Kärnfusion: En lättförståelig introduktion

Forskare har gjort ett betydande genombrott inom kärnfusion, vilket kan öppna dörren för rikligt med ren energi i framtiden.

Denna upptäckt var endast möjlig tack vare mer än ett halvt århundrades forskning om kärnfusion.

Här är en lättförståelig introduktion till kärnfusion så att du kan förstå denna spännande nyhet på rätt sätt.

Vad är kärnfusion?

Kärnfusion är en typ av kärnprocess som uppstår när två eller flera atomkärnor förenas till en enda, större kärna.

Fusionsreaktioner sker i ett materietillstånd som kallas plasma, vilket är en het, laddad gas som består av positiva joner och fritt rörliga elektroner med egenskaper som skiljer sig från fasta ämnen, vätskor eller gaser.

Sammanfattningsvis är kärnfusion den mekanism genom vilken Solen och andra stjärnor får sin energi.

Till exempel: Atomer av tritium och deuterium (väteisotoperna väte-3 respektive väte-2) bildar tillsammans en neutron och en heliumisotop. I samband med detta frigörs en enorm mängd energi.

Denna energi kan användas för att skapa elektricitet eller driva andra saker. Och den anses vara en potentiellt oändlig och ren energikälla.

För att smälta samman måste kärnorna mötas vid extremt höga temperaturer, kanske 10 miljoner grader Celsius. På grund av den höga temperaturen har de tillräckligt med energi för att övervinna sitt ömsesidiga elektriska motstånd. När kärnorna är mycket nära varandra övervinner den nukleära attraktionen mellan dem den elektriska repulsionen och gör det möjligt för dem att smälta samman och därmed skapa energi.

Kärnfusion vs. kärnklyvning

Både fission och fusion är kärnreaktioner som flyttar atomer för att producera energi, men vad är skillnaden mellan de två?

Fusion innebär att två lättare atomer förenas till en större atom, medan fission innebär att en atom klyvs i två delar. De är i huvudsak motsatta processer.

Albert Einsteins förutsägelse att massa kan omvandlas till energi inspirerade till upptäckten av kärndelning. Forskare började experimentera 1939 och Enrico Fermi byggde den första kärnreaktorn ett år senare.

En mycket instabil isotop sprängs med höghastighetspartiklar, i allmänhet neutroner som accelereras, vilket tvingar dem att kollidera med den instabila isotopen, utlösa fission och splittras i två mindre isotoper, tre höghastighetsneutroner och en enorm energimängd. Uran-235 används som neutron i de allra flesta kärnkraftsreaktorer.

Den genererade energin används för att värma vatten i kärnreaktorer, som därefter producerar elektricitet. När de snabba neutronerna laddas ur och blir projektiler startar de nya klyvningsprocesser, även kallade kedjereaktioner.

Kärnklyvning genererar en stor mängd radioaktivt avfall, som kan vara farligt och måste lagras noggrant - kanske i hundratals år. Kärnfusion däremot producerar ren energi, fri från radioaktivt avfall.

Det är också värt att påpeka att kärnklyvning inte är en naturlig process utan måste framkallas, medan kärnfusion är en naturlig process, t.ex. producerar solen energi genom kärnfusion.

Varför är kärnfusion viktigt?

Fusionsreaktorer har förmågan att producera energi med minimala eller inga utsläpp av växthusgaser, radioaktivt avfall eller andra miljökonsekvenser. De kan ge en praktiskt taget obegränsad tillgång till ren energi, vilket minskar vårt beroende av fossila bränslen och andra ändliga energikällor.

Eftersom fusionsreaktorer inte genererar högaktivt radioaktivt avfall som fissionsreaktorer, kommer avfallshanteringen att bli enklare. Till skillnad från fissionsreaktorer kommer avfallet inte heller att innehålla vapenklassade radioaktiva element.

Genombrott inom kärnfusion

Enligt Financial Times lyckades forskarna frigöra 2,5 MJ energi efter att endast ha använt 2,1 MJ för att värma upp bränslet med lasrar. Upptäckten måste valideras av National Ignition Facility (NIF) vid Lawrence Livermore National Laboratory i Kalifornien, men det är en fantastisk nyhet.

Detta är en betydande vetenskaplig framgång inom kärnfusion, främst eftersom det är första gången som forskare har lyckats etablera en kärnfusionsprocess med en positiv nettoenergiökning.

Naturligtvis finns det fortfarande mer att göra för att göra detta till ett genomförbart alternativ, men det är ett viktigt steg framåt för vetenskapen att forskarna kunde generera mer energi än när de inledde experimentet. Detta ger forskningen ett sammanhang och en mening.

Sprida visuell vetenskaplig kommunikation över hela världen

Sprid ditt arbete över hela världen med hjälp av visuella affischer. Förutom att göra ditt arbete bättre lämpat för en kort läsning, kan en skickligt skapad affisch hjälpa ditt arbete att nå en publik som du aldrig kunnat föreställa dig. Affischer är lättare att leverera och sprida, och de kan säkert få människor att minnas din forskning.

Använd ett enkelt verktyg för att skapa affischer. Använd Mind The Graph.

Öka min forskning med illustrationer