Kärnfusion är en process där två lätta atomkärnor kombineras för att bilda en tyngre kärna och frigör energi i processen. Detta är samma process som driver solen och andra stjärnor och ger en enorm energikälla. Till skillnad från kärnklyvning, som delar tunga atomer för att frigöra energi, sammanfogar fusion dessa atomer. Fusion har potential att tillhandahålla en nästan obegränsad källa till ren energi, om den kan kontrolleras och upprätthållas här på jorden.
I enklaste termer innebär kärnfusion sammanslagning av kärnorna av två lätta atomer, såsom väte, för att bilda en enda tyngre atom, som helium. Massorna av den resulterande atomen och de överblivna materialen är mindre än massorna av de ursprungliga atomerna. Enligt Einsteins ekvation, \(E = mc^2\) , omvandlas denna massaförlust till en stor mängd energi, där \(E\) är den producerade energin, \(m\) är den förlorade massan, och \(c\) är ljusets hastighet.
Denna process kräver extremt höga temperaturer och tryck för att övervinna de elektrostatiska repulsionskrafterna mellan de positivt laddade kärnorna. I solens kärna, där fusion sker naturligt, stiger temperaturen över 15 miljoner grader Celsius, och trycket är enormt, vilket ger de rätta förutsättningarna för kärnor att komma tillräckligt nära för att genomgå fusion.
Det finns flera typer av fusionsreaktioner som kan uppstå, var och en med olika reaktanter och produkter. De mest kända och undersökta reaktionerna involverar isotoper av väte: deuterium ( \(D\) ) och tritium ( \(T\) ):
I samband med kärnfusion spelar radioaktivitet en avgörande roll, särskilt i reaktioner som involverar tritium. Tritium är en radioaktiv isotop av väte, med en halveringstid på cirka 12,3 år, vilket betyder att det sönderfaller med tiden, frigör beta-partiklar (elektroner) och omvandlas till stabilt helium-3. DT-fusionsreaktionen är av särskilt intresse eftersom den effektivt producerar en stor mängd energi och neutronen som frigörs kan användas för att generera mer tritium från litium genom en process som kallas neutronaktivering:
\( \textrm{Litium-6} + \textrm{neutron} \rightarrow \textrm{Tritium} + \textrm{Helium-4} \)Att uppnå kontrollerad kärnfusion på jorden har varit utmanande på grund av de extrema förhållanden som krävs för processen. Två huvudsakliga tillvägagångssätt eftersträvas:
Kärnfusion erbjuder löftet om en nästan obegränsad, ren energikälla. Till skillnad från fossila bränslen ger fusion inga växthusgaser eller långlivat radioaktivt avfall. Bränslet för fusion, deuterium, kan utvinnas ur havsvatten, vilket gör det praktiskt taget obegränsat, och tritium kan födas upp från litium, som är relativt rikligt. När de tekniska och vetenskapliga utmaningarna väl har övervunnits kan fusion avsevärt påverka den globala energiproduktionen och bidra till en hållbar och koldioxidneutral framtid.
Kärnfusion representerar en höjdpunkt av mänsklig prestation när det gäller att söka hållbara energilösningar. Medan solen utan ansträngning utför fusion i sin kärna, är det fortfarande en av vår tids största vetenskapliga och tekniska utmaningar att replikera denna process på jorden under kontrollerade förhållanden. Den framgångsrika utvecklingen av fusionsenergi skulle markera en viktig milstolpe i vår strävan efter en ren, säker och outtömlig energikälla, som revolutionerar hur vi driver vår värld.
