Hoy en día, muchos países participan en la investigación termonuclear. Los líderes son la Unión Europea, EE. UU., Rusia y Japón, mientras que los programas de China, Brasil, Canadá y Corea están creciendo rápidamente. Inicialmente, los reactores de fusión en los Estados Unidos y la URSS se asociaron con el desarrollo de armas nucleares y permanecieron clasificados hasta la conferencia Atoms for Peace celebrada en Ginebra en 1958. Después de la creación del tokamak soviético, la investigación de la fusión nuclear en la década de 1970 se convirtió en una "gran ciencia". Pero el costo y la complejidad de los dispositivos aumentaron hasta el punto en que la cooperación internacional era el único camino a seguir.
Reactores de fusión en el mundo
Desde la década de 1970, el uso comercial de la energía de fusión se ha retrasado constantemente 40 años. Sin embargo, han sucedido muchas cosas en los últimos años que podrían acortar este período.
Se han construido varios tokamaks, incluido el JET europeo, el MAST británico y el reactor de fusión experimental TFTR en Princeton, EE. UU. El proyecto internacional ITER se encuentra actualmente en construcción en Cadarache, Francia. se convertirá en el más grandetokamak cuando comience a operar en 2020. En 2030 se construirá CFETR en China, que superará al ITER. Mientras tanto, la República Popular China está realizando investigaciones sobre el tokamak superconductor experimental EAST.
Los reactores de fusión de otro tipo, los esteladores, también son populares entre los investigadores. Uno de los más grandes, LHD, comenzó a trabajar en el Instituto Nacional de Fusión de Japón en 1998. Se utiliza para encontrar la mejor configuración de confinamiento de plasma magnético. El Instituto Alemán Max Planck realizó investigaciones en el reactor Wendelstein 7-AS de Garching entre 1988 y 2002, y actualmente en el Wendelstein 7-X, que lleva más de 19 años en construcción. Otro stellarator TJII está en funcionamiento en Madrid, España. En EE. UU., el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL), donde se construyó el primer reactor de fusión de este tipo en 1951, detuvo la construcción del NCSX en 2008 debido a sobrecostos y f alta de financiación.
Además, se ha logrado un progreso significativo en la investigación de la fusión termonuclear inercial. La construcción de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) de $ 7 mil millones en el Laboratorio Nacional de Livermore (LLNL), financiada por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, se completó en marzo de 2009. El Laser Mégajoule francés (LMJ) comenzó a funcionar en octubre de 2014. Los reactores de fusión utilizan alrededor de 2 millones de julios de energía luminosa emitida por láseres en unas pocas mil millonésimas de segundo a un objetivo de unos pocos milímetros de tamaño para iniciar una reacción de fusión nuclear. La tarea principal de NIF y LMJson estudios para apoyar los programas nucleares militares nacionales.
ITER
En 1985, la Unión Soviética propuso construir el tokamak de próxima generación junto con Europa, Japón y EE. UU. El trabajo se llevó a cabo bajo los auspicios del OIEA. Entre 1988 y 1990, se crearon los primeros diseños del Reactor Experimental Termonuclear Internacional, ITER, que también significa "camino" o "viaje" en latín, para demostrar que la fusión podía producir más energía de la que podía absorber. Canadá y Kazajstán también participaron a través de la mediación de Euratom y Rusia respectivamente.
Después de 6 años, la Junta de ITER aprobó el primer proyecto de reactor integrado basado en la física y la tecnología establecidas, con un valor de $6 mil millones. Luego, EE. UU. se retiró del consorcio, lo que los obligó a reducir los costos a la mitad y cambiar el proyecto. El resultado fue ITER-FEAT, con un costo de $ 3 mil millones pero que permitió una respuesta autosuficiente y un balance de poder positivo.
En 2003, EE. UU. se reincorporó al consorcio y China anunció su deseo de participar. Como resultado, a mediados de 2005, los socios acordaron construir ITER en Cadarache, en el sur de Francia. La UE y Francia aportaron la mitad de los 12 800 millones de euros, mientras que Japón, China, Corea del Sur, Estados Unidos y Rusia aportaron un 10 % cada uno. Japón proporcionó componentes de alta tecnología, acogió la instalación IFMIF de mil millones de euros para pruebas de materiales y tenía derecho a construir el próximo reactor de prueba. El costo total de ITER incluye la mitad del costo de un plan de 10 añosconstrucción y media - por 20 años de operación. India se convirtió en el séptimo miembro de ITER a finales de 2005
Los experimentos deberían comenzar en 2018 utilizando hidrógeno para evitar la activación del imán. No se espera el uso de plasma D-T antes de 2026
El objetivo de ITER es generar 500 MW (al menos durante 400 s) utilizando menos de 50 MW de potencia de entrada sin generar electricidad.
La planta de energía de demostración de 2 gigavatios Demo producirá generación de energía a gran escala de manera continua. El diseño conceptual de la demostración se completará en 2017 y la construcción comenzará en 2024. El lanzamiento tendrá lugar en 2033.
JET
En 1978, la UE (Euratom, Suecia y Suiza) inició un proyecto JET europeo conjunto en el Reino Unido. JET es el tokamak operativo más grande del mundo en la actualidad. Un reactor JT-60 similar opera en el Instituto Nacional de Fusión de Japón, pero solo JET puede usar combustible de deuterio-tritio.
El reactor se puso en marcha en 1983 y se convirtió en el primer experimento que resultó en una fusión termonuclear controlada con una potencia de hasta 16 MW durante un segundo y 5 MW de potencia estable en plasma de deuterio-tritio en noviembre de 1991. Se han llevado a cabo muchos experimentos para estudiar varios esquemas de calefacción y otras técnicas.
Otras mejoras al JET son aumentar su potencia. El reactor compacto MAST se está desarrollando junto con JET y forma parte del proyecto ITER.
K-ESTRELLA
K-STAR es un tokamak superconductor coreano del Instituto Nacional de Investigación de Fusión (NFRI) en Daejeon, que produjo su primer plasma a mediados de 2008. Este es un proyecto piloto de ITER, que es el resultado de la cooperación internacional. El tokamak de 1,8 m de radio es el primer reactor en utilizar imanes superconductores de Nb3Sn, los mismos que se prevé utilizar en el ITER. Durante la primera etapa, finalizada en 2012, K-STAR debía demostrar la viabilidad de las tecnologías básicas y conseguir pulsos de plasma con una duración de hasta 20 s. En la segunda etapa (2013-2017), se está actualizando para estudiar pulsos largos de hasta 300 s en el modo H y la transición al modo AT de alto rendimiento. El objetivo de la tercera fase (2018-2023) es lograr un alto rendimiento y eficiencia en el modo de pulso continuo. En la cuarta etapa (2023-2025), se probarán las tecnologías DEMO. El dispositivo no es compatible con tritio y no utiliza combustible D-T.
K-DEMO
Desarrollado en colaboración con el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. y el NFRI de Corea del Sur, K-DEMO será el próximo paso en el desarrollo de reactores comerciales después de ITER, y será la primera capaz de generar energía en la red eléctrica, a saber, 1 millón de kW en unas pocas semanas. Su diámetro será de 6,65 my contará con un módulo de zona de reproducción que se está creando como parte del proyecto DEMO. Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de Coreaplanea invertir alrededor de 1 billón de wones (941 millones de dólares) en él.
ESTE
El Tokamak superconductor avanzado experimental chino (EAST) del Instituto Chino de Física en Hefei creó plasma de hidrógeno a 50 millones de °C y lo mantuvo durante 102 segundos.
TFTR
En el laboratorio estadounidense PPPL, el reactor termonuclear experimental TFTR funcionó de 1982 a 1997. En diciembre de 1993, TFTR se convirtió en el primer tokamak magnético en llevar a cabo extensos experimentos con plasma de deuterio-tritio. Al año siguiente, el reactor produjo un récord de 10,7 MW de potencia controlable y, en 1995, se alcanzó un récord de temperatura de gas ionizado de 510 millones de °C. Sin embargo, la instalación no logró el objetivo de energía de fusión de equilibrio, pero cumplió con éxito los objetivos de diseño de hardware, lo que contribuyó significativamente al desarrollo de ITER.
LHD
LHD en el Instituto Nacional de Fusión Fusión de Japón en Toki, Prefectura de Gifu, fue el estelarizador más grande del mundo. El reactor de fusión se puso en marcha en 1998 y ha demostrado cualidades de confinamiento de plasma comparables a otras grandes instalaciones. Se alcanzó una temperatura iónica de 13,5 keV (alrededor de 160 millones de °C) y una energía de 1,44 MJ.
Wendelstein 7-X
Después de un año de pruebas que comenzaron a fines de 2015, la temperatura del helio alcanzó brevemente 1 millón de °C. En 2016, un reactor de fusión con hidrógenoEl plasma, utilizando 2 MW de potencia, alcanzó una temperatura de 80 millones de °C en un cuarto de segundo. W7-X es el stellarator más grande del mundo y está previsto que funcione de forma continua durante 30 minutos. El coste del reactor ascendió a 1.000 millones de euros.
NIF
La Instalación Nacional de Ignición (NIF) en el Laboratorio Nacional de Livermore (LLNL) se completó en marzo de 2009. Utilizando sus 192 rayos láser, NIF es capaz de concentrar 60 veces más energía que cualquier sistema láser anterior.
Fusión en frío
En marzo de 1989, dos investigadores, el estadounidense Stanley Pons y el británico Martin Fleischman, anunciaron que habían lanzado un sencillo reactor de fusión en frío de escritorio que funcionaba a temperatura ambiente. El proceso consistía en la electrólisis de agua pesada mediante electrodos de paladio, sobre los que se concentraban núcleos de deuterio a alta densidad. Los investigadores afirman que se produjo un calor que solo podía explicarse en términos de procesos nucleares, y hubo subproductos de la fusión, como helio, tritio y neutrones. Sin embargo, otros experimentadores no lograron repetir esta experiencia. La mayor parte de la comunidad científica no cree que los reactores de fusión fría sean reales.
Reacciones nucleares de baja energía
Iniciada por afirmaciones de "fusión fría", la investigación ha continuado en el campo de las reacciones nucleares de baja energía, con algún apoyo empírico, perono es una explicación científica generalmente aceptada. Aparentemente, las interacciones nucleares débiles se utilizan para crear y capturar neutrones (en lugar de una fuerza poderosa, como en la fisión o fusión nuclear). Los experimentos incluyen la penetración de hidrógeno o deuterio a través de un lecho catalítico y la reacción con un metal. Los investigadores informan de una liberación observada de energía. El principal ejemplo práctico es la interacción del hidrógeno con el polvo de níquel con la liberación de calor, cuya cantidad es mayor que la que puede dar cualquier reacción química.
