Kärnsammansmältning

Kärnsammansmältning, eller kärnfusion, är processen där två lätta kärnor fusionerar till en tyngre kärna och frigör energi. I universum dominerar fusionens energi i stjärnor, där höga temperaturer och tryck gör att kärnorna kan närma sig varandra tillräckligt för att övervinna Coulomb-barriären.

Tekniken kräver plasmatillstånd där laddade kärnor rör sig snabbt och kolliderar med tillräcklig sannolikhet. Energin frigörs eftersom produkterna har större bindningsenergi än ingångskärnorna, vilket innebär en massdefekt som omvandlas till energi enligt E=mc^2. För jordisk fusion är de mest studerade reaktionerna deuterium-tritium (D+T), som ger 17,6 MeV totalt: 14,1 MeV till en neutron och 3,5 MeV till en heliumkärna. Andra reaktiva kombinationer inkluderar deuterium-deuterium och proton-boron-11 (p-11B), men dessa har generellt lägre effektivitet vid tekniskt uppnådda temperaturer.

För att uppnå och hålla ett fusionärt plasmanödvändigt confinerar man plasman med metoder som magnetisk fängelse i tokamaks eller stellaratorer, samt inertial confinement fusion där laser- eller partikelpulser komprimerar bränslet till extremt höga densiteter under mycket korta tider. Internationell forskning leds av projekt som ITER, som siktar mot att demonstrera energiuttag i större skala, samt anläggningar som JET och NIF.

Fördelarna med fusion är hög energitäthet och låga koldioxidutsläpp; bränslen som deuterium förekommer rikligt i havsvatten, och tritium kan produceras i reaktorn. Utmaningarna är att utveckla material som tål neutronstrålning, hantera tritium säkert, samt nå ekonomiskt kommersiell nettoutgång av energi. Fusion ses som en potentiell långsiktig källa till ren energi, men kommersiell fusion är ännu inte kommersiellt kommersiell.