Vad är fusion?
Atomkärnor, som består av protoner och neutroner hålls ihop av en stark kraft med kort räckvidd som vi kallar "nuclear force" (stark växelverkan, kanske kärnkrafter på svenska). Generellt vill inte protoner komma i närheten av varandra utan vill separera, eftersom dom är positivt laddade. Kommer dom tillräckligt nära tar den starka växelverkan över och kärnan kan hållas ihop om det finns neutroner som förstärker "sammanhållningen" utan att bidra till separationen.
Den "rena" vätekärnan har bara en proton och behöver ingen neutron för att hålla ihop.
Större kärnor med flera protoner har neutroner som "klister" för att hålla ihop. "Vanligt" helium har två protoner och två neutroner i kärnan. Stora kärnor, som uran och plutonium har många neutroner i kärnan.
Förutom väte med en proton i kärnan finns två isotoper:
Deuterium = 1 proton och 1 neutron
Tritium = 1 proton och 2 neutroner
U-235 = 92 protoner och 143 neutroner
Pu-239 = 94 protoner och 145 neutroner
Bindningsenergin är ett mått på "sammanhållningen" i kärnan.
När väteisotoper stås ihop till helium (fusion) frigörs energi.
När uran eller plutonuim klyvs (fision) frigörs energi.
Fusion i Solen och andra stjärnor
Fusion är den process som håller Solen "vid liv". I Solens inre, i "kärnan" är temperaturen ca 15 miljoner °C och trycket är ca 265 miljarder bar. Ett klot med mest väte, av Solens eller andra stjärnors storlek, skapar dessa förutsättningar, som är vad som behövs för "naturlig" fusion.
I vätebomber, som "startas" med en "vanlig" atombomb (fissionsbomb, med t.ex. plutonium eller uran) är det fissionsbomben som skapar det tryck och den temperatur som behövs för att sätta igång fusion av deuterium och tritium.
Vid dom temperaturer som behövs för fusion är allt fullständigt joniserat, dvs. väte består inte av atomer utan är separerade i en "gas" av protoner och elektroner. En sådan joniserad "gas" kallas plasma. I stjärnor hålls plasmat ihop av gravitation.
Varför är det svårt att få till fusion på Jorden?
I vätebomben är det inte så svårt, men en kontinuerlig fusion, som i solen men i liten skala förutsätter att plasmat med extremt hög temperatur kan inneslutas. Värmen, trycket och intensiv neutronstrålning gör detta svårt. Inriktningen är att istället för att innesluta fusionen med ett "kärl", "styra" plasman, som består av laddade partiklar med hög hastighet, med ett starkt magnetfält. Starka magnetfält får man till med supraledare. Supraledare kräver ofta låg temperatur.
Kall fusion
Kan man få till fusion utan extremt tryck och temperatur?
Kanske, men det finns ingen som kunnat demonstrera en metod som har kunnat reproduceras.
Om kall fusion ska kunna fungera krävs en process som vi inte känner till.
Finns det hopp?
Svårigheterna ska inte underskattas. Det är möjligt att vi inte lyckas tämja fusionskraften inom rimlig tid. Men, det kommer ibland "nyheter" som kanske kan ta oss närmare en energikälla som kan ersätta fossila bränslen.
Här är en sådan nyhet.
Nuclear fusion on brink of being realised, say MIT scientists
Carbon-free fusion power could be ‘on the grid in 15 years’
https://www.theguardian.com/environment/2018/mar/09/nuclear-fusion-on-brink-of-being-realised-say-mit-scientists
ITER är en jättesatsning som kanske leder till någonting
Läs mer om ITER här:
https://en.wikipedia.org/wiki/ITER
–
