Ydinfuusio: Ydinfuusio: Helppo ja ymmärrettävä johdanto

Tutkijat ovat tehneet merkittävän läpimurron ydinfuusiossa, mikä saattaa avata oven runsaalle puhtaalle energialle tulevaisuudessa.

Tämä havainto oli mahdollinen vain siksi, että ydinfuusiota oli tutkittu yli puoli vuosisataa.

Tässä on helppotajuinen johdanto ydinfuusioon, jotta voit ymmärtää tämän jännittävän uutisen oikein.

Mitä on ydinfuusio?

Ydinfuusio on eräänlainen ydinprosessi, joka tapahtuu, kun kaksi tai useampi atomiydin yhdistyy yhdeksi suuremmaksi ytimeksi.

Fuusioreaktiot tapahtuvat plasmaksi kutsutussa aineen tilassa, joka on kuuma, varautunut kaasu, joka koostuu positiivisista ioneista ja vapaasti liikkuvista elektroneista ja jonka ominaisuudet eroavat kiinteistä aineista, nesteistä tai kaasuista.

Yhteenvetona voidaan todeta, että ydinfuusio on mekanismi, jonka kautta Aurinko ja muut tähdet saavat energiansa.

Esimerkiksi: Tritium- ja deuteriumatomit (vedyn isotoopit Vety-3 ja Vety-2) yhdistyvät tuottaen neutronin ja heliumin isotoopin. Samalla vapautuu valtava määrä energiaa.

Tätä energiaa voidaan käyttää sähkön tuottamiseen tai muiden asioiden käyttämiseen. Sitä pidetään potentiaalisesti rajattomana ja puhtaana energialähteenä.

Sulautuakseen ytimien on koskettava toisiinsa poikkeuksellisen korkeissa lämpötiloissa, ehkä 10 miljoonassa celsiusasteessa. Korkean lämpötilan vuoksi niillä on riittävästi energiaa voittaakseen keskinäisen sähköisen vastuksensa. Kun ytimet ovat hyvin lähellä toisiaan, niiden välinen ydinvetovoima voittaa sähköisen vastuksen ja mahdollistaa niiden sulautumisen, jonka tuloksena syntyy energiaa.

Ydinfuusio vs. ydinfissio

Sekä fissio että fuusio ovat ydinreaktioita, joissa atomit siirtyvät toisistaan energian tuottamiseksi, mutta mikä ero näiden kahden välillä on?

Fuusio on kahden kevyemmän atomin yhdistyminen suuremmaksi atomiksi, kun taas fissio on yhden atomin jakautuminen kahtia. Ne ovat pohjimmiltaan vastakkaisia prosesseja.

Albert Einsteinin ennustus siitä, että massa voidaan muuttaa energiaksi, innoitti löytämään ytimen jakautumisen. Tutkijat aloittivat kokeilut vuonna 1939, ja Enrico Fermi rakensi ensimmäisen ydinreaktorin vuotta myöhemmin.

Suurelta osin epävakaaseen isotooppiin räjäytetään suurnopeushiukkasia, yleensä kiihdytettyjä neutroneja, jotka törmäävät epävakaaseen isotooppiin, jolloin fissio käynnistyy ja hajoaa kahdeksi pienemmäksi isotoopiksi, kolmeksi suurnopeusneutroniksi ja valtavaksi energiamääräksi. Uraani-235:tä käytetään neutronina suurimmassa osassa ydinreaktoreita.

Tuotettu energia käytetään veden lämmittämiseen ydinreaktoreissa, jotka sitten tuottavat sähköä. Kun nopeat neutronit purkautuvat ja muuttuvat ammuksiksi, ne käynnistävät uusia fissioprosesseja, joita kutsutaan myös ketjureaktioiksi.

Ydinfissiosta syntyy suuri määrä radioaktiivista jätettä, joka voi olla vaarallista ja jota on varastoitava huolellisesti - ehkä satoja vuosia. Ydinfuusio taas tuottaa puhdasta energiaa ilman radioaktiivista jätettä.

On myös syytä huomauttaa, että ydinfissio ei ole luonnollinen prosessi, vaan se on käynnistettävä, kun taas ydinfuusio on luonnollinen prosessi, esimerkiksi aurinko tuottaa energiaa ydinfuusion avulla.

Miksi ydinfuusio on tärkeää?

Fuusioreaktorit pystyvät tuottamaan sähköä niin, että kasvihuonekaasupäästöt, radioaktiivinen jäte tai muut ympäristövaikutukset ovat vähäisiä tai olemattomia. Ne voisivat tarjota käytännössä rajattoman määrän puhdasta energiaa, mikä vähentäisi riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista ja muista rajallisista energialähteistä.

Koska fuusioreaktorit eivät tuota korkea-aktiivista jätettä kuten fissioreaktorit, loppusijoitus on helpompaa. Toisin kuin fissioreaktoreissa, jätteet eivät myöskään sisällä asekelpoisia radioaktiivisia aineita.

Ydinfuusion läpimurto

Financial Timesin mukaan tutkijat onnistuivat vapauttamaan 2,5 MJ energiaa käytettyään vain 2,1 MJ polttoaineen lämmittämiseen lasereilla. Tämä löytö on validoitava Lawrence Livermoren kansallisessa laboratoriossa Kaliforniassa sijaitsevassa kansallisessa sytytyslaitoksessa (National Ignition Facility, NIF), mutta se on fantastinen uutinen.

Tämä on merkittävä tieteellinen saavutus ydinfuusion alalla, koska tutkijat ovat nyt ensimmäistä kertaa onnistuneet luomaan ydinfuusioprosessin, jonka nettoenergiavoitto on positiivinen.

Tietenkin on vielä tehtävä enemmän työtä, jotta tämä olisi toteuttamiskelpoinen vaihtoehto, mutta on merkittävä edistysaskel tieteen kannalta, että tutkijat pystyivät tuottamaan enemmän energiaa kuin kokeen alkaessa. Tämä antaa tutkimukselle kontekstin ja merkityksen.

Levittää visuaalista tieteellistä viestintää ympäri maailmaa

Levitä työtäsi ympäri maailmaa visuaalisten julisteiden avulla. Sen lisäksi, että asiantuntevasti luotu juliste tekee teoksestasi lyhyesti luettavan, se voi auttaa sinua saavuttamaan yleisön, jota et olisi osannut kuvitellakaan. Julisteet toimitetaan ja levitetään helpommin, ja ne saavat varmasti ihmiset muistamaan tutkimuksesi.

Käytä helppoa julisteen tekemiseen tarkoitettua työkalua. Käytä Mind The Graphia.

Lisätä tutkimukseni kuvitusten avulla