Kärnfusion
Kärnfusion är processen där lätta atomkärnor slås samman till tyngre kärnor och frigör energi. Den driver stjärnor och är en möjlig framtida energikälla.
Kärnfusion är en kärnreaktion där två lätta atomkärnor förenas till en tyngre kärna. Den nya kärnan har något mindre massa än summan av de ursprungliga kärnorna, och masskillnaden frigörs som energi enligt E=mc². Därför kan fusion ge mycket stor energi per mängd bränsle, men bara under mycket speciella förhållanden.
Bildgalleri
5 Bilder
Så fungerar processen
Atomkärnor är positivt laddade och stöter därför bort varandra. För att de ska komma tillräckligt nära krävs extremt hög temperatur och högt tryck, eller andra metoder som ger partiklarna mycket hög rörelseenergi. När avståndet blir litet nog tar den starka kärnkraften över och binder samman kärnorna. I praktiska försök används ofta isotoper av väte, framför allt deuterium och tritium, eftersom de är relativt lätta att få att reagera.
Fusion i stjärnor
I stjärnor, särskilt i solen, är fusion den process som driver både ljus och värme. Där omvandlas väte successivt till helium, och energin håller stjärnans inre varmt och motverkar gravitationens tryck. I större stjärnor kan fusionen fortsätta i flera steg och bilda tyngre grundämnen. För de flesta stjärnor upphör den energigivande fusionen när en järnrik kärna byggs upp, eftersom fortsatt sammanslagning då inte längre frigör energi på samma sätt.
Kärnfusion på jorden
På jorden försöker forskare och ingenjörer skapa en kontrollerad reaktion som ger mer användbar energi än den kräver för att starta och hålla igång processen. Det är svårt eftersom det heta bränslet måste hållas instängt som plasma utan att röra vid kärlväggarna. Därför utvecklas system för magnetisk inneslutning, till exempel tokamaker och stellaratorer, samt andra experimentella metoder. Målet är framtida produktion av elektricitet med låg klimatpåverkan under drift.
Betydelse och skillnad mot andra begrepp
Fusion är ett viktigt ämne inom både astrofysik och energiforskning. Som naturlig process förklarar den hur stjärnor lyser och hur många av universums grundämnen har bildats. Som teknikområde förknippas den med hopp om nya energisystem, men också med stora tekniska och ekonomiska utmaningar. Det är också viktigt att skilja kärnfusion från kärnreaktioner i allmänhet och från kärnklyvning, där tunga kärnor delas i stället för att förenas.
Begrepp och närliggande ämnen
- Atomkärna
- Atom
- Kärnreaktion
- Energi
- Massa
- E=mc²
- Stjärnor
- Solen
- Helium
- Värme
- Ljus
- Grundämnen
- Järn
- Metall
- Stjärnors livscykel
- Jorden
- Temperatur
- Tryck
- Positiv laddning
- Kärnvapen
- Forskare
- Ingenjörer
- Elektricitet
- Fusionskraft
Relaterade sidor
- Stjärnornas nukleosyntes
| Grundläggande begrepp | Kall fusion - Inneslutningsbyggnad - Kyltorn - Internationella atomenergiorganet - Kärnkraftskatastrofer - Kärnenergi - Kärnenergipolitik - Kärnteknik - Kärnexplosion - Kärnkraftsfall - Kärnklyvning - Kärnbränsle - Kärnfusion - Kärnsmälta - Kärnfysik - Kärnreaktion - Kärnreaktor - Kärnvapen |
| Tjernobylkatastrofen - Fukushima-kärnkraftsolyckan - Mayak-olyckan - Kärnkraftsolyckor i Japan - Three Mile Island-olyckan - Tokaimura-kärnkraftsolyckan - Windscale-branden | |
| Fukushima Daiichi kärnkraftverk - Zwentendorf kraftverk | |
| Böcker och filmer | |
Frågor och svar
Fråga: Vad är kärnfusion?
S: Kärnfusion är processen där en enda tung kärna (del av en atom) skapas av två lättare kärnor. Denna process kallas kärnreaktion och frigör en stor mängd energi.
Fråga: Hur fungerar denna process?
S: Den kärna som skapas genom fusion är tyngre än någon av de ursprungliga kärnorna, men inte lika tung som kombinationen av deras ursprungliga massa. Denna förlorade massa omvandlas till mycket energi, vilket kan ses i Einsteins berömda E=mc2-ekvation.
Fråga: Var sker denna process?
S: Fusionen sker i mitten av stjärnor, som vår sol, där väteatomer smälts samman till helium och frigör massor av energi som driver dess värme och ljus.
F: Kan alla grundämnen förenas genom fusion?
S: Nej, tyngre grundämnen är svårare att sammanfoga än lättare, och järn (en metall) kan inte alls fusionera med andra atomer. Det är detta som gör att stjärnor dör när de slår ihop alla sina atomer till tyngre atomer tills de börjar göra järn som inte längre kan smältas.
F: Är det lätt att starta kärnfusionsreaktioner på jorden?
S: Nej, det är mycket svårt eftersom dessa reaktioner endast sker vid hög temperatur och högt tryck som i solen. Detta beror på att båda atomkärnorna har positiva laddningar som stöter bort varandra, så de måste träffa varandra med mycket hög hastighet för att de ska kunna smälta framgångsrikt.
F: Har någon lyckats kontrollera eller begränsa dessa reaktioner för elproduktion?
S: Inte än - forskare och ingenjörer har försökt i årtionden men har fortfarande många utmaningar innan fusionskraft kan användas som en ren energikälla.
F: Vad har hittills varit framgångsrikt när det gäller kärnfusion?
S: Det enda framgångsrika tillvägagångssättet hittills har varit inom kärnvapen där vätebomben använder en atombomb (fission) för att starta reaktionen.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Kärnfusion Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/71360
Källor
- fusedweb.pppl.gov : FusEdWeb | Fusion Education
- iter.org : "Progress in Fusion". ITER.