Prosess hvor to lette atomkjerner slår seg sammen til en tyngre kjerne, samtidig som det frigjøres betydelige mengder energi. For å få en slik reaksjon i gang må de to kjerner som begge er positivt ladet og derfor frastøter hverandre, sendes mot hverandre med stor energi. Selv om også tyngre kjerner kan dannes ved fusjon, er den energi som frigjøres, så liten og den energi som må tilføres for å få prosessen i gang, så stor, at det bare er dannelse av alfapartikler ved fusjon av protoner, deuteroner, tritiumkjerner og helium-3-kjerner, 3He, som har praktisk betydning.

I laboratorier kan fusjon i liten målestokk foregå ved at kjerner som er tilført energi i en akselerator, skytes mot kjerner i ro. Eksperimenter av denne type er av grunnleggende betydning for forståelsen av prosessen, men den energi som frigjøres vil være langt mindre enn den som trengs for å utføre eksperimentet.

Fusjon i større målestokk foregår som termonukleære reaksjoner. Kjernene som skal reagere, tilføres da først så mye energi i en oppvarmings- eller antennelsesprosess at fusjon kommer i gang, og deretter frigjøres det nok energi til at prosessen holdes ved like eller øker i intensitet.

Stellar fusjon. Den stellare fusjon er årsaken til at stjernene kan stråle ut betydelige energimengder uten å avkjøles. Utgangsmaterialet i den stellare fusjonsprosess er protoner, og sluttproduktet er alfapartikler. Man regner med to dominerende prosesser: karbonsyklusen og proton-proton-kjeden.

I karbonsyklusen, som ble foreslått av H. A. Bethe og C. F. von Weizsäcker 1936, fanges protoner inn av karbonisotopen 12C, og det dannes 13N, som ved beta-henfall (beta-desintegrasjon) går over til 13C. Ved protoninnfangning går dette over til 14N, som omdannes videre til 15O. 15O går over til 15N, som ved protonbombardement går over til 12C og en alfapartikkel. Sluttresultatet blir derfor at 4 protoner går over til en alfapartikkel og to elektroner, mens 12C bare har vært med som en katalysator for prosessen.

I proton-proton-kjeden, som ble foreslått som en alternativ reaksjon av Bethe og Critschfield, bygges alfapartiklene opp direkte gjennom deuteroner og 3He-kjerner. I begge tilfeller frigjøres det en energimengde på 27 MeV for hver alfapartikkel som dannes. I Solen og stjerner med tilsvarende temperatur (20 millioner K) synes de to prosessene å foregå omtrent med samme hyppighet. Proton-proton-kjeden dominerer i stjerner med lavere temperatur, mens karbonsyklusen dominerer ved høyere temperaturer.

Ukontrollert fusjon, eksplosiv fusjon, foregår i kjernevåpen (hydrogenbomber) og eksplosiver. Som utgangsmateriale brukes vanligvis deuteroner og tritium, som ved fusjon går over til alfapartikler og nøytroner. Prosessen kan startes ved eksplosjon av en mindre fisjonsbombe (uranbombe).

Kontrollert fusjon. Ved kontrollert fusjon har man som mål å anvende den frigjorte energi f.eks. til drift av elektriske generatorer. Man ønsker da en vedvarende og ikke for voldsom energiutvikling. Til nå har man ikke funnet noen effektiv metode for kontrollert fusjon, men man driver en intens forskning for å løse problemet, og man vil, om dette lykkes, ha frembrakt en energikilde som kan ansees som uuttømmelig sammenlignet med våre nåværende resurser av kull og olje og også av uran. Prosessene man arbeider med, er deuterium–tritium- (D–T) og deuterium–deuterium- (D–D)-prosessen. I D–T-prosessen dannes en alfapartikkel og et nøytron, og det frigjøres samtidig en energimengde på 17,6 MeV (megaelektronvolt), dvs. 4 millioner ganger den energi som det frigjøres per molekyl når karbon forbrenner og det dannes karbondioksid. I D–D-prosessen, hvor det dannes tritium eller 3He og protoner eller nøytroner, frigjøres det ca. 4 MeV i hver reaksjon, og antennelsestemperaturen er en faktor 10 høyere enn for D–T-prosessen. Likevel foretrekkes D–D-prosessen fordi tritium er et kostbart og vanskelig tilgjengelig stoff å gå ut fra. Se fusjonsreaktor og kald fusjon.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.