Know Nuclear
Kernefusion
Det er en nuklear proces, hvor der produceres energi ved at smadre lette atomer sammen. Det er den modsatte reaktion af fission, hvor tunge isotoper splittes fra hinanden. Fusion er den proces, hvormed solen og andre stjerner skaber lys og varme.
Det er nemmest at opnå på Jorden ved at kombinere to isotoper af brint: deuterium og tritium. Brint er det letteste af alle grundstoffer, idet det består af en enkelt proton og en elektron. Deuterium har en ekstra neutron i sin kerne; det kan erstatte et af brintatomerne i H20 for at lave det, der kaldes “tungt vand”. Tritium har to ekstra neutroner og er derfor tre gange så tungt som brint. I en fusionscyklus kombineres tritium og deuterium og resulterer i dannelsen af helium, det næst tungeste grundstof i det periodiske system, og frigør en gratis neutron.
Deuterium findes en del pr. 6.500 i almindeligt havvand og er derfor globalt tilgængeligt, hvilket eliminerer problemet med ulige geografisk fordeling af brændselsressourcerne. Det betyder, at der vil være brændstof til fusion, så længe der er vand på planeten.
VIDSTE DU DET?
Videnskabsfolk fra Max Planck Institute for Plasma Physics i Greifswald, Tyskland, har demonstreret, at det er muligt at overophede brintatomer til at danne et plasma på 80 millioner grader Celsius ved hjælp af en maskine kaldet Wendelstein 7-X stellarator. Plasmaet danner grundlaget for kernefusion, hvor brintatomer støder sammen og deres kerner smelter sammen til heliumatomer – en proces, der afgiver energi og svarer til det, der sker i vores sol.
Hvad er fusionskraft?
Lad os se på en fusionsreaktion. Du kan se, at når deuterium og tritium fusionerer sammen, bliver deres bestanddele rekombineret til et heliumatom og en hurtig neutron. Når de to tunge isotoper samles igen til et heliumatom, har man “ekstra” masse tilbage, som bliver omdannet til neutronens kinetiske energi i henhold til Einsteins formel: E=mc2.
For at en kernefusionsreaktion kan finde sted, er det nødvendigt at bringe to kerner så tæt på hinanden, at kernekræfterne bliver aktive og limer kernerne sammen. Kernekræfterne er små afstandskræfter og skal virke mod de elektrostatiske kræfter, hvor positivt ladede kerner frastøder hinanden. Dette er grunden til, at kernefusionsreaktioner hovedsagelig finder sted i omgivelser med høj tæthed og høj temperatur.
Ved meget høje temperaturer fjernes elektroner fra atomkerner, så der dannes et plasma (ioniseret gas). Under sådanne forhold kan de frastødende elektrostatiske kræfter, der holder positivt ladede atomkerner adskilt, overvindes, og kerner af udvalgte lette grundstoffer kan bringes sammen til at fusionere og danne andre grundstoffer. Kernefusion af lette grundstoffer frigiver enorme mængder energi og er den grundlæggende energiproducerende proces i stjerner.
Målet med fusionsforskningen er at indespærre fusionsioner ved tilstrækkelig høje temperaturer og tryk og i tilstrækkelig lang tid til at fusionere.
