Oggi molti paesi stanno partecipando alla ricerca termonucleare. I leader sono Unione Europea, USA, Russia e Giappone, mentre crescono rapidamente i programmi di Cina, Brasile, Canada e Corea. Inizialmente, i reattori a fusione negli Stati Uniti e nell'URSS erano associati allo sviluppo di armi nucleari e rimasero classificati fino alla conferenza Atoms for Peace tenutasi a Ginevra nel 1958. Dopo la creazione del tokamak sovietico, la ricerca sulla fusione nucleare negli anni '70 è diventata una "grande scienza". Ma il costo e la complessità dei dispositivi sono aumentati al punto che la cooperazione internazionale è stata l'unica via da seguire.
Reattori a fusione nel mondo
Dagli anni '70, l'uso commerciale dell'energia da fusione è stato costantemente respinto di 40 anni. Tuttavia, negli ultimi anni sono successe molte cose che potrebbero abbreviare questo periodo.
Sono stati costruiti diversi tokamak, tra cui il JET europeo, il MAST britannico e il reattore sperimentale a fusione TFTR a Princeton, negli Stati Uniti. Il progetto internazionale ITER è attualmente in costruzione a Cadarache, in Francia. Diventerà il più grandetokamak quando inizierà a funzionare nel 2020. Nel 2030 verrà costruito in Cina CFETR, che supererà ITER. Nel frattempo, la RPC sta conducendo ricerche sul tokamak superconduttore sperimentale EAST.
Anche i reattori a fusione di un altro tipo, gli stellatori, sono apprezzati dai ricercatori. Uno dei più grandi, LHD, ha iniziato a lavorare presso il National Fusion Institute del Giappone nel 1998. Viene utilizzato per trovare la migliore configurazione di confinamento del plasma magnetico. L'istituto tedesco Max Planck ha svolto ricerche sul reattore Wendelstein 7-AS di Garching tra il 1988 e il 2002, e attualmente sul Wendelstein 7-X, in costruzione da oltre 19 anni. Un altro stellarator TJII è in funzione a Madrid, in Spagna. Negli Stati Uniti, il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), dove il primo reattore a fusione di questo tipo è stato costruito nel 1951, ha interrotto la costruzione dell'NCSX nel 2008 a causa del superamento dei costi e della mancanza di finanziamenti.
Inoltre, sono stati compiuti progressi significativi nella ricerca sulla fusione termonucleare inerziale. La costruzione della National Ignition Facility (NIF) da 7 miliardi di dollari presso il Livermore National Laboratory (LLNL), finanziata dalla National Nuclear Security Administration, è stata completata nel marzo 2009. Il francese Laser Mégajoule (LMJ) è entrato in funzione nell'ottobre 2014. I reattori a fusione utilizzano circa 2 milioni di joule di energia luminosa erogata dai laser in pochi miliardesimi di secondo su un obiettivo di pochi millimetri per avviare una reazione di fusione nucleare. Il compito principale di NIF e LMJsono studi a sostegno dei programmi nucleari militari nazionali.
ITER
Nel 1985, l'Unione Sovietica propose di costruire la prossima generazione di tokamak insieme a Europa, Giappone e Stati Uniti. Il lavoro è stato svolto sotto gli auspici dell'AIEA. Tra il 1988 e il 1990, furono creati i primi progetti per il reattore sperimentale termonucleare internazionale, ITER, che significa anche "percorso" o "viaggio" in latino, per dimostrare che la fusione poteva produrre più energia di quanta ne potesse assorbire. Anche Canada e Kazakistan hanno partecipato attraverso la mediazione rispettivamente di Euratom e Russia.
Dopo 6 anni, il consiglio di ITER ha approvato il primo progetto di reattore integrato basato su fisica e tecnologia consolidate, del valore di 6 miliardi di dollari. Poi gli Usa si sono ritirati dal consorzio, che li ha costretti a dimezzare i costi e cambiare il progetto. Il risultato è stato ITER-FEAT, che è costato 3 miliardi di dollari ma ha consentito una risposta autosufficiente e un bilancio energetico positivo.
Nel 2003, gli Stati Uniti si sono uniti al consorzio e la Cina ha annunciato il suo desiderio di partecipare. Di conseguenza, a metà del 2005, i partner hanno deciso di costruire ITER a Cadarache, nel sud della Francia. L'UE e la Francia hanno contribuito per metà dei 12,8 miliardi di euro, mentre Giappone, Cina, Corea del Sud, Stati Uniti e Russia hanno contribuito ciascuno per il 10%. Il Giappone ha fornito componenti high-tech, ha ospitato la struttura IFMIF da 1 miliardo di euro per i test sui materiali e ha avuto il diritto di costruire il prossimo reattore di prova. Il costo totale di ITER comprende la metà del costo di un 10 annicostruzione e metà - per 20 anni di attività. L'India è diventata il settimo membro di ITER alla fine del 2005
Gli esperimenti dovrebbero iniziare nel 2018 utilizzando l'idrogeno per evitare l'attivazione del magnete. Utilizzo del plasma DT non previsto prima del 2026
L'obiettivo di ITER è generare 500 MW (almeno per 400 s) utilizzando meno di 50 MW di potenza in ingresso senza generare elettricità.
La demo della centrale elettrica da 2 gigawatt produrrà una produzione di energia su larga scala su base continuativa. Il concept design per la Demo sarà completato entro il 2017, con l'inizio dei lavori nel 2024. Il lancio avverrà nel 2033.
JET
Nel 1978, l'UE (Euratom, Svezia e Svizzera) ha avviato un progetto europeo JET congiunto nel Regno Unito. JET è oggi il più grande tokamak operativo al mondo. Un simile reattore JT-60 opera presso il National Fusion Fusion Institute del Giappone, ma solo JET può utilizzare combustibile deuterio-trizio.
Il reattore è stato lanciato nel 1983 ed è diventato il primo esperimento, che ha portato a una fusione termonucleare controllata con una potenza fino a 16 MW per un secondo e 5 MW di potenza stabile su plasma di deuterio-trizio nel novembre 1991. Sono stati effettuati molti esperimenti per studiare vari schemi di riscaldamento e altre tecniche.
Ulteriori miglioramenti al JET consistono nell'aumentare la sua potenza. Il reattore compatto MAST è in fase di sviluppo insieme a JET e fa parte del progetto ITER.
K-STAR
K-STAR è un tokamak superconduttore coreano del National Fusion Research Institute (NFRI) di Daejeon, che ha prodotto il suo primo plasma a metà del 2008. Questo è un progetto pilota di ITER, che è il risultato della cooperazione internazionale. Il tokamak con raggio di 1,8 m è il primo reattore a utilizzare magneti superconduttori Nb3Sn, gli stessi che dovrebbero essere utilizzati in ITER. Durante la prima fase, completata entro il 2012, K-STAR ha dovuto dimostrare la fattibilità delle tecnologie di base e ottenere impulsi plasma con una durata fino a 20 s. Nella seconda fase (2013–2017), viene aggiornato per studiare impulsi lunghi fino a 300 s in modalità H e passare alla modalità AT ad alte prestazioni. L'obiettivo della terza fase (2018-2023) è ottenere prestazioni ed efficienza elevate nella modalità a impulsi continui. Nella 4a fase (2023-2025) verranno testate le tecnologie DEMO. Il dispositivo non è compatibile con il trizio e non utilizza carburante DT.
K-DEMO
Sviluppato in collaborazione con il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e l'NFRI della Corea del Sud, K-DEMO sarà il prossimo passo nello sviluppo di reattori commerciali dopo ITER e sarà la prima centrale elettrica in grado di generare energia nella rete elettrica, ovvero 1 milione di kW in poche settimane. Il suo diametro sarà di 6,65 m e avrà un modulo di zona di riproduzione creato nell'ambito del progetto DEMO. Ministero coreano dell'Istruzione, della Scienza e della Tecnologiaprevede di investire circa 1 trilione di won ($ 941 milioni) in esso.
EST
Il cinese Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EST) presso l'Istituto cinese di fisica di Hefei ha creato plasma di idrogeno a 50 milioni di °C e lo ha mantenuto per 102 secondi.
TFTR
Nel laboratorio americano PPPL, il reattore termonucleare sperimentale TFTR ha operato dal 1982 al 1997. Nel dicembre 1993, TFTR è diventato il primo tokamak magnetico a effettuare estesi esperimenti con plasma di deuterio-trizio. L'anno successivo, il reattore ha prodotto un record di 10,7 MW di potenza controllabile e nel 1995 è stato raggiunto un record di temperatura del gas ionizzato di 510 milioni di °C. Tuttavia, la struttura non ha raggiunto l'obiettivo dell'energia da fusione di pareggio, ma ha raggiunto con successo gli obiettivi di progettazione dell'hardware, fornendo un contributo significativo allo sviluppo di ITER.
LHD
LHD presso il National Fusion Fusion Institute del Giappone a Toki, nella prefettura di Gifu, era il più grande stellarator del mondo. Il reattore a fusione è stato lanciato nel 1998 e ha dimostrato qualità di confinamento del plasma paragonabili ad altre grandi strutture. È stata raggiunta una temperatura ionica di 13,5 keV (circa 160 milioni di °C) e un'energia di 1,44 MJ.
Wendelstein 7-X
Dopo un anno di test iniziati alla fine del 2015, la temperatura dell'elio ha raggiunto brevemente 1 milione di °C. Nel 2016 un reattore a fusione con idrogenoil plasma, utilizzando 2 MW di potenza, ha raggiunto una temperatura di 80 milioni di °C in un quarto di secondo. W7-X è il più grande stellarator al mondo e dovrebbe funzionare ininterrottamente per 30 minuti. Il costo del reattore è stato di 1 miliardo di €.
NIF
LaNational Ignition Facility (NIF) presso il Livermore National Laboratory (LLNL) è stata completata nel marzo 2009. Utilizzando i suoi 192 raggi laser, NIF è in grado di concentrare 60 volte più energia rispetto a qualsiasi sistema laser precedente.
Fusione fredda
Nel marzo 1989, due ricercatori, l'americano Stanley Pons e il britannico Martin Fleischman, annunciarono di aver lanciato un semplice reattore desktop a fusione fredda funzionante a temperatura ambiente. Il processo consisteva nell'elettrolisi dell'acqua pesante utilizzando elettrodi di palladio, su cui erano concentrati nuclei di deuterio ad alta densità. I ricercatori affermano che è stato prodotto calore che potrebbe essere spiegato solo in termini di processi nucleari e che c'erano sottoprodotti della fusione tra cui elio, trizio e neutroni. Tuttavia, altri sperimentatori non sono riusciti a ripetere questa esperienza. La maggior parte della comunità scientifica non crede che i reattori a fusione fredda siano reali.
Reazioni nucleari a bassa energia
Iniziata da affermazioni di "fusione fredda", la ricerca è proseguita nel campo delle reazioni nucleari a bassa energia, con un certo supporto empirico, manon è una spiegazione scientifica generalmente accettata. Apparentemente, le interazioni nucleari deboli vengono utilizzate per creare e catturare neutroni (piuttosto che una forza potente, come nella fissione o fusione nucleare). Gli esperimenti includono la permeazione di idrogeno o deuterio attraverso un letto catalitico e la reazione con un metallo. I ricercatori segnalano un rilascio osservato di energia. Il principale esempio pratico è l'interazione dell'idrogeno con la polvere di nichel con il rilascio di calore, la cui quantità è maggiore di qualsiasi reazione chimica può dare.
