היום, מדינות רבות משתתפות במחקר תרמו-גרעיני. המנהיגים הם האיחוד האירופי, ארה"ב, רוסיה ויפן, בעוד התוכניות של סין, ברזיל, קנדה וקוריאה צומחות במהירות. בתחילה, כורי היתוך בארצות הברית ובברית המועצות היו קשורים לפיתוח נשק גרעיני ונשארו מסווגים עד לוועידת האטומים לשלום שהתקיימה בז'נבה ב-1958. לאחר יצירת הטוקאמק הסובייטי הפך מחקר ההיתוך הגרעיני בשנות ה-70 ל"מדע גדול". אבל העלות והמורכבות של המכשירים עלו עד לנקודה שבה שיתוף פעולה בינלאומי היה הדרך היחידה קדימה.
כורי היתוך בעולם
מאז שנות ה-70, השימוש המסחרי באנרגיית היתוך נדחק בעקביות ב-40 שנה. עם זאת, הרבה קרה בשנים האחרונות שיכול לקצר את התקופה הזו.
כמה טוקאמקים נבנו, כולל ה-JET האירופי, ה-MAST הבריטי וכור ההיתוך הניסיוני TFTR בפרינסטון, ארה ב. פרויקט ITER הבינלאומי נמצא כעת בבנייה בקדראצ'ה, צרפת. זה יהפוך לגדול ביותרtokamak כאשר הוא יתחיל לפעול ב-2020. ב-2030 ייבנה CFETR בסין, שתעלה על ITER. בינתיים, PRC עורכת מחקר על טוקאמק מוליך-העל הניסיוני EAST.
כורי פיוז'ן מסוג אחר - סטלטורים - גם הם פופולריים בקרב חוקרים. אחד הגדולים, LHD, החל לעבוד במכון ההיתוך הלאומי של יפן ב-1998. הוא משמש למציאת תצורת כליאת הפלזמה המגנטית הטובה ביותר. מכון מקס פלנק הגרמני ביצע מחקר על הכור וונדלשטיין 7-AS ב-Garching בין השנים 1988 ו-2002, וכיום על ה-Wendelstein 7-X, שנמצא בבנייה כבר יותר מ-19 שנים. כוכב TJII נוסף פועל במדריד, ספרד. בארה ב, המעבדה לפיזיקת פלזמה של פרינסטון (PPPL), שבה נבנה כור ההיתוך הראשון מסוג זה ב-1951, עצרה את בניית ה-NCSX ב-2008 עקב חריגה בעלויות וחוסר מימון.
בנוסף, חלה התקדמות משמעותית במחקר של היתוך תרמו-גרעיני אינרציאלי. בניית מתקן ההצתה הלאומי (NIF) ב-7 מיליארד דולר במעבדה הלאומית של ליברמור (LLNL), במימון המינהל הלאומי לביטחון גרעיני, הושלמה במרץ 2009. הלייזר מגז'ול הצרפתי (LMJ) החל לפעול באוקטובר 2014. כורי היתוך משתמשים בכ-2 מיליון ג'אול של אנרגיית אור המועברת על ידי לייזרים בכמה מיליארדיות השנייה למטרה בגודל של כמה מילימטרים כדי להתחיל תגובת היתוך גרעיני. המשימה העיקרית של NIF ו-LMJהם מחקרים לתמיכה בתוכניות גרעין צבאיות לאומיות.
ITER
ב-1985, ברית המועצות הציעה לבנות את הדור הבא של טוקאמק יחד עם אירופה, יפן וארה"ב. העבודה בוצעה בחסות סבא"א. בין השנים 1988 ו-1990, העיצובים הראשונים לכור הניסוי התרמי-גרעיני הבינלאומי, ITER, שפירושו גם "נתיב" או "מסע" בלטינית, נוצרו כדי להוכיח שהיתוך יכול לייצר יותר אנרגיה ממה שהוא יכול לספוג. קנדה וקזחסטן השתתפו גם בתיווך של Euratom ורוסיה בהתאמה.
לאחר 6 שנים, מועצת ITER אישרה את פרויקט הכור המשולב הראשון המבוסס על פיזיקה וטכנולוגיה מבוססת, בשווי 6 מיליארד דולר. ואז ארה ב פרשה מהקונסורציום, מה שאילץ אותם להפחית בחצי עלויות ולשנות את הפרויקט. התוצאה הייתה ITER-FEAT, שעלתה 3 מיליארד דולר אך מאפשרת תגובה מתקיימת ומאזן כוח חיובי.
בשנת 2003, ארה"ב הצטרפה מחדש לקונסורציום, וסין הודיעה על רצונה להשתתף. כתוצאה מכך, באמצע 2005, הסכימו השותפים לבנות את ITER בקדראצ'ה שבדרום צרפת. האיחוד האירופי וצרפת תרמו מחצית מ-12.8 מיליארד אירו, בעוד יפן, סין, דרום קוריאה, ארה"ב ורוסיה תרמו 10% כל אחת. יפן סיפקה רכיבי היי-טק, אירחה את מתקן IFMIF של מיליארד יורו לבדיקות חומרים, והיתה לה את הזכות לבנות את כור הניסוי הבא. העלות הכוללת של ITER כוללת מחצית מהעלות של 10 שניםבנייה וחצי - למשך 20 שנות פעילות. הודו הפכה לחברה השביעית ב-ITER בסוף 2005
ניסויים צריכים להתחיל ב-2018 באמצעות מימן כדי להימנע מהפעלת מגנטים. שימוש בפלזמה D-T לא צפוי לפני 2026
המטרה של ITER היא לייצר 500 MW (לפחות למשך 400 שניות) תוך שימוש בפחות מ-50 MW של הספק מבוא מבלי לייצר חשמל.
תחנת הכוח ההדגמה של 2 ג'יגה וואט Demo תייצר ייצור חשמל בקנה מידה גדול על בסיס מתמשך. עיצוב הקונספט של ההדגמה יושלם עד 2017, עם תחילת הבנייה ב-2024. ההשקה תתקיים בשנת 2033.
JET
בשנת 1978, האיחוד האירופי (יוראטום, שוודיה ושוויץ) החל בפרויקט JET אירופי משותף בבריטניה. JET הוא הטוקמאק הפועל הגדול ביותר בעולם כיום. כור JT-60 דומה פועל במכון היתוך הלאומי של יפן, אבל רק JET יכול להשתמש בדלק דאוטריום-טריטיום.
הכור הושק ב-1983, והפך לניסוי הראשון, שהביא להיתוך תרמו-גרעיני מבוקר עם הספק של עד 16 מגה-ואט לשנייה אחת והספק של 5 מגה-ואט יציב בפלזמה של דאוטריום-טריטיום בנובמבר 1991. ניסויים רבים בוצעו על מנת ללמוד תוכניות חימום שונות וטכניקות אחרות.
שיפורים נוספים ל-JET הם להגביר את כוחו. הכור הקומפקטי MAST מפותח יחד עם JET והוא חלק מפרויקט ITER.
K-STAR
K-STAR הוא טוקאמק קוריאני מוליך-על מהמכון הלאומי לחקר היתוך (NFRI) ב-Daejeon, שייצר את הפלזמה הראשונה שלו באמצע 2008. זהו פרויקט פיילוט של ITER, שהוא תוצאה של שיתוף פעולה בינלאומי. ה-Tokamak ברדיוס של 1.8 מ' הוא הכור הראשון שמשתמש במגנטי Nb3Sn מוליכים-על, אותם אלו שמתוכננים לשמש ב-ITER. במהלך השלב הראשון, שהושלם עד 2012, היה על K-STAR להוכיח את כדאיותן של הטכנולוגיות הבסיסיות ולהשיג פולסי פלזמה באורך של עד 20 שניות. בשלב השני (2013–2017), הוא משודרג ללימוד פולסים ארוכים עד 300 שניות במצב H ומעבר למצב AT בעל ביצועים גבוהים. מטרת השלב השלישי (2018-2023) היא להשיג ביצועים ויעילות גבוהים במצב הדופק הרציף. בשלב הרביעי (2023-2025) ייבחנו טכנולוגיות DEMO. המכשיר אינו מסוגל לטריטיום ואינו משתמש בדלק D-T.
K-DEMO
פותח בשיתוף פעולה עם מעבדת הפיזיקה לפזמה של פרינסטון (PPPL) של משרד האנרגיה האמריקני ו-NFRI של דרום קוריאה, K-DEMO אמור להיות השלב הבא בפיתוח כור מסחרי אחרי ITER, ותהיה תחנת הכוח הראשונה מסוגל לייצר חשמל ברשת החשמל, כלומר 1 מיליון קילוואט בתוך מספר שבועות. הקוטר שלו יהיה 6.65 מ', ויהיה לו מודול אזור רבייה שנוצר כחלק מפרויקט DEMO. משרד החינוך, המדע והטכנולוגיה הקוריאנימתכננת להשקיע בה כטריליון וון (941 מיליון דולר).
EAST
The Chinese Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) במכון הסיני לפיזיקה בהפאי יצר פלזמת מימן ב-50 מיליון מעלות צלזיוס והחזיק אותה במשך 102 שניות.
TFTR
במעבדה האמריקאית PPPL, הכור התרמו-גרעיני הניסיוני TFTR פעל בין השנים 1982 ל-1997. בדצמבר 1993, TFTR הפך לטוקמק המגנטי הראשון שביצע ניסויים נרחבים בפלזמה של דאוטריום-טריטיום. בשנה שלאחר מכן, הכור ייצר שיא של 10.7 MW של הספק ניתן לשליטה, ובשנת 1995, הושג שיא טמפרטורת גז מיונן של 510 מיליון מעלות צלזיוס. עם זאת, המתקן לא השיג את המטרה של אנרגיית היתוך איזון, אך עמד בהצלחה ביעדי עיצוב החומרה, ותרם תרומה משמעותית לפיתוח ITER.
LHD
LHD במכון היתוך הלאומי של יפן בטוקי, מחוז Gifu היה הכוכב הגדול בעולם. כור ההיתוך הושק בשנת 1998 והפגין איכויות כליאת פלזמה השוות למתקנים גדולים אחרים. הושגה טמפרטורת יונים של 13.5 keV (כ-160 מיליון מעלות צלזיוס) ואנרגיה של 1.44 MJ.
וונדלשטיין 7-X
לאחר שנה של בדיקות שהחלו בסוף 2015, טמפרטורת ההליום הגיעה לזמן קצר למיליון מעלות צלזיוס. בשנת 2016, כור היתוך עם מימןפלזמה, תוך שימוש בעוצמה של 2 MW, הגיעה לטמפרטורה של 80 מיליון מעלות צלזיוס תוך רבע שנייה. W7-X הוא הכוכב הגדול בעולם ומתוכנן לפעול ברציפות למשך 30 דקות. עלות הכור הסתכמה במיליארד אירו.
NIF
מתקן ההצתה הלאומי (NIF) במעבדה הלאומית של ליברמור (LLNL) הושלם במרץ 2009. באמצעות 192 קרני הלייזר שלה, NIF מסוגלת לרכז פי 60 יותר אנרגיה מכל מערכת לייזר קודמת.
היתוך קר
במארס 1989, שני חוקרים, סטנלי פונס האמריקאי ומרטין פליישמן הבריטי, הודיעו שהם השיקו כור היתוך קר שולחני פשוט הפועל בטמפרטורת החדר. התהליך כלל באלקטרוליזה של מים כבדים באמצעות אלקטרודות פלדיום, שעליהן רוכזו גרעיני דאוטריום בצפיפות גבוהה. החוקרים טוענים שהופק חום שניתן להסבירו רק במונחים של תהליכים גרעיניים, והיו תוצרי לוואי של היתוך כולל הליום, טריטיום ונייטרונים. עם זאת, נסיינים אחרים לא הצליחו לחזור על החוויה הזו. רוב הקהילה המדעית לא מאמינה שכורי היתוך קר הם אמיתיים.
תגובות גרעיניות בעלות אנרגיה נמוכה
ביוזמת טענות על "היתוך קר", המחקר נמשך בתחום של תגובות גרעיניות בעלות אנרגיה נמוכה, עם תמיכה אמפירית מסוימת, אךלא הסבר מדעי מקובל. ככל הנראה, אינטראקציות גרעיניות חלשות משמשות ליצירה ולכידת נויטרונים (ולא כוח רב עוצמה, כמו בביקוע או היתוך גרעיני). הניסויים כוללים חלחול של מימן או דאוטריום דרך מיטה קטליטית ותגובה עם מתכת. החוקרים מדווחים על שחרור נצפה של אנרגיה. הדוגמה המעשית העיקרית היא האינטראקציה של מימן עם אבקת ניקל עם שחרור חום, שכמותו גדולה ממה שכל תגובה כימית יכולה לתת.
