Aujourd'hui, de nombreux pays participent à la recherche thermonucléaire. Les leaders sont l'Union européenne, les États-Unis, la Russie et le Japon, tandis que les programmes de la Chine, du Brésil, du Canada et de la Corée se développent rapidement. Initialement, les réacteurs à fusion aux États-Unis et en URSS étaient associés au développement d'armes nucléaires et sont restés classifiés jusqu'à la conférence Atoms for Peace tenue à Genève en 1958. Après la création du tokamak soviétique, la recherche sur la fusion nucléaire dans les années 1970 est devenue une "grande science". Mais le coût et la complexité des appareils ont augmenté au point où la coopération internationale était la seule voie à suivre.
Réacteurs à fusion dans le monde
Depuis les années 1970, l'utilisation commerciale de l'énergie de fusion a constamment été repoussée de 40 ans. Cependant, beaucoup de choses se sont produites ces dernières années qui pourraient raccourcir cette période.
Plusieurs tokamaks ont été construits, dont le JET européen, le MAST britannique et le réacteur de fusion expérimental TFTR à Princeton, aux États-Unis. Le projet international ITER est actuellement en construction à Cadarache, en France. Il deviendra le plus grandtokamak lors de sa mise en service en 2020. En 2030, CFETR sera construit en Chine, qui dépassera ITER. Pendant ce temps, la PRC mène des recherches sur le tokamak supraconducteur expérimental EAST.
Les réacteurs à fusion d'un autre type - les stellators - sont également populaires auprès des chercheurs. L'un des plus grands, LHD, a commencé à travailler au National Fusion Institute du Japon en 1998. Il est utilisé pour trouver la meilleure configuration de confinement du plasma magnétique. L'Institut allemand Max Planck a mené des recherches sur le réacteur Wendelstein 7-AS à Garching entre 1988 et 2002, et actuellement sur le Wendelstein 7-X, en construction depuis plus de 19 ans. Un autre stellarator TJII est en service à Madrid, en Espagne. Aux États-Unis, le Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), où le premier réacteur à fusion de ce type a été construit en 1951, a interrompu la construction du NCSX en 2008 en raison de dépassements de coûts et d'un manque de financement.
De plus, des progrès significatifs ont été réalisés dans la recherche sur la fusion thermonucléaire inertielle. La construction de la National Ignition Facility (NIF) de 7 milliards de dollars au Livermore National Laboratory (LLNL), financée par la National Nuclear Security Administration, s'est achevée en mars 2009. Le laser français Mégajoule (LMJ) a été mis en service en octobre 2014. Les réacteurs à fusion utilisent environ 2 millions de joules d'énergie lumineuse délivrée par des lasers en quelques milliardièmes de seconde à une cible de quelques millimètres pour déclencher une réaction de fusion nucléaire. La tâche principale du NIF et du LMJsont des études pour soutenir les programmes nucléaires militaires nationaux.
ITER
En 1985, l'Union soviétique a proposé de construire le tokamak de nouvelle génération avec l'Europe, le Japon et les États-Unis. Les travaux ont été menés sous les auspices de l'AIEA. Entre 1988 et 1990, les premières conceptions du réacteur thermonucléaire expérimental international, ITER, qui signifie également "chemin" ou "voyage" en latin, ont été créées pour prouver que la fusion pouvait produire plus d'énergie qu'elle ne pouvait en absorber. Le Canada et le Kazakhstan ont également participé par le biais de la médiation d'Euratom et de la Russie respectivement.
Après 6 ans, le conseil d'administration d'ITER a approuvé le premier projet de réacteur intégré basé sur une physique et une technologie établies, d'une valeur de 6 milliards de dollars. Ensuite, les États-Unis se sont retirés du consortium, ce qui les a obligés à réduire de moitié les coûts et à modifier le projet. Le résultat fut ITER-FEAT, coûtant 3 milliards de dollars, mais permettant une réponse autonome et un bilan de puissance positif.
En 2003, les États-Unis ont rejoint le consortium et la Chine a annoncé son désir d'y participer. En conséquence, à la mi-2005, les partenaires ont convenu de construire ITER à Cadarache dans le sud de la France. L'UE et la France ont contribué à hauteur de la moitié des 12,8 milliards d'euros, tandis que le Japon, la Chine, la Corée du Sud, les États-Unis et la Russie ont contribué à hauteur de 10 % chacun. Le Japon a fourni des composants de haute technologie, a hébergé l'installation IFMIF d'un milliard d'euros pour les essais de matériaux et a eu le droit de construire le prochain réacteur d'essai. Le coût total d'ITER comprend la moitié du coût d'un contrat de 10 ansconstruction et demi - pendant 20 ans de fonctionnement. L'Inde est devenue le septième membre d'ITER fin 2005
Les expériences devraient commencer en 2018 en utilisant de l'hydrogène pour éviter l'activation des aimants. L'utilisation du plasma D-T n'est pas prévue avant 2026
L'objectif d'ITER est de générer 500 MW (au moins pendant 400 s) en utilisant moins de 50 MW de puissance d'entrée sans générer d'électricité.
La centrale électrique de démonstration de 2 gigawatts Demo produira de manière continue une production d'électricité à grande échelle. La conception conceptuelle de la démo sera achevée d'ici 2017, la construction devant commencer en 2024. Le lancement aura lieu en 2033.
JET
En 1978, l'UE (Euratom, Suède et Suisse) a lancé un projet européen commun JET au Royaume-Uni. JET est aujourd'hui le plus grand tokamak en activité au monde. Un réacteur JT-60 similaire fonctionne au National Fusion Fusion Institute du Japon, mais seul le JET peut utiliser du combustible deutérium-tritium.
Le réacteur a été lancé en 1983 et est devenu la première expérience, qui a abouti à une fusion thermonucléaire contrôlée avec une puissance allant jusqu'à 16 MW pendant une seconde et 5 MW de puissance stable sur plasma deutérium-tritium en novembre 1991. De nombreuses expériences ont été menées afin d'étudier divers schémas de chauffage et d'autres techniques.
D'autres améliorations apportées au JET visent à augmenter sa puissance. Le réacteur compact MAST est développé en collaboration avec JET et fait partie du projet ITER.
K-STAR
K-STAR est un tokamak supraconducteur coréen du National Fusion Research Institute (NFRI) de Daejeon, qui a produit son premier plasma à la mi-2008. Il s'agit d'un projet pilote d'ITER, qui est le fruit d'une coopération internationale. Le tokamak de 1,8 m de rayon est le premier réacteur à utiliser des aimants supraconducteurs Nb3Sn, les mêmes que ceux qui devraient être utilisés dans ITER. Au cours de la première étape, achevée en 2012, K-STAR devait prouver la viabilité des technologies de base et réaliser des impulsions plasma d'une durée allant jusqu'à 20 s. À la deuxième étape (2013-2017), il est mis à niveau pour étudier les impulsions longues jusqu'à 300 s en mode H et passer au mode AT haute performance. L'objectif de la troisième phase (2018-2023) est d'atteindre des performances et une efficacité élevées en mode d'impulsion continue. Lors de la 4ème étape (2023-2025), les technologies DEMO seront testées. L'appareil n'est pas compatible avec le tritium et n'utilise pas de carburant D-T.
K-DEMO
Développé en collaboration avec le Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie et le NFRI sud-coréen, K-DEMO devrait être la prochaine étape du développement d'un réacteur commercial après ITER, et sera la première centrale électrique capable de générer de l'énergie dans le réseau électrique, à savoir 1 million de kW en quelques semaines. Son diamètre sera de 6,65 m et il disposera d'un module de zone de reproduction en cours de réalisation dans le cadre du projet DEMO. Ministère coréen de l'éducation, des sciences et de la technologieprévoit d'y investir environ 1 billion de wons (941 millions de dollars).
EST
Le tokamak supraconducteur avancé expérimental chinois (EAST) de l'Institut chinois de physique de Hefei a créé un plasma d'hydrogène à 50 millions °C et l'a maintenu pendant 102 secondes.
TFTR
Dans le laboratoire américain PPPL, le réacteur thermonucléaire expérimental TFTR a fonctionné de 1982 à 1997. En décembre 1993, TFTR est devenu le premier tokamak magnétique à réaliser des expériences approfondies avec du plasma deutérium-tritium. L'année suivante, le réacteur a produit une puissance contrôlable alors record de 10,7 MW, et en 1995, un record de température de gaz ionisé de 510 millions de °C a été atteint. Cependant, l'installation n'a pas atteint l'objectif d'équilibrer l'énergie de fusion, mais a atteint avec succès les objectifs de conception matérielle, apportant une contribution significative au développement d'ITER.
LHD
LHD au National Fusion Fusion Institute du Japon à Toki, dans la préfecture de Gifu, était le plus grand stellarator du monde. Le réacteur à fusion a été lancé en 1998 et a démontré des qualités de confinement du plasma comparables à d'autres grandes installations. Une température ionique de 13,5 keV (environ 160 millions de °C) et une énergie de 1,44 MJ ont été atteintes.
Wendelstein 7-X
Après une année de tests qui ont commencé fin 2015, la température de l'hélium a brièvement atteint 1 million de °C. En 2016, un réacteur de fusion à l'hydrogènele plasma, utilisant 2 MW de puissance, a atteint une température de 80 millions de ° C en un quart de seconde. W7-X est le plus grand stellarator du monde et devrait fonctionner en continu pendant 30 minutes. Le coût du réacteur s'est élevé à 1 milliard d'euros.
NIF
Le National Ignition Facility (NIF) du Livermore National Laboratory (LLNL) a été achevé en mars 2009. Grâce à ses 192 faisceaux laser, le NIF est capable de concentrer 60 fois plus d'énergie que n'importe quel système laser précédent.
Fusion froide
En mars 1989, deux chercheurs, l'Américain Stanley Pons et le Britannique Martin Fleischman, ont annoncé qu'ils avaient lancé un simple réacteur de bureau à fusion froide fonctionnant à température ambiante. Le procédé consistait en l'électrolyse de l'eau lourde à l'aide d'électrodes de palladium, sur lesquelles des noyaux de deutérium étaient concentrés à haute densité. Les chercheurs affirment que la chaleur produite ne pouvait être expliquée qu'en termes de processus nucléaires et qu'il y avait des sous-produits de fusion, notamment de l'hélium, du tritium et des neutrons. Cependant, d'autres expérimentateurs n'ont pas réussi à répéter cette expérience. La plupart de la communauté scientifique ne croit pas que les réacteurs à fusion froide soient réels.
Réactions nucléaires de basse énergie
Initié par les allégations de "fusion froide", la recherche s'est poursuivie dans le domaine des réactions nucléaires à basse énergie, avec un certain soutien empirique, maispas une explication scientifique généralement acceptée. Apparemment, des interactions nucléaires faibles sont utilisées pour créer et capturer des neutrons (plutôt qu'une force puissante, comme dans la fission ou la fusion nucléaire). Les expériences comprennent la perméation d'hydrogène ou de deutérium à travers un lit catalytique et la réaction avec un métal. Les chercheurs rapportent une libération d'énergie observée. Le principal exemple pratique est l'interaction de l'hydrogène avec la poudre de nickel avec dégagement de chaleur, dont la quantité est supérieure à ce que toute réaction chimique peut donner.
