Fusjon er en prosess hvor to lette atomkjerner slår seg sammen til en tyngre kjerne, samtidig som det frigjøres betydelige mengder energi. Fusjon er den prosessen som frigjør energien som stråler ut av stjerner.

For å få en fusjonsreaksjon i gang, må de to kjernene sendes mot hverandre med stor energi. Kjernene er begge positivt ladet, og derfor frastøter de hverandre.

Tyngre kjerner kan dannes ved fusjon, men den energien som frigjøres er svært liten, og den energien som må tilføres for å få prosessen i gang, er stor. Derfor er det bare 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 som er i ro. Eksperimenter av denne typen er av grunnleggende betydning for forståelsen av prosessen, men den energien 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 er årsaken til at stjernene kan stråle ut betydelige energimengder uten å avkjøles. Utgangsmaterialet i den stellare fusjonsprosessen er protoner, og sluttproduktet er alfapartikler. Man regner med to dominerende prosesser: karbonsyklusen og proton-proton-kjeden.

I karbonsyklusen, som ble foreslått av Hans A. Bethe og Carl Friedrich von Weizsäcker i 1936, fanges protoner inn av karbonisotopen 12C, og det dannes 13N, som ved beta-henfall (beta-desintegrasjon) går over til 13C. Ved protoninnfanging 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 tilfellene 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 fusjonogså kalt 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).

Ved kontrollert fusjon har man som mål å bruke den frigjorte energien til for eksempel 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 det drives intens forskning for å løse problemet. Dersom dette lykkes, vil man ha frembrakt en energikilde som kan ansees som uuttømmelig sammenlignet med våre nåværende resurser av kull og olje og også av uran.

Prosessene det arbeides 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), det vil si 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.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.