononderbroken werken. De kosten van de reactor bedroegen 1 miljard €.
NIF
De National Ignition Facility (NIF) bij Livermore National Laboratory (LLNL) werd in maart 2009 voltooid. Met behulp van zijn 192 laserstralen kan NIF 60 keer meer energie concentreren dan enig vorig lasersysteem.
Koude fusie
In maart 1989 kondigden twee onderzoekers, de Amerikaan Stanley Pons en de Brit Martin Fleischman, aan dat ze een eenvoudige desktop-koudefusiereactor hadden gelanceerd die bij kamertemperatuur werkte. Het proces bestond uit de elektrolyse van zwaar water met behulp van palladiumelektroden, waarop deuteriumkernen met een hoge dichtheid werden geconcentreerd. De onderzoekers beweren dat er warmte werd geproduceerd die alleen kon worden verklaard in termen van nucleaire processen, en er waren fusiebijproducten zoals helium, tritium en neutronen. Andere onderzoekers slaagden er echter niet in deze ervaring te herhalen. Het grootste deel van de wetenschappelijke gemeenschap gelooft niet dat koude fusiereactoren echt zijn.
Lage-energie kernreacties
Geïnitieerd door beweringen over "koude fusie", is het onderzoek voortgezet op het gebied van laagenergetische kernreacties, met enige empirische ondersteuning, maargeen algemeen aanvaarde wetenschappelijke verklaring. Blijkbaar worden zwakke nucleaire interacties gebruikt om neutronen te creëren en te vangen (in plaats van een krachtige kracht, zoals bij kernsplijting of kernfusie). Experimenten omvatten permeatie van waterstof of deuterium door een katalytisch bed en reactie met een metaal. De onderzoekers rapporteren een waargenomen afgifte van energie. Het belangrijkste praktische voorbeeld is de interactie van waterstof met nikkelpoeder met het vrijkomen van warmte, waarvan de hoeveelheid groter is dan welke chemische reactie dan ook kan geven.
