همجوشی هسته‌ای فرآیندی است که در آن دو هسته اتمی سبک با هم ترکیب می‌شوند و هسته سنگین‌تری را تشکیل می‌دهند و انرژی را در این فرآیند آزاد می‌کنند. این همان فرآیندی است که خورشید و سایر ستارگان را نیرو می دهد و منبع عظیمی از انرژی را فراهم می کند. برخلاف شکافت هسته‌ای که اتم‌های سنگین را برای آزاد کردن انرژی تقسیم می‌کند، همجوشی این اتم‌ها را به هم می‌پیوندد. همجوشی این پتانسیل را دارد که منبع تقریباً نامحدودی از انرژی پاک را فراهم کند، اگر بتوان آن را در اینجا روی زمین کنترل و حفظ کرد.
به عبارت ساده تر، همجوشی هسته ای شامل ادغام هسته های دو اتم سبک، مانند هیدروژن، برای تشکیل یک اتم سنگین تر، مانند هلیوم است. جرم اتم حاصل و مواد باقیمانده کمتر از جرم اتم های اولیه است. با توجه به معادله انیشتین، \(E = mc^2\) این کاهش جرم به مقدار زیادی انرژی تبدیل می شود که \(E\) انرژی تولید شده، \(m\) جرم از دست رفته است و \(c\) سرعت نور است.
این فرآیند برای غلبه بر نیروهای الکترواستاتیک دافعه بین هسته های دارای بار مثبت، به دما و فشار بسیار بالایی نیاز دارد. در هسته خورشید، جایی که همجوشی به طور طبیعی اتفاق می‌افتد، دما به بالای 15 میلیون درجه سانتی‌گراد می‌رسد و فشار بسیار زیاد است و شرایط مناسبی را برای هسته‌ها فراهم می‌کند تا به اندازه کافی نزدیک شوند تا همجوشی شوند.
انواع مختلفی از واکنش‌های همجوشی ممکن است رخ دهد که هر کدام دارای واکنش‌دهنده‌ها و محصولات متفاوتی هستند. شناخته‌شده‌ترین و تحقیق‌شده‌ترین واکنش‌ها شامل ایزوتوپ‌های هیدروژن است: دوتریوم ( \(D\) ) و تریتیوم ( \(T\) ):
در زمینه همجوشی هسته ای، رادیواکتیویته نقش مهمی را ایفا می کند، به ویژه در واکنش های مربوط به تریتیوم. تریتیوم یک ایزوتوپ رادیواکتیو هیدروژن است که نیمه عمر آن تقریباً 12.3 سال است، به این معنی که در طول زمان تجزیه می شود و ذرات بتا (الکترون) آزاد می کند و به هلیوم-3 پایدار تبدیل می شود. واکنش همجوشی DT از اهمیت خاصی برخوردار است زیرا به طور موثر مقدار زیادی انرژی تولید می کند و نوترون آزاد شده می تواند برای تولید تریتیوم بیشتر از لیتیوم از طریق فرآیندی به نام فعال سازی نوترون استفاده شود:
\( \textrm{لیتیوم-6} + \textrm{نوترون} \rightarrow \textrm{تریتیوم} + \textrm{هلیوم-4} \)دستیابی به همجوشی هسته ای کنترل شده در زمین به دلیل شرایط شدید مورد نیاز برای این فرآیند، چالش برانگیز بوده است. دو رویکرد اصلی در حال پیگیری است:
همجوشی هسته ای نوید یک منبع تقریبا نامحدود و پاک انرژی را می دهد. بر خلاف سوخت های فسیلی، همجوشی گازهای گلخانه ای یا زباله های رادیواکتیو با عمر طولانی تولید نمی کند. سوخت برای همجوشی، دوتریوم، را می توان از آب دریا استخراج کرد، که آن را تقریباً نامحدود می کند، و تریتیوم را می توان از لیتیوم که نسبتاً فراوان است، پرورش داد. هنگامی که چالش های فنی و علمی غلبه کرد، همجوشی می تواند به طور قابل توجهی بر تولید انرژی جهانی تأثیر بگذارد و به آینده ای پایدار و بدون کربن کمک کند.
گداخت هسته ای نشان دهنده اوج دستاوردهای بشر در جستجوی راه حل های انرژی پایدار است. در حالی که خورشید بدون زحمت در هسته خود همجوشی را انجام می دهد، تکرار این فرآیند در زمین تحت شرایط کنترل شده یکی از بزرگترین چالش های علمی و مهندسی زمان ما است. توسعه موفقیت آمیز انرژی همجوشی نقطه عطف مهمی در تلاش ما برای یک منبع انرژی پاک، ایمن و پایان ناپذیر خواهد بود و انقلابی در نحوه قدرت ما در جهانمان ایجاد می کند.
