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.

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