امروزه بسیاری از کشورها در تحقیقات هسته ای شرکت می کنند. رهبران اتحادیه اروپا، ایالات متحده آمریکا، روسیه و ژاپن هستند، در حالی که برنامه های چین، برزیل، کانادا و کره به سرعت در حال رشد هستند. در ابتدا، راکتورهای همجوشی در ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی با توسعه سلاح های هسته ای مرتبط بودند و تا کنفرانس اتم ها برای صلح که در سال 1958 در ژنو برگزار شد، طبقه بندی شده باقی ماندند. پس از ایجاد توکاماک شوروی، تحقیقات گداخت هسته ای در دهه 1970 به یک "علم بزرگ" تبدیل شد. اما هزینه و پیچیدگی دستگاه ها به حدی افزایش یافت که همکاری بین المللی تنها راه رو به جلو بود.
راکتورهای همجوشی در جهان
از دهه 1970، استفاده تجاری از انرژی همجوشی به طور مداوم 40 سال به عقب رانده شده است. با این حال، در سال های اخیر اتفاقات زیادی افتاده است که می تواند این دوره را کوتاه کند.
چندین توکامک از جمله جت اروپایی، MAST بریتانیا و راکتور همجوشی آزمایشی TFTR در پرینستون، ایالات متحده ساخته شده است. پروژه بین المللی ITER در حال حاضر در Cadarache، فرانسه در حال ساخت است. بزرگترین خواهد شدتوکامک زمانی که در سال 2020 شروع به کار کند. در سال 2030، CFETR در چین ساخته خواهد شد که از ITER پیشی خواهد گرفت. در همین حال، جمهوری خلق چین در حال انجام تحقیقاتی بر روی توکامک ابررسانای آزمایشی شرق است.
راکتورهای همجوشی از نوع دیگری - ستاره‌سازها - نیز در میان محققان محبوب هستند. یکی از بزرگترین ها، LHD، کار خود را در موسسه ملی فیوژن ژاپن در سال 1998 آغاز کرد. برای یافتن بهترین پیکربندی محصور پلاسما مغناطیسی استفاده می شود. مؤسسه ماکس پلانک آلمان بین سال‌های 1988 تا 2002 بر روی رآکتور Wendelstein 7-AS در گارچینگ و در حال حاضر بر روی Wendelstein 7-X که بیش از 19 سال در دست ساخت است، تحقیق کرد. یکی دیگر از ستارگان TJII در مادرید، اسپانیا در حال فعالیت است. در ایالات متحده، آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL)، جایی که اولین راکتور همجوشی از این نوع در سال 1951 ساخته شد، ساخت NCSX را در سال 2008 به دلیل گرانی هزینه و کمبود بودجه متوقف کرد.
علاوه بر این، پیشرفت قابل توجهی در تحقیقات همجوشی گرما هسته ای اینرسی حاصل شده است. ساخت تاسیسات احتراق ملی 7 میلیارد دلاری (NIF) در آزمایشگاه ملی لیورمور (LLNL) که توسط اداره امنیت ملی هسته ای تامین می شود، در مارس 2009 تکمیل شد. لیزر مگاژول فرانسوی (LMJ) در اکتبر 2014 شروع به کار کرد. راکتورهای همجوشی از حدود 2 میلیون ژول انرژی نوری استفاده می کنند که توسط لیزر در چند میلیاردم ثانیه به هدفی به اندازه چند میلی متر برای شروع یک واکنش همجوشی هسته ای ارسال می شود. وظیفه اصلی NIF و LMJمطالعاتی برای حمایت از برنامه های هسته ای نظامی ملی هستند.
ITER
در سال 1985، اتحاد جماهیر شوروی پیشنهاد ساخت نسل بعدی توکاماک را همراه با اروپا، ژاپن و ایالات متحده داد. این کار زیر نظر آژانس بین المللی انرژی اتمی انجام شد. بین سال‌های 1988 و 1990، اولین طرح‌ها برای راکتور آزمایشی گرما هسته‌ای بین‌المللی، ITER، که در لاتین به معنای «مسیر» یا «سفر» نیز می‌باشد، ایجاد شد تا ثابت کند که همجوشی می‌تواند انرژی بیشتری نسبت به جذب انرژی تولید کند. کانادا و قزاقستان نیز به ترتیب با میانجیگری اوراتم و روسیه شرکت کردند.
بعد از 6 سال، هیئت ITER اولین پروژه راکتور یکپارچه مبتنی بر فیزیک و فناوری تثبیت شده را به ارزش 6 میلیارد دلار تصویب کرد. سپس ایالات متحده از کنسرسیوم خارج شد که آنها را مجبور کرد هزینه ها را به نصف کاهش دهند و پروژه را تغییر دهند. نتیجه ITER-FEAT بود که 3 میلیارد دلار هزینه داشت اما امکان پاسخگویی خودپایه و تعادل مثبت قدرت را فراهم کرد.
در سال 2003، ایالات متحده دوباره به کنسرسیوم پیوست و چین تمایل خود را برای مشارکت اعلام کرد. در نتیجه، در اواسط سال 2005، شرکا توافق کردند که ITER را در Cadarache در جنوب فرانسه بسازند. اتحادیه اروپا و فرانسه نیمی از 12.8 میلیارد یورو را به خود اختصاص دادند، در حالی که ژاپن، چین، کره جنوبی، ایالات متحده و روسیه هر کدام 10 درصد سهم داشتند. ژاپن قطعات با فناوری پیشرفته را ارائه کرد، میزبان تأسیسات یک میلیارد یورویی IFMIF برای آزمایش مواد بود و حق ساخت رآکتور آزمایشی بعدی را داشت. کل هزینه ITER شامل نیمی از هزینه 10 ساله استساخت و ساز و نیم - برای 20 سال بهره برداری. هند در پایان سال 2005 هفتمین عضو ITER شد
آزمایش ها باید در سال 2018 با استفاده از هیدروژن آغاز شود تا از فعال شدن آهنربا جلوگیری شود. استفاده از پلاسما D-T قبل از سال 2026 انتظار نمی رود
هدف ITER تولید 500 مگاوات (حداقل برای 400 ثانیه) با استفاده از کمتر از 50 مگاوات توان ورودی بدون تولید برق است.
نیروگاه آزمایشی 2 گیگاواتی به طور مداوم تولید برق در مقیاس بزرگ تولید خواهد کرد. طراحی مفهومی دمو تا سال 2017 تکمیل خواهد شد و ساخت آن در سال 2024 آغاز خواهد شد. پرتاب در سال 2033 انجام خواهد شد.
JET
در سال 1978، اتحادیه اروپا (اوراتوم، سوئد و سوئیس) یک پروژه مشترک اروپایی JET را در بریتانیا آغاز کرد. JET بزرگترین توکامک فعال در جهان امروز است. یک راکتور JT-60 مشابه در مؤسسه ملی فیوژن فیوژن ژاپن کار می کند، اما فقط JET می تواند از سوخت دوتریوم-تریتیوم استفاده کند.
این راکتور در سال 1983 راه اندازی شد و اولین آزمایشی بود که منجر به همجوشی گرما هسته ای کنترل شده با قدرت تا 16 مگاوات برای یک ثانیه و 5 مگاوات توان پایدار در پلاسمای دوتریوم-تریتیوم در نوامبر 1991 شد. آزمایش‌های زیادی به منظور مطالعه طرح‌های گرمایشی مختلف و سایر تکنیک‌ها انجام شده است.
پیشرفت های بیشتر در JET برای افزایش قدرت آن است. راکتور فشرده MAST همراه با JET در حال توسعه است و بخشی از پروژه ITER است.
K-STAR
K-STAR یک توکاماک ابررسانای کره ای از موسسه تحقیقات ملی فیوژن (NFRI) در Daejeon است که اولین پلاسمای خود را در اواسط سال 2008 تولید کرد. این یک پروژه آزمایشی ITER است که نتیجه همکاری بین المللی است. توکامک با شعاع 1.8 متری اولین رآکتوری است که از آهنرباهای ابررسانا Nb3Sn استفاده می کند، همان آهنرباهایی که برای استفاده در ITER برنامه ریزی شده است. در مرحله اول، که تا سال 2012 تکمیل شد، K-STAR باید قابلیت حیات فناوری های اساسی را اثبات می کرد و به پالس های پلاسما با مدت زمان حداکثر 20 ثانیه دست می یافت. در مرحله دوم (2013-2017)، برای مطالعه پالس های طولانی تا 300 ثانیه در حالت H و انتقال به حالت AT با کارایی بالا ارتقا یافته است. هدف فاز سوم (2018-2023) دستیابی به عملکرد و راندمان بالا در حالت پالس پیوسته است. در مرحله چهارم (2023-2025)، فناوری های DEMO آزمایش خواهند شد. دستگاه دارای تریتیوم نیست و از سوخت D-T استفاده نمی کند.
K-DEMO
K-DEMO که با همکاری آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL) وزارت انرژی ایالات متحده و NFRI کره جنوبی توسعه یافته است، قرار است گام بعدی در توسعه راکتور تجاری پس از ITER باشد و اولین نیروگاه باشد. قادر به تولید برق در شبکه برق، یعنی 1 میلیون کیلووات در عرض چند هفته. قطر آن 6.65 متر خواهد بود و دارای یک ماژول منطقه بازتولید است که به عنوان بخشی از پروژه DEMO ایجاد می شود. وزارت آموزش، علم و فناوری کرهقصد دارد حدود 1 تریلیون وون (941 میلیون دلار) در آن سرمایه گذاری کند.
EAST
توکاماک ابررسانای پیشرفته تجربی چینی (EAST) در مؤسسه فیزیک چین در هیفی، پلاسمای هیدروژن را در دمای 50 میلیون درجه سانتیگراد ایجاد کرد و آن را به مدت 102 ثانیه نگه داشت.
TFTR
در آزمایشگاه آمریکایی PPPL، راکتور آزمایشی گرما هسته ای TFTR از سال 1982 تا 1997 کار می کرد. در دسامبر 1993، TFTR اولین توکاماک مغناطیسی بود که آزمایشات گسترده ای را با پلاسمای دوتریوم-تریتیوم انجام داد. سال بعد، رآکتور 10.7 مگاوات توان قابل کنترل تولید کرد که در آن زمان رکورددار بود و در سال 1995، رکورد دمای گاز یونیزه 510 میلیون درجه سانتی گراد به دست آمد. با این حال، تأسیسات به هدف انرژی همجوشی سربه‌سر نرسید، اما با موفقیت به اهداف طراحی سخت‌افزار دست یافت و سهم قابل توجهی در توسعه ITER داشت.
LHD
LHD در موسسه ملی فیوژن فیوژن ژاپن در توکی، استان گیفو بزرگترین ستاره ستاره در جهان بود. راکتور همجوشی در سال 1998 راه اندازی شد و کیفیت محصور شدن پلاسما قابل مقایسه با سایر تاسیسات بزرگ را نشان داد. دمای یون 13.5 کو (حدود 160 میلیون درجه سانتیگراد) و انرژی 1.44 MJ بدست آمد.
Wendelstein 7-X
پس از یک سال آزمایش که در پایان سال 2015 آغاز شد، دمای هلیوم برای مدت کوتاهی به 1 میلیون درجه سانتی گراد رسید. در سال 2016، یک راکتور همجوشی با هیدروژنپلاسما با استفاده از 2 مگاوات توان، در عرض یک چهارم ثانیه به دمای 80 میلیون درجه سانتیگراد رسید. W7-X بزرگترین ستاره ستاره در جهان است و برنامه ریزی شده است که به مدت 30 دقیقه به طور مداوم کار کند. هزینه راکتور بالغ بر 1 میلیارد یورو شد.
NIF
تأسیسات احتراق ملی (NIF) در آزمایشگاه ملی لیورمور (LLNL) در مارس 2009 تکمیل شد. NIF با استفاده از 192 پرتو لیزر خود قادر است 60 برابر بیشتر از هر سیستم لیزری قبلی انرژی را متمرکز کند.
همجوشی سرد
در مارس 1989، دو محقق، استنلی پونز آمریکایی و مارتین فلیشمن بریتانیایی، اعلام کردند که یک راکتور همجوشی سرد رومیزی ساده را راه اندازی کرده اند که در دمای اتاق کار می کند. این فرآیند شامل الکترولیز آب سنگین با استفاده از الکترودهای پالادیوم بود که هسته‌های دوتریوم روی آنها با چگالی بالا متمرکز شدند. محققان ادعا می‌کنند که گرمایی تولید می‌شود که تنها بر حسب فرآیندهای هسته‌ای قابل توضیح است و محصولات جانبی همجوشی از جمله هلیوم، تریتیوم و نوترون‌ها وجود دارد. با این حال، آزمایش‌کنندگان دیگر نتوانستند این تجربه را تکرار کنند. اکثر جامعه علمی باور ندارند که راکتورهای همجوشی سرد واقعی هستند.
واکنش های هسته ای کم انرژی
با ادعای "همجوشی سرد" آغاز شد، تحقیقات در زمینه واکنش‌های هسته‌ای کم انرژی، با حمایت تجربی، ادامه یافت، امایک توضیح علمی به طور کلی پذیرفته شده نیست. ظاهراً از فعل و انفعالات هسته ای ضعیف برای ایجاد و گرفتن نوترون ها استفاده می شود (به جای یک نیروی قدرتمند، مانند شکافت هسته ای یا همجوشی). آزمایش‌ها شامل نفوذ هیدروژن یا دوتریوم از طریق بستر کاتالیزوری و واکنش با یک فلز است. محققان یک رهاسازی مشاهده شده انرژی را گزارش کردند. مثال عملی اصلی برهمکنش هیدروژن با پودر نیکل با انتشار گرما است که مقدار آن بیشتر از هر واکنش شیمیایی است.
