Känn kärnkraft
Kärnfusion
Det är en kärnteknisk process där energi produceras genom att lätta atomer slås samman. Det är den motsatta reaktionen till fission, där tunga isotoper splittras isär. Fusion är den process genom vilken solen och andra stjärnor genererar ljus och värme.
Det är lättast att åstadkomma på jorden genom att kombinera två isotoper av väte: deuterium och tritium. Väte är det lättaste av alla grundämnen och består av en enda proton och en elektron. Deuterium har en extra neutron i sin kärna; den kan ersätta en av väteatomerna i H20 för att göra vad som kallas ”tungt vatten”. Tritium har två extra neutroner och är därför tre gånger så tungt som väte. I en fusionscykel kombineras tritium och deuterium och resulterar i bildandet av helium, det näst tyngsta grundämnet i det periodiska systemet, och frigör en fri neutron.
Deuterium finns en del per 6 500 i vanligt havsvatten och är därför globalt tillgängligt, vilket eliminerar problemet med ojämn geografisk fördelning av bränsleresurser. Detta innebär att det kommer att finnas bränsle för fusion så länge det finns vatten på planeten.
Vidste du det?
Vetenskapsmän från Max Planck-institutet för plasmafysik i Greifswald, Tyskland, har visat att det är möjligt att överhetta väteatomer så att de bildar ett plasma på 80 miljoner grader Celsius med hjälp av en maskin som kallas Wendelstein 7-X stellarator. Plasman utgör grunden för kärnfusion, där väteatomer kolliderar och deras kärnor smälter samman för att bilda heliumatomer – en process som avger energi och som liknar det som sker i vår sol.
Vad är fusionskraft?
Låt oss titta på en fusionsreaktion. Du kan se att när deuterium och tritium smälter samman, rekombineras deras beståndsdelar till en heliumatom och en snabb neutron. När de två tunga isotoperna åter sätts samman till en heliumatom har man ”extra” massa kvar som omvandlas till neutronens kinetiska energi enligt Einsteins formel: E=mc2.
För att en kärnfusionsreaktion ska inträffa är det nödvändigt att föra två kärnor så nära varandra att kärnkrafterna blir aktiva och limmar ihop kärnorna. Kärnkrafterna är små avståndskrafter och måste verka mot de elektrostatiska krafterna där positivt laddade kärnor stöter bort varandra. Detta är anledningen till att kärnfusionsreaktioner oftast sker i miljöer med hög densitet och hög temperatur.
Vid mycket höga temperaturer avlägsnas elektroner från atomkärnor för att bilda en plasma (joniserad gas). Under sådana förhållanden kan de repulsiva elektrostatiska krafter som håller positivt laddade atomkärnor isär övervinnas, och kärnorna i vissa lätta grundämnen kan föras samman för att smälta samman och bilda andra grundämnen. Kärnfusion av lätta grundämnen frigör enorma mängder energi och är den grundläggande energiproduktionsprocessen i stjärnor.
Målet med fusionsforskningen är att innesluta fusionsjoner vid tillräckligt höga temperaturer och tryck och under tillräckligt lång tid för att de ska kunna smälta samman.
.