Ngày nay, nhiều quốc gia đang tham gia nghiên cứu nhiệt hạch. Các nước đi đầu là Liên minh châu Âu, Mỹ, Nga và Nhật Bản, trong khi các chương trình của Trung Quốc, Brazil, Canada và Hàn Quốc đang phát triển nhanh chóng. Ban đầu, các lò phản ứng nhiệt hạch ở Hoa Kỳ và Liên Xô gắn liền với sự phát triển của vũ khí hạt nhân và vẫn được phân loại cho đến khi hội nghị Nguyên tử vì Hòa bình tổ chức tại Geneva năm 1958. Sau khi chế tạo tokamak của Liên Xô, nghiên cứu tổng hợp hạt nhân trong những năm 1970 đã trở thành một "khoa học lớn". Nhưng chi phí và độ phức tạp của các thiết bị đã tăng lên đến mức hợp tác quốc tế là con đường duy nhất để tiến tới.
Lò phản ứng nhiệt hạch trên thế giới
Kể từ những năm 1970, việc sử dụng năng lượng nhiệt hạch cho mục đích thương mại đã liên tục bị đẩy lùi sau 40 năm. Tuy nhiên, nhiều điều đã xảy ra trong những năm gần đây có thể rút ngắn khoảng thời gian này.
Một số tokama đã được chế tạo, bao gồm JET của Châu Âu, MAST của Anh và lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm TFTR ở Princeton, Hoa Kỳ. Dự án ITER quốc tế hiện đang được xây dựng tại Cadarache, Pháp. Nó sẽ trở thành lớn nhấttokamak khi nó bắt đầu hoạt động vào năm 2020. Vào năm 2030, CFETR sẽ được xây dựng tại Trung Quốc, sẽ vượt qua ITER. Trong khi đó, CHND Trung Hoa đang tiến hành nghiên cứu về tokamak siêu dẫn thử nghiệm EAST.
Lò phản ứng nhiệt hạch thuộc loại khác - lò phản ứng tạo khuôn - cũng rất phổ biến với các nhà nghiên cứu. Một trong những công ty lớn nhất, LHD, bắt đầu làm việc tại Viện Nhiệt hạch Quốc gia Nhật Bản vào năm 1998. Nó được sử dụng để tìm ra cấu hình giam giữ plasma từ tính tốt nhất. Viện Max Planck của Đức đã thực hiện nghiên cứu về lò phản ứng Wendelstein 7-AS ở Garching từ năm 1988 đến 2002, và hiện tại lò phản ứng Wendelstein 7-X đã được xây dựng hơn 19 năm. Một máy in TJII khác đang hoạt động ở Madrid, Tây Ban Nha. Tại Hoa Kỳ, Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (PPPL), nơi lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên thuộc loại này được xây dựng vào năm 1951, đã tạm dừng xây dựng NCSX vào năm 2008 do chi phí vượt mức và thiếu kinh phí.
Ngoài ra, tiến bộ đáng kể đã đạt được trong nghiên cứu nhiệt hạch quán tính. Việc xây dựng Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) trị giá 7 tỷ đô la tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Livermore (LLNL), được tài trợ bởi Cơ quan Quản lý An ninh Hạt nhân Quốc gia, được hoàn thành vào tháng 3 năm 2009. Máy bay Laser Mégajoule (LMJ) của Pháp bắt đầu hoạt động vào tháng 10 năm 2014. Lò phản ứng nhiệt hạch sử dụng khoảng 2 triệu jun năng lượng ánh sáng do tia laser phân phối trong vài phần tỷ giây tới mục tiêu có kích thước vài mm để bắt đầu phản ứng nhiệt hạch hạt nhân. Nhiệm vụ chính của NIF và LMJlà các nghiên cứu để hỗ trợ các chương trình hạt nhân quân sự quốc gia.
ITER
Năm 1985, Liên Xô đề xuất xây dựng thế hệ tiếp theo tokamak cùng với Châu Âu, Nhật Bản và Mỹ. Công việc được thực hiện dưới sự bảo trợ của IAEA. Từ năm 1988 đến 1990, các thiết kế đầu tiên cho Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạt nhân quốc tế, ITER, cũng có nghĩa là "con đường" hoặc "hành trình" trong tiếng Latinh, đã được tạo ra để chứng minh rằng phản ứng tổng hợp có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức nó có thể hấp thụ. Canada và Kazakhstan cũng lần lượt tham gia thông qua trung gian của Euratom và Nga.
Sau 6 năm, Hội đồng ITER đã phê duyệt dự án lò phản ứng tích hợp đầu tiên dựa trên vật lý và công nghệ đã được thành lập, trị giá 6 tỷ USD. Sau đó, Mỹ rút khỏi liên doanh, khiến họ buộc phải giảm một nửa chi phí và thay đổi dự án. Kết quả là ITER-FEAT, tiêu tốn 3 tỷ đô la nhưng cho phép phản ứng tự duy trì và cân bằng năng lượng tích cực.
Năm 2003, Hoa Kỳ tái gia nhập tập đoàn và Trung Quốc tuyên bố muốn tham gia. Kết quả là vào giữa năm 2005, các đối tác đã đồng ý xây dựng ITER tại Cadarache, miền nam nước Pháp. EU và Pháp đóng góp một nửa trong số 12,8 tỷ euro, trong khi Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Mỹ và Nga đóng góp 10% mỗi bên. Nhật Bản đã cung cấp các thành phần công nghệ cao, tổ chức cơ sở IFMIF trị giá 1 tỷ euro để thử nghiệm vật liệu và có quyền xây dựng lò phản ứng thử nghiệm tiếp theo. Tổng chi phí của ITER bao gồm một nửa chi phí của 10 nămxây dựng và một nửa - trong 20 năm hoạt động. Ấn Độ trở thành thành viên thứ bảy của ITER vào cuối năm 2005
Các thí nghiệm sẽ bắt đầu vào năm 2018 bằng cách sử dụng hydro để tránh kích hoạt nam châm. Việc sử dụng plasma D-T không được mong đợi trước năm 2026
Mục tiêu củaITER là tạo ra 500 MW (ít nhất trong 400 giây) bằng cách sử dụng ít hơn 50 MW điện đầu vào mà không tạo ra điện.
Nhà máy điện demo 2 gigawatt Demo sẽ sản xuất phát điện quy mô lớn trên cơ sở liên tục. Thiết kế ý tưởng cho Demo sẽ được hoàn thành vào năm 2017 và bắt đầu xây dựng vào năm 2024. Việc ra mắt sẽ diễn ra vào năm 2033.
JET
Năm 1978, EU (Euratom, Thụy Điển và Thụy Sĩ) bắt đầu một dự án JET chung của Châu Âu tại Vương quốc Anh. JET là tokamak hoạt động lớn nhất trên thế giới hiện nay. Một lò phản ứng JT-60 tương tự hoạt động tại Viện Nhiệt hạch Quốc gia Nhật Bản, nhưng chỉ JET mới có thể sử dụng nhiên liệu deuterium-triti.
Lò phản ứng được khởi động vào năm 1983 và trở thành thí nghiệm đầu tiên dẫn đến phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có điều khiển với công suất lên đến 16 MW trong một giây và công suất ổn định 5 MW trên plasma đơteri-triti vào tháng 11 năm 1991. Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện để nghiên cứu các sơ đồ sưởi ấm khác nhau và các kỹ thuật khác.
Cải tiến hơn nữa đối với JET là để tăng sức mạnh của nó. Lò phản ứng nhỏ gọn MAST đang được phát triển cùng với JET và là một phần của dự án ITER.
K-STAR
K-STAR là một tokamak siêu dẫn của Hàn Quốc từ Viện Nghiên cứu Nhiệt hạch Quốc gia (NFRI) ở Daejeon, nơi đã sản xuất ra plasma đầu tiên vào giữa năm 2008. Đây là dự án thử nghiệm của ITER, là kết quả của sự hợp tác quốc tế. Tokamak bán kính 1,8 m là lò phản ứng đầu tiên sử dụng nam châm siêu dẫn Nb3Sn, cùng loại được dự kiến sử dụng trong ITER. Trong giai đoạn đầu tiên, hoàn thành vào năm 2012, K-STAR đã phải chứng minh khả năng tồn tại của các công nghệ cơ bản và đạt được xung plasma với thời gian lên đến 20 s. Ở giai đoạn thứ hai (2013–2017), nó đang được nâng cấp để nghiên cứu các xung dài lên đến 300 s ở chế độ H và chuyển sang chế độ AT hiệu suất cao. Mục tiêu của giai đoạn thứ ba (2018-2023) là đạt được hiệu suất và hiệu suất cao trong chế độ xung liên tục. Ở giai đoạn 4 (2023-2025), các công nghệ DEMO sẽ được thử nghiệm. Thiết bị không có khả năng tritium và không sử dụng nhiên liệu D-T.
K-DEMO
Được phát triển với sự hợp tác của Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (PPPL) và NFRI của Hàn Quốc, K-DEMO được thiết lập là bước tiếp theo trong phát triển lò phản ứng thương mại sau ITER, và sẽ là nhà máy điện đầu tiên có khả năng tạo ra công suất trong mạng điện, cụ thể là 1 triệu kW trong vòng vài tuần. Đường kính của nó sẽ là 6,65 m và nó sẽ có một mô-đun vùng tái tạo được tạo ra như một phần của dự án DEMO. Bộ Giáo dục, Khoa học và Công nghệ Hàn Quốccó kế hoạch đầu tư khoảng 1 nghìn tỷ won (941 triệu đô la) vào đó.
ĐÔNG
Tokamak siêu dẫn tiên tiến trong thí nghiệm của Trung Quốc (EAST) tại Viện Vật lý Trung Quốc ở Hợp Phì đã tạo ra plasma hydro ở 50 triệu ° C và giữ nó trong 102 giây.
TFTR
Trong phòng thí nghiệm Mỹ PPPL, lò phản ứng nhiệt hạch thực nghiệm TFTR hoạt động từ năm 1982 đến năm 1997. Vào tháng 12 năm 1993, TFTR trở thành tokamak từ tính đầu tiên thực hiện các thí nghiệm rộng rãi với plasma deuterium-tritium. Năm sau, lò phản ứng đã tạo ra mức kỷ lục 10,7 MW công suất có thể điều khiển được, và vào năm 1995, kỷ lục nhiệt độ khí ion hóa là 510 triệu ° C đã đạt được. Tuy nhiên, cơ sở này không đạt được mục tiêu về năng lượng nhiệt hạch hòa vốn, nhưng đã đáp ứng thành công các mục tiêu thiết kế phần cứng, đóng góp đáng kể vào sự phát triển của ITER.
LHD
LHD tại Viện Hợp nhất Quốc gia Nhật Bản ở Toki, tỉnh Gifu là cơ sở chế tạo máy lớn nhất trên thế giới. Lò phản ứng nhiệt hạch được đưa vào hoạt động vào năm 1998 và đã chứng tỏ chất lượng giam giữ plasma tương đương với các cơ sở lớn khác. Nhiệt độ ion 13,5 keV (khoảng 160 triệu ° C) và năng lượng 1,44 MJ đã đạt được.
Wendelstein 7-X
Sau một năm thử nghiệm bắt đầu vào cuối năm 2015, nhiệt độ heli trong thời gian ngắn đạt 1 triệu ° C. Năm 2016, một lò phản ứng nhiệt hạch với hydroplasma, sử dụng công suất 2 MW, đạt nhiệt độ 80 triệu ° C trong vòng một phần tư giây. W7-X là thiết bị đo đếm lớn nhất trên thế giới và được lên kế hoạch hoạt động liên tục trong 30 phút. Chi phí của lò phản ứng lên tới 1 tỷ €.
NIF
Cơ sở Đánh lửa Quốc gia(NIF) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Livermore (LLNL) được hoàn thành vào tháng 3 năm 2009. Sử dụng 192 tia laser, NIF có thể tập trung năng lượng gấp 60 lần so với bất kỳ hệ thống laser nào trước đây.
Hợp nhất lạnh
Vào tháng 3 năm 1989, hai nhà nghiên cứu người Mỹ Stanley Pons và Martin Fleischman người Anh thông báo rằng họ đã cho ra đời một lò phản ứng nhiệt hạch đơn giản để bàn hoạt động ở nhiệt độ phòng. Quá trình này bao gồm quá trình điện phân nước nặng bằng cách sử dụng các điện cực paladi, trên đó các hạt nhân đơteri tập trung ở mật độ cao. Các nhà nghiên cứu khẳng định rằng nhiệt được tạo ra chỉ có thể được giải thích bằng các quá trình hạt nhân, và có các sản phẩm phụ của phản ứng tổng hợp bao gồm heli, triti và neutron. Tuy nhiên, những người thử nghiệm khác đã không lặp lại trải nghiệm này. Hầu hết cộng đồng khoa học không tin rằng các lò phản ứng nhiệt hạch lạnh là có thật.
Phản ứng hạt nhân năng lượng thấp
Được khởi xướng bởi tuyên bố về "phản ứng tổng hợp lạnh", nghiên cứu đã tiếp tục vào lĩnh vực phản ứng hạt nhân năng lượng thấp, với một số hỗ trợ thực nghiệm, nhưngkhông phải là một giải thích khoa học được chấp nhận chung. Rõ ràng, các tương tác hạt nhân yếu được sử dụng để tạo ra và bắt giữ các neutron (chứ không phải là một lực mạnh, như trong phản ứng phân hạch hoặc phản ứng tổng hợp hạt nhân). Các thí nghiệm bao gồm cho hydro hoặc đơteri cho thấm qua lớp xúc tác và phản ứng với kim loại. Các nhà nghiên cứu báo cáo một sự giải phóng năng lượng quan sát được. Ví dụ thực tế chính là sự tương tác của hydro với bột niken với sự giải phóng nhiệt, lượng nhiệt này lớn hơn bất kỳ phản ứng hóa học nào có thể tạo ra.
