Fusionsprocessen

Fusionsprocessen avser kärnreaktioner där lätta kärnor slås samman till tyngre och frisätter energi. I universum är kärnfusion den dominerande energikällan i stjärnor och solen. På jorden studeras kontrollerad fusionsenergi som efterliknar dessa processer med målet att skapa ett säkert och hållbart energisystem.

I stjärnor sker fusion vid extrem temperatur och tryck. Den mest omfångsrika vägen är proton-proton-kedjan i små till medelstora stjärnor, medan tyngre stjärnor främst använder CNO-cykeln. Fusionen kräver att kärnorna övervinner den elektromagnetiska repulsionen genom höga energier och låga avstånd.

På jorden studeras kontrollerad fusion främst med två metoder: magnetisk confinement, där ett varmt plasma hålls i magnetfält i en tokamak eller en stellarator; och inertial confinement, där intensiva laserpulser eller partikelpulser komprimerar små bränsleföremål under mycket kort tid. Det mest studerade bränslet är deuterium och tritium (D-T). Deras fusion ger heliumkärna och en neutron: D + T → He-4 + n, cirka 17,6 MeV.

Utmaningar innefattar att uppnå tillräcklig temperatur, täthet och energihållning (kallat Lawson-criterion), samt material som tål neutronstrålning. Ingen kommersiell nettoproduktion har ännu uppnåtts; projekten ITER och NIF arbetar mot breakeven och en demonstration av kraftproduktion.

Fördelen med fusion är hög energitäthet, liten långlivad avfallsfråga från bränslet och inga utsläpp av koldioxid under drift. Nackdelar inkluderar teknisk komplexitet, höga kostnader samt utmaningar kring hantering av neutroner och radioaktivt avfall i anläggningarna.