Fusjon

25 februar 2017

Figuren under viser masse pr nukleon (kjernepartikkel):

Denne viser at det blir frigjort energi både ved fisjon og fusjon. Men vi kan lese meir ut av den. Vi legg merke til at kurven er mykje brattare på venstre sida enn på høgre sida. Det betyr at det er større massesvinn i ein fusjonsprosess enn i en fisjonsprosess. Med andre ord: fusjon gir mykje meir energi enn fisjon. Derfor har det vore forska på fusjon lenge. 1. november 1952 vart den første fusjonsbomba, ei såkalt hydrogen-bombe, detonert på den lille øya Eniwetok på Marshall-øyane. Eksplosjonen var over 450 gonger kraftigare en bomba som ble sluppe over Nagasaki, og laga eit 50 m djupt krater som var nesten 2 km bredt der øya eingong hadde vore. Heldigvis er ingen fusjonsbomber blitt brukt i krig!

På slutten av 1930-tallet vart ein klar over at det er fusjonsprosessar som er energikjelda i sola og dei andre stjernene. Det er mange prosessar som foregår i ei stjerne. Den viktigste er en såkalt proton-proton-reaksjon som går i fleire trinn. Først smeltar vanlig hydrogen saman til hydrogenkjerner med eit nøytron, dvs. deuterium:

Så smeltar deuterium saman med hydrogen og gir helium:

Slik fortset det med samansmelting av helium og stadig tyngre kjerner. Nær slutten av levetida på tunge stjerner kan det forekomma fusjon av grunnstoff heilt opp til jern. Men der stopper det, siden jern (Fe) er i botnen av kurven og fusjon av tyngre grunnstoff vil derfor vera energikrevande.

Når det gjelder fredelig bruk av fusjon, så har ein endå ikkje klart å laga ein fusjonsreaktor. Grunnen er følgande. For å få to lette kjerner til å smelta saman må dei komma veldig nær kvarandre, men sidan kjernene er positive så vil dei støyta kvarandre bort. For å få i gang fusjonen må ein altså overvinna dei elektriske kreftene. Det betyr at vi treng ein gass med frie kjerner (dvs, det som kalles plasma) som har ein veldig høg temperatur (husk at temperaturen heng saman med den gjennomsnittlige hastigheten til kjernene) og høg tetthet. Høg tetthet er nødvendig for at eit tilstrekkelig antal kjerner skal kunne treffa kvarandre. Det har vist seg gjennom mange tiårs forsøk at dette er veldig vanskelig å få til. Ein har ein stor beholdar, ofte forma som ein smultring (torus) der ein prøver å halda plasmaet på plass i midten med sterke magneter. Men plasmaet er veldig ustabilt, så for å få dette til treng ein sofistikert styring av magnetane. Pr dato har ein klart å halda fusjonen gåande i meir enn eit kvart sekun før plasmaet glipp ut av kontroll.

Men forskingen fortset, for det er store gevinster å henta hvis ein bare får det til. Vi har nevnt energi-gevinsten, som er formidabel. Ein annan stor fordel med fusjon i forhold til fisjon, er at den for det første er ein mykje reinere prosess, og for det andre langt mindre risikofylt enn fisjon. Resultatet av ein fisjonsprosess er ei lang rekke radioaktive stoff. Disse må oppbevarast sikkert i årtusen, og som vi veit, er faren for ein ukontrollert reaksjon alltid til stade i en fisjonsreaktor. Dette skjedde i Tsjernobyl i Ukraina i 1986, og det skjedde nesten i Three Mile Island i Pennsylvania 1979. Dessuten er ein avstengt reaktor radioaktiv lenge. En fusjonsreaktor inneber langt mindre risiko. Sluttproduktet av fusjon er stort sett ufarlige stoff. Hvis noke skulle gå gale, så vi fusjonen stoppa av seg sjøl. Den eineste radioaktivitetet som kan oppetså er frå sekundære prosessar som forekommer i veggane til beholdarane ol., men disse vil ikkje vera radioaktive veldig lenge.

Med tanke på at verdens energibehov aukar og at olje og gass-ressursane snart er brukt opp, seier det seg sjøl at kommersiell bruk av fusjon vil vera attraktiv.

LENKER

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/astfus.html

http://www.fusion.org.uk/info/susdev2.htm

http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn2637

http://physics.nist.gov/cuu/index.html