დღეს ბევრი ქვეყანა მონაწილეობს თერმობირთვულ კვლევაში. ლიდერები არიან ევროკავშირი, აშშ, რუსეთი და იაპონია, ხოლო ჩინეთის, ბრაზილიის, კანადისა და კორეის პროგრამები სწრაფად იზრდება. თავდაპირველად, შერწყმის რეაქტორები შეერთებულ შტატებსა და სსრკ-ში დაკავშირებული იყო ბირთვული იარაღის განვითარებასთან და რჩებოდა კლასიფიცირებული 1958 წელს ჟენევაში გამართული ატომები მშვიდობისთვის კონფერენციამდე. საბჭოთა ტოკამაკის შექმნის შემდეგ, 1970-იან წლებში ბირთვული შერწყმის კვლევა „დიდ მეცნიერებად“იქცა. მაგრამ მოწყობილობების ღირებულება და სირთულე იმდენად გაიზარდა, რომ საერთაშორისო თანამშრომლობა ერთადერთი გზა იყო.
შედუღების რეაქტორები მსოფლიოში
1970-იანი წლებიდან მოყოლებული, შერწყმის ენერგიის კომერციული გამოყენება მუდმივად 40 წლით უკან იხევდა. თუმცა, ბოლო წლებში ბევრი რამ მოხდა, რამაც შეიძლება შეამციროს ეს პერიოდი.
აშენდა რამდენიმე ტოკამაკი, მათ შორის ევროპული JET, ბრიტანული MAST და ექსპერიმენტული შერწყმის რეაქტორი TFTR პრინსტონში, აშშ. საერთაშორისო ITER პროექტი ამჟამად მიმდინარეობს საფრანგეთში, კადარაშიში. ის გახდება ყველაზე დიდიტოკამაკი, როდესაც ის 2020 წელს დაიწყებს მუშაობას. 2030 წელს CFETR აშენდება ჩინეთში, რომელიც გადააჭარბებს ITER-ს. იმავდროულად, PRC აწარმოებს კვლევას აღმოსავლეთის ექსპერიმენტულ სუპერგამტარ ტოკამაკზე.
სხვა ტიპის შერწყმის რეაქტორები - ვარსკვლავები - ასევე პოპულარულია მკვლევარებში. ერთ-ერთმა უდიდესმა, LHD-მა დაიწყო მუშაობა იაპონიის ნაციონალურ შერწყმის ინსტიტუტში 1998 წელს. იგი გამოიყენება საუკეთესო მაგნიტური პლაზმური კონფიგურაციის მოსაძებნად. გერმანულმა მაქს პლანკის ინსტიტუტმა ჩაატარა კვლევა Wendelstein 7-AS რეაქტორზე გარჩინგში 1988-2002 წლებში და ამჟამად Wendelstein 7-X-ზე, რომელიც 19 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში მშენებარე იყო. კიდევ ერთი TJII ვარსკვლავი მუშაობს მადრიდში, ესპანეთში. შეერთებულ შტატებში, პრინსტონის პლაზმის ფიზიკის ლაბორატორიამ (PPPL), სადაც 1951 წელს აშენდა ამ ტიპის პირველი შერწყმის რეაქტორი, შეაჩერა NCSX-ის მშენებლობა 2008 წელს ხარჯების გადაჭარბებისა და დაფინანსების ნაკლებობის გამო.
გარდა ამისა, მნიშვნელოვანი პროგრესია მიღწეული ინერციული თერმობირთვული შერწყმის კვლევაში. ლივერმორის ეროვნულ ლაბორატორიაში (LLNL) 7 მილიარდი დოლარის ღირებულების ეროვნული აალებადი ობიექტის (NIF) მშენებლობა, რომელიც დაფინანსებულია ბირთვული უსაფრთხოების ეროვნული ადმინისტრაციის მიერ, დასრულდა 2009 წლის მარტში. ფრანგულმა ლაზერულმა მეგაჟულმა (LMJ) ფუნქციონირება დაიწყო 2014 წლის ოქტომბერში. შერწყმის რეაქტორები იყენებენ დაახლოებით 2 მილიონი ჯოული სინათლის ენერგიას, რომელიც მიწოდებულია ლაზერების მიერ წამის რამდენიმე მილიარდი ნაწილის სამიზნეზე, რათა დაიწყოს ბირთვული შერწყმის რეაქცია. NIF და LMJ-ის მთავარი ამოცანაარის კვლევები ეროვნული სამხედრო ბირთვული პროგრამების მხარდასაჭერად.
ITER
1985 წელს საბჭოთა კავშირმა შესთავაზა შემდეგი თაობის ტოკამაკის აშენება ევროპასთან, იაპონიასთან და აშშ-სთან ერთად. სამუშაოები IAEA-ს ეგიდით მიმდინარეობდა. 1988-დან 1990 წლამდე შეიქმნა საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორის პირველი დიზაინი, ITER, რომელიც ასევე ნიშნავს "გზას" ან "მოგზაურობას" ლათინურად, რათა დაემტკიცებინა, რომ შერწყმას შეეძლო უფრო მეტი ენერგიის გამომუშავება, ვიდრე შთანთქავს. კანადა და ყაზახეთი ასევე მონაწილეობდნენ ევრატომის და რუსეთის შუამავლობით.
6 წლის შემდეგ, ITER-ის საბჭომ დაამტკიცა პირველი ინტეგრირებული რეაქტორის პროექტი დაფუძნებული ფიზიკასა და ტექნოლოგიაზე, რომლის ღირებულება 6 მილიარდი დოლარია. შემდეგ აშშ გამოვიდა კონსორციუმიდან, რამაც აიძულა ისინი გაენახევრებინათ ხარჯები და შეეცვალათ პროექტი. შედეგი იყო ITER-FEAT, რომელიც ღირდა $3 მილიარდი, მაგრამ უზრუნველყოფდა თვითშენარჩუნებული პასუხის და ენერგიის პოზიტიური ბალანსის საშუალებას.
2003 წელს აშშ კვლავ შეუერთდა კონსორციუმს და ჩინეთმა გამოაცხადა მონაწილეობის სურვილი. შედეგად, 2005 წლის შუა რიცხვებში, პარტნიორები შეთანხმდნენ ITER-ის აშენებაზე სამხრეთ საფრანგეთში, კადარაში. ევროკავშირმა და საფრანგეთმა შეიტანეს 12,8 მილიარდი ევროს ნახევარი, ხოლო იაპონია, ჩინეთი, სამხრეთ კორეა, აშშ და რუსეთი თითო 10%-ით. იაპონიამ უზრუნველყო მაღალტექნოლოგიური კომპონენტები, მასპინძლობდა 1 მილიარდი ევროს ღირებულების IFMIF ობიექტს მასალების ტესტირებისთვის და ჰქონდა უფლება აეშენებინა შემდეგი საცდელი რეაქტორი. ITER-ის მთლიანი ღირებულება მოიცავს 10 წლის ღირებულების ნახევარსმშენებლობა და ნახევარი - 20 წლის ექსპლუატაციისთვის. ინდოეთი გახდა ITER-ის მეშვიდე წევრი 2005 წლის ბოლოს
ექსპერიმენტები უნდა დაიწყოს 2018 წელს წყალბადის გამოყენებით მაგნიტის გააქტიურების თავიდან ასაცილებლად. D-T პლაზმის გამოყენება არ არის მოსალოდნელი 2026 წლამდე
ITER-ის მიზანია გამოიმუშაოს 500 მეგავატი (მინიმუმ 400 წმ) 50 მგვტ-ზე ნაკლები შეყვანის სიმძლავრის გამოყენებით ელექტროენერგიის გამომუშავების გარეშე.
2 გიგავატიანი დემო ელექტროსადგური დემო წარმოებს ელექტროენერგიის ფართომასშტაბიან გამომუშავებას მუდმივ საფუძველზე. დემო-ს კონცეფციის დიზაინი 2017 წლისთვის დასრულდება, მშენებლობა კი 2024 წელს დაიწყება. გაშვება მოხდება 2033 წელს.
JET
1978 წელს ევროკავშირმა (ევრატომმა, შვედეთმა და შვეიცარიამ) დაიწყო ერთობლივი ევროპული JET პროექტი დიდ ბრიტანეთში. JET არის ყველაზე დიდი მოქმედი ტოკამაკი დღეს მსოფლიოში. მსგავსი JT-60 რეაქტორი მუშაობს იაპონიის Fusion Fusion-ის ეროვნულ ინსტიტუტში, მაგრამ მხოლოდ JET-ს შეუძლია დეიტერიუმ-ტრიტიუმის საწვავის გამოყენება.
რეაქტორი ამოქმედდა 1983 წელს და გახდა პირველი ექსპერიმენტი, რომლის შედეგადაც მოხდა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა 16 მეგავატამდე სიმძლავრით ერთ წამში და 5 მგვტ სტაბილური სიმძლავრით დეიტერიუმ-ტრიტიუმის პლაზმაზე 1991 წლის ნოემბერში. მრავალი ექსპერიმენტი ჩატარდა გათბობის სხვადასხვა სქემებისა და სხვა ტექნიკის შესასწავლად.
JET-ის შემდგომი გაუმჯობესება მისი სიმძლავრის გაზრდაა. MAST კომპაქტური რეაქტორი მუშავდება JET-თან ერთად და არის ITER პროექტის ნაწილი.
K-STAR
K-STAR არის კორეული სუპერგამტარი ტოკამაკი დეჯეონში მდებარე ეროვნული შერწყმის კვლევის ინსტიტუტიდან (NFRI), რომელმაც თავისი პირველი პლაზმა გამოუშვა 2008 წლის შუა რიცხვებში. ეს არის ITER-ის საპილოტე პროექტი, რომელიც საერთაშორისო თანამშრომლობის შედეგია. 1,8 მ რადიუსის ტოკამაკი არის პირველი რეაქტორი, რომელიც იყენებს სუპერგამტარ Nb3Sn მაგნიტებს, იგივე მაგნიტების გამოყენებას ITER-ში. პირველი ეტაპის დროს, რომელიც დასრულდა 2012 წელს, K-STAR-მა უნდა დაამტკიცოს ძირითადი ტექნოლოგიების სიცოცხლისუნარიანობა და მიაღწიოს პლაზმურ იმპულსებს 20 წმ-მდე ხანგრძლივობით. მეორე ეტაპზე (2013–2017) მიმდინარეობს მისი განახლება H- რეჟიმში 300 წმ-მდე ხანგრძლივი იმპულსების შესასწავლად და მაღალი ხარისხის AT რეჟიმში გადასასვლელად. მესამე ფაზის (2018-2023) მიზანია უწყვეტი პულსის რეჟიმში მაღალი წარმადობისა და ეფექტურობის მიღწევა. მე-4 ეტაპზე (2023-2025 წწ.) მოხდება დემო ტექნოლოგიების ტესტირება. მოწყობილობას არ გააჩნია ტრიტიუმი და არ იყენებს D-T საწვავს.
K-DEMO
შემუშავებული აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის პრინსტონის პლაზმური ფიზიკის ლაბორატორიასთან (PPPL) და სამხრეთ კორეის NFRI-თან თანამშრომლობით, K-DEMO იქნება შემდეგი ნაბიჯი კომერციული რეაქტორის განვითარებაში ITER-ის შემდეგ და იქნება პირველი ელექტროსადგური. შეუძლია ელექტრო ქსელში ენერგიის გამომუშავება, კერძოდ 1 მილიონი კვტ რამდენიმე კვირაში. მისი დიამეტრი იქნება 6,65 მ და ექნება რეპროდუქციის ზონის მოდული, რომელიც შექმნილია DEMO პროექტის ფარგლებში. კორეის განათლების, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სამინისტროგეგმავს მასში დაახლოებით 1 ტრილიონი ვონის ($941 მილიონი) ინვესტიციას.
აღმოსავლეთი
ჩინურმა ექსპერიმენტულმა გაფართოებულმა სუპერგამტარმა ტოკამაკმა (EAST) ჰეფეის ჩინეთის ფიზიკის ინსტიტუტში შექმნა წყალბადის პლაზმა 50 მილიონი °C ტემპერატურაზე და გააჩერა იგი 102 წამის განმავლობაში.
TFTR
ამერიკულ ლაბორატორიაში PPPL, ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი TFTR მუშაობდა 1982 წლიდან 1997 წლამდე. 1993 წლის დეკემბერში TFTR გახდა პირველი მაგნიტური ტოკამაკი, რომელმაც ჩაატარა ფართო ექსპერიმენტები დეიტერიუმ-ტრიტიუმის პლაზმასთან. მომდევნო წელს რეაქტორმა გამოუშვა მაშინდელი რეკორდული 10,7 მეგავატი კონტროლირებადი სიმძლავრე, ხოლო 1995 წელს იონიზირებული გაზის ტემპერატურის რეკორდი 510 მილიონი °C იყო მიღწეული. თუმცა, დაწესებულებამ ვერ მიაღწია მიზანს წყვეტის შერწყმის ენერგიაზე, მაგრამ წარმატებით დააკმაყოფილა ტექნიკის დიზაინის მიზნები, რამაც მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა ITER-ის განვითარებაში.
LHD
LHD იაპონიის Fusion Fusion-ის ეროვნულ ინსტიტუტში ტოკიში, გიფუს პრეფექტურა იყო ყველაზე დიდი ვარსკვლავური სისტემა მსოფლიოში. შერწყმის რეაქტორი ამოქმედდა 1998 წელს და აჩვენა პლაზმური შეზღუდვის თვისებები სხვა დიდ ობიექტებთან შედარებით. მიღწეულია იონის ტემპერატურა 13,5 კევ (დაახლოებით 160 მილიონი °C) და ენერგია 1,44 მჯ.
ვენდელშტეინი 7-X
ერთი წლის ტესტირების შემდეგ, რომელიც დაიწყო 2015 წლის ბოლოს, ჰელიუმის ტემპერატურამ მოკლედ მიაღწია 1 მილიონ °C-ს. 2016 წელს შერწყმის რეაქტორი წყალბადთანპლაზმამ, 2 მგვტ სიმძლავრის გამოყენებით, წამის მეოთხედში მიაღწია 80 მილიონ ° C ტემპერატურას. W7-X მსოფლიოში ყველაზე დიდი ვარსკვლავური სისტემაა და დაგეგმილია უწყვეტად მუშაობა 30 წუთის განმავლობაში. რეაქტორის ღირებულებამ შეადგინა 1 მილიარდი ევრო.
NIF
National Ignition Facility (NIF) Livermore National Laboratory-ში (LLNL) დასრულდა 2009 წლის მარტში. თავისი 192 ლაზერული სხივის გამოყენებით, NIF-ს შეუძლია 60-ჯერ მეტი ენერგიის კონცენტრირება, ვიდრე ნებისმიერი წინა ლაზერული სისტემა.
ცივი შერწყმა
1989 წლის მარტში ორმა მკვლევარმა, ამერიკელმა სტენლი პონსმა და ბრიტანელმა მარტინ ფლეიშმანმა განაცხადეს, რომ მათ გაუშვეს მარტივი დესკტოპის ცივი შერწყმის რეაქტორი, რომელიც მუშაობს ოთახის ტემპერატურაზე. პროცესი შედგებოდა მძიმე წყლის ელექტროლიზში პალადიუმის ელექტროდების გამოყენებით, რომელზედაც დეიტერიუმის ბირთვები იყო კონცენტრირებული მაღალი სიმკვრივით. მკვლევარები ამტკიცებენ, რომ წარმოიქმნა სითბო, რომელიც მხოლოდ ბირთვული პროცესებით აიხსნებოდა და არსებობდა შერწყმის ქვეპროდუქტები, მათ შორის ჰელიუმი, ტრიტიუმი და ნეიტრონები. თუმცა, სხვა ექსპერიმენტატორებმა ვერ გაიმეორეს ეს გამოცდილება. სამეცნიერო საზოგადოების უმეტესობას არ სჯერა, რომ ცივი შერწყმის რეაქტორები რეალურია.
დაბალენერგიული ბირთვული რეაქციები
დაწყებული "ცივი შერწყმის" შესახებ პრეტენზიებით, კვლევა გაგრძელდა დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციების სფეროში, გარკვეული ემპირიული მხარდაჭერით, მაგრამარ არის ზოგადად მიღებული სამეცნიერო ახსნა. როგორც ჩანს, სუსტი ბირთვული ურთიერთქმედებები გამოიყენება ნეიტრონების შესაქმნელად და დასაჭერად (და არა ძლიერი ძალის, როგორც ბირთვული დაშლის ან შერწყმის დროს). ექსპერიმენტები მოიცავს წყალბადის ან დეიტერიუმის შეღწევას კატალიზური კალაპოტის მეშვეობით და რეაქცია მეტალთან. მკვლევარები აცხადებენ, რომ დაფიქსირდა ენერგიის გამოყოფა. მთავარი პრაქტიკული მაგალითია წყალბადის ურთიერთქმედება ნიკელის ფხვნილთან სითბოს გამოყოფით, რომლის რაოდენობა იმაზე მეტია, ვიდრე ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია შეუძლია.
