Tiedä ydinfuusio
Ydinfuusio
Ydinfuusio on ydinprosessi, jossa energiaa tuotetaan lyömällä yhteen kevyitä atomeja. Se on vastakkainen reaktio fissiolle, jossa raskaat isotoopit hajotetaan toisistaan. Fuusio on prosessi, jolla aurinko ja muut tähdet tuottavat valoa ja lämpöä.
Maailmassa se onnistuu helpoimmin yhdistämällä kaksi vedyn isotooppia: deuterium ja tritium. Vety on alkuaineista kevyin, sillä se koostuu yhdestä protonista ja elektronista. Deuteriumilla on ytimessään ylimääräinen neutroni; se voi korvata yhden vetyatomin H20:ssa, jolloin saadaan niin sanottua ”raskasta vettä”. Tritiumilla on kaksi ylimääräistä neutronia, joten se on kolme kertaa niin raskas kuin vety. Fuusiokierrossa tritium ja deuterium yhdistyvät ja johtavat heliumin, jaksollisen järjestelmän seuraavaksi raskaimman alkuaineen, muodostumiseen ja vapaan neutronin vapautumiseen.
Deuteriumia on tavallisessa merivedessä yksi osa 6500:sta, joten sitä on saatavilla maailmanlaajuisesti, mikä poistaa polttoaineresurssien epätasa-arvoisen maantieteellisen jakautumisen ongelman. Tämä tarkoittaa, että fuusiopolttoainetta on saatavilla niin kauan kuin planeetalla on vettä.
TIEDÄTKÖ?
Greifswaldissa Saksassa sijaitsevan Max Planckin plasmafysiikan instituutin tiedemiehet ovat osoittaneet, että vetyatomeja on mahdollista ylikuumentaa niin, että ne muodostavat 80 miljoonan celsiusasteen plasman käyttäen laitetta nimeltä Wendelsteinin 7-X-stellaraattori. Plasma muodostaa perustan ydinfuusiolle, jossa vetyatomit törmäävät toisiinsa ja niiden ytimet fuusioituvat muodostaen heliumatomeja – prosessi, josta vapautuu energiaa ja joka on samankaltainen kuin se, mitä tapahtuu auringossamme.
Mitä on fuusiovoima?
Katsotaanpa fuusioreaktiota. Näet, että kun deuterium ja tritium sulautuvat yhteen, niiden osat yhdistyvät uudelleen heliumatomiksi ja nopeaksi neutroniksi. Kun kaksi raskasta isotooppia yhdistyy uudelleen heliumatomiksi, jää jäljelle ”ylimääräistä” massaa, joka muunnetaan neutronin liike-energiaksi Einsteinin kaavan mukaisesti: E=mc2.
Ydinfuusioreaktion syntymiseksi on saatava kaksi ydintä niin lähelle toisiaan, että ydinvoimat aktivoituvat ja liimaavat ytimet yhteen. Ydinvoimat ovat pienen etäisyyden voimia, ja niiden on toimittava sähköstaattisia voimia vastaan, joissa positiivisesti varautuneet ytimet hylkivät toisiaan. Tämä on syy siihen, että ydinfuusioreaktiot tapahtuvat enimmäkseen korkeassa tiheydessä ja korkeassa lämpötilassa.
Erittäin korkeissa lämpötiloissa elektronit irtoavat atomiytimistä muodostaen plasman (ionisoituneen kaasun). Tällaisissa olosuhteissa positiivisesti varautuneita ytimiä erossa pitävät hylkivät sähköstaattiset voimat voidaan voittaa, ja valittujen kevyiden alkuaineiden ytimet voidaan saattaa yhteen sulautumaan ja muodostamaan muita alkuaineita. Kevyiden alkuaineiden ydinfuusio vapauttaa valtavia määriä energiaa, ja se on perustavanlaatuinen energiaa tuottava prosessi tähdissä.
Fuusiotutkimuksen tavoitteena on sulattaa fuusioionit riittävän korkeisiin lämpötiloihin ja paineisiin riittävän pitkäksi ajaksi, jotta ne voisivat fuusioitua.
