Днес много страни участват в термоядрени изследвания. Лидерите са Европейският съюз, САЩ, Русия и Япония, докато програмите на Китай, Бразилия, Канада и Корея нарастват бързо. Първоначално термоядрен реактори в Съединените щати и СССР бяха свързани с разработването на ядрени оръжия и останаха класифицирани до конференцията "Атомите за мир", проведена в Женева през 1958 г. След създаването на съветския токамак изследванията на ядрения синтез през 70-те години на миналия век се превръщат в „голяма наука“. Но цената и сложността на устройствата се увеличиха до точката, в която международното сътрудничество беше единственият път напред.
Ядрени реактори в света
От 70-те години на миналия век комерсиалното използване на термоядрена енергия постоянно се изтласква назад с 40 години. Въпреки това през последните години се случи много неща, които биха могли да съкратят този период.
Построени са няколко токамака, включително европейския JET, британския MAST и експерименталния термоядрен реактор TFTR в Принстън, САЩ. Международният проект ITER в момента се изгражда в Кадараш, Франция. Тя ще стане най-голяматаtokamak, когато започне да работи през 2020 г. През 2030 г. в Китай ще бъде построен CFETR, който ще надмине ITER. Междувременно КНР провежда изследвания на експерименталния свръхпроводящ токамак EAST.
Ядрените реактори от друг тип - стелатори - също са популярни сред изследователите. Един от най-големите, LHD, започва работа в Японския национален институт по синтез през 1998 г. Използва се за намиране на най-добрата конфигурация за магнитно задържане на плазмата. Германският институт Макс Планк извършва изследвания върху реактора Wendelstein 7-AS в Гархинг между 1988 и 2002 г., а в момента и върху Wendelstein 7-X, който се строи повече от 19 години. Друг стеларатор TJII работи в Мадрид, Испания. В САЩ Лабораторията по физика на плазмата в Принстън (PPPL), където е построен първият термоядрен реактор от този тип през 1951 г., спря строителството на NCSX през 2008 г. поради превишаване на разходите и липса на финансиране.
В допълнение, значителен напредък е постигнат в изследванията на инерционния термоядрен синтез. Изграждането на Националното съоръжение за запалване (NIF) на стойност 7 милиарда долара в Ливърморската национална лаборатория (LLNL), финансирано от Националната администрация за ядрена сигурност, беше завършено през март 2009 г. Френският лазерен мегаджоул (LMJ) започна работа през октомври 2014 г. Термоядрените реактори използват около 2 милиона джаула светлинна енергия, доставена от лазери за няколко милиардни от секундата до цел с размери няколко милиметра, за да започнат реакция на ядрен синтез. Основната задача на NIF и LMJса проучвания в подкрепа на национални военни ядрени програми.
ITER
През 1985 г. Съветският съюз предложи да изгради следващото поколение токамак заедно с Европа, Япония и САЩ. Работата е извършена под егидата на МААЕ. Между 1988 и 1990 г. са създадени първите проекти на Международния термоядрен експериментален реактор ITER, което също означава „път“или „пътуване“на латински, за да докаже, че синтезът може да произведе повече енергия, отколкото може да абсорбира. Канада и Казахстан също участваха чрез посредничеството съответно на Евратом и Русия.
След 6 години бордът на ITER одобри първия проект за интегриран реактор, базиран на установена физика и технология, на стойност 6 милиарда долара. Тогава САЩ се оттеглиха от консорциума, което ги принуди да намалят наполовина разходите и да променят проекта. Резултатът беше ITER-FEAT, струващ 3 милиарда долара, но позволяващ самоподдържаща се реакция и положителен баланс на мощността.
През 2003 г. САЩ се присъединиха отново към консорциума и Китай обяви желанието си да участва. В резултат на това в средата на 2005 г. партньорите се споразумяха да построят ITER в Кадараш в Южна Франция. ЕС и Франция допринесоха за половината от 12,8 милиарда евро, докато Япония, Китай, Южна Корея, САЩ и Русия дадоха по 10%. Япония предостави високотехнологични компоненти, беше домакин на съоръжението IFMIF на стойност 1 милиард евро за тестване на материали и имаше правото да построи следващия тестов реактор. Общата цена на ITER включва половината от цената на 10-годишенстроителство и половина - за 20 години експлоатация. Индия стана седмият член на ITER в края на 2005 г.
Експериментите трябва да започнат през 2018 г. с използване на водород, за да се избегне активиране на магнита. Използването на D-T плазма не се очаква преди 2026 г.
Целта на ITER е да генерира 500 MW (поне за 400 s), използвайки по-малко от 50 MW входяща мощност, без да генерира електричество.
2-гигаватовата демонстрационна електроцентрала Demo ще произвежда мащабно производство на електроенергия на текуща основа. Концептуалният дизайн за демонстрацията ще бъде завършен до 2017 г., като строителството ще започне през 2024 г. Стартирането ще се състои през 2033 г.
JET
През 1978 г. ЕС (Евратом, Швеция и Швейцария) стартира съвместен европейски JET проект в Обединеното кралство. JET е най-големият действащ токамак в света днес. Подобен реактор JT-60 работи в Националния институт за термоядрен синтез в Япония, но само JET може да използва деутерий-тритиево гориво.
Реакторът беше пуснат през 1983 г. и стана първият експеримент, който доведе до контролиран термоядрен синтез с мощност до 16 MW за една секунда и 5 MW стабилна мощност върху деутерий-тритиева плазма през ноември 1991 г. Проведени са много експерименти с цел изучаване на различни схеми на нагряване и други техники.
Допълнителни подобрения на JET са за увеличаване на неговата мощност. Компактният реактор MAST се разработва съвместно с JET и е част от проекта ITER.
K-STAR
K-STAR е корейски свръхпроводящ токамак от Националния институт за изследвания на синтеза (NFRI) в Daejeon, който произведе първата си плазма в средата на 2008 г. Това е пилотен проект на ITER, който е резултат от международно сътрудничество. Токамакът с радиус 1,8 m е първият реактор, използващ свръхпроводящи магнити Nb3Sn, същите, които се планира да бъдат използвани в ITER. По време на първия етап, завършен до 2012 г., K-STAR трябваше да докаже жизнеспособността на основните технологии и да постигне плазмени импулси с продължителност до 20 s. На втория етап (2013–2017 г.) той се надгражда за изследване на дълги импулси до 300 s в режим H и преминаване към високопроизводителен AT режим. Целта на третата фаза (2018-2023) е постигане на висока производителност и ефективност в непрекъснат импулсен режим. На 4-ти етап (2023-2025 г.) ще бъдат тествани DEMO технологиите. Устройството не поддържа тритий и не използва D-T гориво.
K-DEMO
Разработен в сътрудничество с Принстънската лаборатория по физика на плазмата (PPPL) на Министерството на енергетиката на САЩ и NFRI в Южна Корея, K-DEMO ще бъде следващата стъпка в развитието на търговски реактор след ITER и ще бъде първата електроцентрала способни да генерират мощност в електрическата мрежа, а именно 1 милион kW в рамките на няколко седмици. Диаметърът му ще бъде 6,65 м, като в него ще има модул за зона за възпроизвеждане, който се създава като част от проекта DEMO. Министерството на образованието, науката и технологиите на Кореяпланира да инвестира около 1 трилион вона ($941 милиона) в него.
EAST
Китайският експериментален усъвършенстван свръхпроводящ токамак (EAST) в Китайския институт по физика в Хефей създаде водородна плазма при 50 милиона °C и я задържа за 102 секунди.
TFTR
В американската лаборатория PPPL експерименталният термоядрен реактор TFTR работи от 1982 до 1997 г. През декември 1993 г. TFTR става първият магнитен токамак, който провежда обширни експерименти с деутерий-тритиева плазма. На следващата година реакторът произвежда рекордните тогава 10,7 MW контролирана мощност, а през 1995 г. е постигнат рекорд за температура на йонизирания газ от 510 милиона °C. Въпреки това, съоръжението не постигна целта за енергията на термоядрен синтез, но успешно постигна целите на хардуерния дизайн, като направи значителен принос за развитието на ITER.
LHD
LHD в Националния институт за термоядрен синтез в Япония в Токи, префектура Гифу беше най-големият стеларатор в света. Реакторът за термоядрен синтез беше пуснат през 1998 г. и демонстрира качества за задържане на плазмата, сравними с други големи съоръжения. Постигна се йонна температура от 13,5 keV (около 160 милиона °C) и енергия от 1,44 MJ.
Wendelstein 7-X
След година на тестване, започнало в края на 2015 г., температурата на хелия за кратко достигна 1 милион °C. През 2016 г. термоядрен реактор с водородплазмата, използваща 2 MW мощност, достигна температура от 80 милиона ° C в рамките на една четвърт секунда. W7-X е най-големият стеларатор в света и се планира да работи непрекъснато в продължение на 30 минути. Цената на реактора възлиза на 1 милиард евро.
NIF
National Ignition Facility (NIF) в Ливърморската национална лаборатория (LLNL) беше завършен през март 2009 г. Използвайки своите 192 лазерни лъча, NIF е в състояние да концентрира 60 пъти повече енергия от всяка предишна лазерна система.
Студен синтез
През март 1989 г. двама изследователи, американецът Стенли Понс и британецът Мартин Флайшман, обявиха, че са пуснали обикновен настолен реактор за студен синтез, работещ при стайна температура. Процесът се състои в електролиза на тежка вода с помощта на паладиеви електроди, върху които се концентрират деутериеви ядра с висока плътност. Изследователите твърдят, че е произведена топлина, която може да бъде обяснена само от гледна точка на ядрените процеси, и е имало странични продукти на синтеза, включително хелий, тритий и неутрони. Други експериментатори обаче не успяха да повторят този опит. Повечето от научната общност не вярват, че реакторите със студен синтез са реални.
Нискоенергийни ядрени реакции
Инициирани от твърдения за "студен синтез", изследванията продължават в областта на нискоенергийните ядрени реакции, с известна емпирична подкрепа, ноне е общоприето научно обяснение. Очевидно слабите ядрени взаимодействия се използват за създаване и улавяне на неутрони (а не за мощна сила, както при ядрено делене или синтез). Експериментите включват проникване на водород или деутерий през каталитичен слой и реакция с метал. Изследователите съобщават за наблюдавано освобождаване на енергия. Основният практически пример е взаимодействието на водорода с никелов прах с отделянето на топлина, чието количество е по-голямо, отколкото всяка химическа реакция може да даде.
