Fuusioreaktio | prosessi, jossa kahdesta kevyemmästä ytimestä muodostuu yksi raskas ydin
Ydinfuusio on prosessi, jossa kahdesta kevyemmästä ytimestä muodostuu yksi raskas ydin (atomin osa). Tätä prosessia kutsutaan ydinreaktioksi. Siinä vapautuu suuri määrä energiaa.
Fuusiossa syntyvä ydin on raskaampi kuin kumpikaan lähtöydin. Se ei kuitenkaan ole yhtä raskas kuin lähtöytimien (atomien) alkuperäisten massojen yhdistelmä. Tämä menetetty massa muuttuu runsaaksi energiaksi. Tämä näkyy Einsteinin kuuluisassa E=mc2 yhtälössä.
Fuusiota tapahtuu tähtien, kuten Auringon, keskellä. Vetyatomit fuusioituvat yhteen heliumiksi. Tällöin vapautuu paljon energiaa. Tämä energia antaa voimaa tähden lämmölle ja valolle. Kaikkia alkuaineita ei voida yhdistää. Raskaammat alkuaineet ovat vaikeammin yhdistettävissä kuin kevyemmät. Rauta (metalli) ei voi sulautua toisiin atomeihin. Tämän vuoksi tähdet kuolevat. Tähdet yhdistävät kaikki atominsa toisiinsa muodostaakseen eri tyyppisiä raskaampia atomeja, kunnes ne alkavat muodostaa rautaa. Rautaydin ei voi sulautua muihin ytimiin. Reaktiot pysähtyvät. Tähti jäähtyy lopulta ja kuolee.
Maapallolla on hyvin vaikeaa käynnistää ydinfuusioreaktioita, joissa vapautuu enemmän energiaa kuin tarvitaan reaktion käynnistämiseen. Syynä on se, että fuusioreaktioita tapahtuu vain korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa, kuten auringossa, koska molemmilla ytimillä on positiivinen varaus ja positiivinen hylkii positiivista. Ainoa keino lopettaa vastenmielisyys on saada ytimet törmäämään toisiinsa hyvin suurella nopeudella. Se tapahtuu vain korkeassa paineessa ja lämpötilassa. Ainoa onnistunut lähestymistapa tähän mennessä on ollut ydinaseet. Vetypommissa käytetään atomipommia (fissiopommia) fuusioreaktioiden käynnistämiseen. Tutkijat ja insinöörit ovat vuosikymmeniä yrittäneet löytää turvallista ja toimivaa tapaa hallita ja hillitä fuusioreaktioita sähköntuotantoa varten. Heidän on vielä voitettava monia haasteita, ennen kuin fuusiovoimaa voidaan käyttää puhtaana energialähteenä.
Aurinko tuottaa energiansa vetyytimien ydinfuusiolla heliumiksi. Aurinko fuusioi ytimessään 620 miljoonaa tonnia vetyä joka sekunti.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Tähtien ydinsynteesi
| Peruskäsitteet | Kylmäfuusio - Säiliörakennus - Jäähdytystorni - Kansainvälinen atomienergiajärjestö - Ydinkatastrofit - Ydinenergiapolitiikka - Ydintekniikka - Ydinräjähdys - Ydinlaskeuma - Ydinfissio - Ydinpolttoaine - Ydinfuusio - Ydinpolttoaineen sulaminen - Ydinfysikaalinen fysiikka - Ydinreaktio - Ydinvoima - Ydinase - Ydinvoimalaitos |
| Tshernobylin onnettomuus - Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus - Mayakin onnettomuus - Japanin ydinonnettomuudet - Three Mile Islandin onnettomuus - Tokaimuran ydinvoimalaonnettomuus - Windscale-palo | |
| Fukushima Daiichin ydinvoimala - Zwentendorfin voimalaitos | |
| Kirjat ja elokuvat | |
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on ydinfuusio?
A: Ydinfuusio on prosessi, jossa kahdesta kevyemmästä ytimestä muodostuu yksi raskas ydin (atomin osa). Tätä prosessia kutsutaan ydinreaktioksi ja se vapauttaa suuren määrän energiaa.
K: Miten tämä prosessi toimii?
V: Fuusiossa syntyvä ydin on raskaampi kuin jompikumpi lähtöydin, mutta ei yhtä raskas kuin niiden alkuperäisen massan yhdistelmä. Tämä menetetty massa muuttuu suureksi energiamääräksi, mikä näkyy Einsteinin kuuluisassa E=mc2-yhtälössä.
K: Missä tämä prosessi tapahtuu?
V: Fuusio tapahtuu tähtien, kuten Aurinkomme, keskellä, jossa vetyatomit fuusioituvat yhteen heliumiksi ja vapauttavat paljon energiaa, joka antaa voimaa sen lämmölle ja valolle.
K: Voivatko kaikki alkuaineet yhdistyä fuusion avulla?
V: Ei, raskaammat alkuaineet yhdistyvät vaikeammin kuin kevyemmät, eikä rauta (metalli) voi lainkaan fuusioitua muiden atomien kanssa. Tästä syystä tähdet kuolevat, kun ne yhdistävät kaikki atominsa toisiinsa muodostaakseen raskaampia atomeja, kunnes ne alkavat valmistaa rautaa, jota ei voi enää fuusioida.
Kysymys: Onko helppoa käynnistää ydinfuusioreaktioita Maassa?
V: Ei, se on hyvin vaikeaa, koska nämä reaktiot tapahtuvat vain korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa, kuten Auringossa, koska molemmilla ytimillä on positiivisia varauksia, jotka hylkivät toisiaan, joten niiden on törmättävä toisiinsa hyvin suurella nopeudella, jotta fuusio onnistuisi.
K: Onko kukaan onnistunut hallitsemaan tai hillitsemään näitä reaktioita sähköntuotantoa varten?
V: Ei vielä - tiedemiehet ja insinöörit ovat yrittäneet vuosikymmeniä, mutta vielä on monia haasteita, ennen kuin fuusiovoimaa voidaan käyttää puhtaana energialähteenä.
K: Mikä on tähän mennessä onnistunut ydinfuusiossa?
V: Ainoa tähän mennessä onnistunut lähestymistapa on ollut ydinaseissa, joissa vetypommi käyttää atomipommia (fissiopommia) reaktion käynnistämiseen.
