اليوم ، تشارك العديد من الدول في الأبحاث النووية الحرارية. القادة هم الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة وروسيا واليابان ، في حين أن برامج الصين والبرازيل وكندا وكوريا تنمو بسرعة. في البداية ، ارتبطت مفاعلات الاندماج في الولايات المتحدة واتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية بتطوير الأسلحة النووية وظلت سرية حتى مؤتمر الذرة من أجل السلام الذي عقد في جنيف عام 1958. بعد إنشاء التوكاماك السوفياتي ، أصبحت أبحاث الاندماج النووي في السبعينيات من القرن الماضي "علمًا كبيرًا". لكن تكلفة الأجهزة وتعقيدها ازدادا لدرجة أن التعاون الدولي كان السبيل الوحيد للمضي قدمًا.
مفاعلات الاندماج في العالم
منذ سبعينيات القرن الماضي ، تم تأخير الاستخدام التجاري لطاقة الاندماج بمقدار 40 عامًا. ومع ذلك ، فقد حدث الكثير في السنوات الأخيرة يمكن أن يقصر هذه الفترة.
تم بناء العديد من tokamaks ، بما في ذلك European JET و British MAST ومفاعل الاندماج التجريبي TFTR في برينستون ، الولايات المتحدة الأمريكية. مشروع ITER الدولي قيد الإنشاء حاليًا في Cadarache ، فرنسا. سوف تصبح الأكبرتوكاماك عند بدء تشغيله في عام 2020. في عام 2030 ، سيتم بناء CFETR في الصين ، والتي ستتجاوز ITER. وفي الوقت نفسه ، تجري جمهورية الصين الشعبية بحثًا على توكاماك التجريبي فائق التوصيل EAST.
مفاعلات الاندماج من نوع آخر - الستليترات - تحظى أيضًا بشعبية لدى الباحثين. واحدة من أكبر الشركات ، LHD ، بدأت العمل في معهد الاندماج الوطني الياباني في عام 1998. يتم استخدامه للعثور على أفضل تكوين لحبس البلازما المغناطيسي. أجرى معهد ماكس بلانك الألماني بحثًا حول مفاعل Wendelstein 7-AS في Garching بين عامي 1988 و 2002 ، وحاليًا على Wendelstein 7-X ، والذي ظل قيد الإنشاء لأكثر من 19 عامًا. جهاز نجمي آخر من نوع TJII قيد التشغيل في مدريد ، إسبانيا. في الولايات المتحدة ، أوقف مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) ، حيث تم بناء أول مفاعل اندماج من هذا النوع في عام 1951 ، بناء NCSX في عام 2008 بسبب تجاوز التكاليف ونقص التمويل.
بالإضافة إلى ذلك ، تم إحراز تقدم كبير في أبحاث الاندماج النووي الحراري بالقصور الذاتي. تم الانتهاء من بناء مرفق الإشعال الوطني (NIF) في مختبر ليفرمور الوطني (LLNL) الذي تبلغ تكلفته 7 مليارات دولار ، بتمويل من الإدارة الوطنية للأمن النووي ، في مارس 2009. بدأ الليزر الفرنسي Mégajoule (LMJ) العمل في أكتوبر 2014. تستخدم مفاعلات الاندماج حوالي 2 مليون جول من الطاقة الضوئية التي يتم توصيلها بواسطة الليزر في بضعة أجزاء من المليار من الثانية إلى هدف يبلغ حجمه بضعة ملليمترات لبدء تفاعل الاندماج النووي. المهمة الرئيسية لـ NIF و LMJهي دراسات لدعم البرامج النووية العسكرية الوطنية.
ITER
في عام 1985 ، اقترح الاتحاد السوفيتي بناء الجيل القادم من توكاماك مع أوروبا واليابان والولايات المتحدة. تم تنفيذ العمل تحت رعاية الوكالة الدولية للطاقة الذرية. بين عامي 1988 و 1990 ، تم إنشاء التصميمات الأولى للمفاعل الحراري النووي التجريبي الدولي ، ITER ، والتي تعني أيضًا "المسار" أو "الرحلة" باللغة اللاتينية ، لإثبات أن الاندماج يمكن أن ينتج طاقة أكثر مما يمكنه امتصاصه. كما شاركت كندا وكازاخستان من خلال وساطة يوراتوم وروسيا على التوالي.
بعد 6 سنوات ، وافق مجلس ITER على أول مشروع مفاعل متكامل يعتمد على الفيزياء والتكنولوجيا الراسخة ، بقيمة 6 مليارات دولار. ثم انسحبت الولايات المتحدة من الكونسورتيوم ، مما أجبرهم على خفض التكاليف إلى النصف وتغيير المشروع. كانت النتيجة ITER-FEAT ، بتكلفة 3 مليارات دولار ولكنها تسمح باستجابة ذاتية الاستدامة وتوازن طاقة إيجابي.
في عام 2003 ، عادت الولايات المتحدة للانضمام إلى الكونسورتيوم ، وأعلنت الصين عن رغبتها في المشاركة. نتيجة لذلك ، في منتصف عام 2005 ، وافق الشركاء على بناء ITER في Cadarache في جنوب فرنسا. ساهم الاتحاد الأوروبي وفرنسا بنصف مبلغ 12.8 مليار يورو ، بينما ساهمت كل من اليابان والصين وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة وروسيا بنسبة 10٪. قدمت اليابان مكونات عالية التقنية ، واستضافت منشأة IFMIF التي تبلغ تكلفتها مليار يورو لاختبار المواد ، وكان لها الحق في بناء مفاعل الاختبار التالي. تشمل التكلفة الإجمالية لـ ITER نصف تكلفة 10 سنواتالبناء ونصف - لمدة 20 عامًا من التشغيل. أصبحت الهند العضو السابع في ITER في نهاية عام 2005
يجب أن تبدأ التجارب في 2018 باستخدام الهيدروجين لتجنب تنشيط المغناطيس. استخدام البلازما D-T غير متوقع قبل 2026
هدف ITER هو توليد 500 ميغاواط (على الأقل 400 ثانية) باستخدام أقل من 50 ميغاواط من الطاقة الداخلة دون توليد الكهرباء.
ستنتج محطة توليد الطاقة التجريبية التي تبلغ قدرتها 2 جيجاوات توليدًا للطاقة على نطاق واسع بشكل مستمر. سيتم الانتهاء من تصميم المفهوم للنسخة التجريبية بحلول عام 2017 ، على أن يبدأ البناء في عام 2024. سيبدأ الإطلاق في عام 2033.
جيت
في عام 1978 ، بدأ الاتحاد الأوروبي (يوراتوم والسويد وسويسرا) مشروع JET أوروبي مشترك في المملكة المتحدة. JET هي أكبر توكاماك عاملة في العالم اليوم. مفاعل JT-60 مشابه يعمل في معهد الانصهار الوطني الياباني ، لكن JET فقط يمكنها استخدام وقود الديوتيريوم-التريتيوم.
تم إطلاق المفاعل في عام 1983 ، وأصبح أول تجربة أدت إلى اندماج نووي حراري متحكم فيه بقوة تصل إلى 16 ميجاوات لثانية واحدة و 5 ميجاوات من الطاقة الثابتة على بلازما الديوتيريوم-تريتيوم في نوفمبر 1991. تم إجراء العديد من التجارب من أجل دراسة مخططات التدفئة المختلفة والتقنيات الأخرى.
مزيد من التحسينات على JET هي زيادة قوتها. يتم تطوير مفاعل MAST مع JET وهو جزء من مشروع ITER.
K-STAR
K-STAR هو توكاماك كوري فائق التوصيل من المعهد الوطني لأبحاث الاندماج (NFRI) في دايجون ، والذي أنتج أول بلازما في منتصف عام 2008. هذا مشروع تجريبي لـ ITER ، وهو نتيجة للتعاون الدولي. يعتبر توكاماك ، الذي يبلغ نصف قطره 1.8 مترًا ، أول مفاعل يستخدم مغناطيس Nb3Sn فائق التوصيل ، وهو نفس المغنطيسات التي تم التخطيط لاستخدامها في ITER. خلال المرحلة الأولى ، التي اكتملت بحلول عام 2012 ، كان على K-STAR إثبات جدوى التقنيات الأساسية وتحقيق نبضات البلازما لمدة تصل إلى 20 ثانية. في المرحلة الثانية (2013-2017) ، يتم ترقيته لدراسة نبضات طويلة تصل إلى 300 ثانية في الوضع H والانتقال إلى وضع AT عالي الأداء. الهدف من المرحلة الثالثة (2018-2023) هو تحقيق أداء وكفاءة عاليين في وضع النبض المستمر. في المرحلة الرابعة (2023-2025) ، سيتم اختبار تقنيات العرض التوضيحي. الجهاز غير قادر على التريتيوم ولا يستخدم وقود D-T.
K-DEMO
تم تطويره بالتعاون مع مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية و NFRI في كوريا الجنوبية ، تم تعيين K-DEMO ليكون الخطوة التالية في تطوير المفاعل التجاري بعد ITER ، وسيكون أول محطة للطاقة قادرة على توليد الطاقة في الشبكة الكهربائية أي مليون كيلوواط خلال أسابيع قليلة. سيبلغ قطرها 6.65 مترًا ، وستكون بها وحدة منطقة استنساخ يتم إنشاؤها كجزء من مشروع DEMO. وزارة التعليم والعلوم والتكنولوجيا الكوريةتخطط لاستثمار حوالي 1 تريليون وون (941 مليون دولار) فيها.
الشرق
التوكاماك التجريبي الصيني المتقدم فائق التوصيل (EAST) في المعهد الصيني للفيزياء في Hefei أنشأ بلازما الهيدروجين عند 50 مليون درجة مئوية واحتفظ بها لمدة 102 ثانية.
TFTR
في المختبر الأمريكي PPPL ، تم تشغيل المفاعل النووي الحراري التجريبي TFTR من عام 1982 إلى عام 1997. في ديسمبر 1993 ، أصبح TFTR أول توكاماك مغناطيسي يقوم بتجارب مكثفة مع بلازما الديوتيريوم-تريتيوم. في العام التالي ، أنتج المفاعل 10.7 ميجاوات من الطاقة التي يمكن التحكم فيها ، وفي عام 1995 ، تم الوصول إلى سجل درجة حرارة الغاز المؤين البالغ 510 مليون درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن المنشأة لم تحقق الهدف المتمثل في طاقة الاندماج ، ولكنها نجحت في تحقيق أهداف تصميم الأجهزة ، مما ساهم بشكل كبير في تطوير ITER.
دكتوراه في العلوم الإنسانية
LHD في معهد الانصهار الوطني الياباني في توكي ، محافظة جيفو كان أكبر نجم في العالم. تم إطلاق مفاعل الاندماج في عام 1998 وأظهر خصائص حبس البلازما يمكن مقارنتها بالمرافق الكبيرة الأخرى. درجة حرارة أيون 13.5 كيلو فولت (حوالي 160 مليون درجة مئوية) وتم الوصول إلى طاقة 1.44 ميجا جول.
Wendelstein 7-X
بعد عام من الاختبار بدأ في نهاية عام 2015 ، وصلت درجة حرارة الهيليوم لفترة وجيزة إلى 1 مليون درجة مئوية. في عام 2016 مفاعل اندماج مع الهيدروجينوصلت حرارة البلازما ، التي تستخدم 2 ميغاواط من الطاقة ، إلى 80 مليون درجة مئوية في غضون ربع ثانية. W7-X هو أكبر جهاز نجمي في العالم ومن المقرر أن يعمل بشكل مستمر لمدة 30 دقيقة. تكلفة المفاعل 1 مليار يورو
NIF
تم الانتهاء منمرفق الإشعال الوطني (NIF) في مختبر ليفرمور الوطني (LLNL) في مارس 2009. باستخدام 192 حزمة من أشعة الليزر ، فإن NIF قادر على تركيز 60 مرة من الطاقة أكثر من أي نظام ليزر سابق.
الانصهار البارد
في مارس 1989 ، أعلن باحثان ، الأمريكي ستانلي بونس والبريطاني مارتن فليشمان ، عن إطلاقهما لمفاعل اندماج بارد سطح مكتب بسيط يعمل في درجة حرارة الغرفة. تتكون العملية من التحليل الكهربائي للماء الثقيل باستخدام أقطاب البلاديوم ، حيث تتركز نوى الديوتيريوم بكثافة عالية. يزعم الباحثون أنه تم إنتاج الحرارة التي لا يمكن تفسيرها إلا من خلال العمليات النووية ، وكان هناك منتجات ثانوية للاندماج بما في ذلك الهيليوم والتريتيوم والنيوترونات. ومع ذلك ، فشل المجربون الآخرون في تكرار هذه التجربة. لا يعتقد معظم المجتمع العلمي أن مفاعلات الاندماج البارد حقيقية.
تفاعلات نووية منخفضة الطاقة
بدافع من مزاعم "الاندماج البارد" ، استمرت الأبحاث في مجال التفاعلات النووية منخفضة الطاقة ، مع بعض الدعم التجريبي ، ولكنليس تفسيرًا علميًا مقبولًا بشكل عام. على ما يبدو ، تُستخدم التفاعلات النووية الضعيفة لتكوين النيوترونات والتقاطها (بدلاً من قوة قوية ، كما هو الحال في الانشطار النووي أو الاندماج). تشمل التجارب نفاذية الهيدروجين أو الديوتيريوم من خلال طبقة تحفيزية والتفاعل مع معدن. أبلغ الباحثون عن إطلاق ملحوظ للطاقة. المثال العملي الرئيسي هو تفاعل الهيدروجين مع مسحوق النيكل مع إطلاق الحرارة ، وكميتها أكبر مما يمكن أن ينتج عن أي تفاعل كيميائي.
