Fission og fusion er to måder at frigøre energi fra atomkerner via nuklear reaktion. Forskellen mellem dem er i processen: Den ene smelter sammen atomer med mindre kerner ved at smelte dem sammen, mens den anden bryder dem ad i fissionsprodukter. I begge tilfælde er mængden af energi involveret så stor, millioner af gange mere end fra andre energikilder, at disse nukleare processer kun sker under bestemte forhold.
Hvad er kernefusion?
Som verb, er sikring synonymt med "kombinere" eller "bland". Det følger, at der i en nuklear fusionsproces to lette kerner sikring sammen at danne en tungere kerne. For eksempel kan to brintatomer smelte sammen og danne et deuterium.
Enormt høj energi, normalt i form af ekstrem varme, der skaber meget høje temperaturer, og der kræves tryk for at lokke to stærkt positive kerner, der normalt vil frastøde i et tæt nok rum til, at fusion kan forekomme og frigive kernenergi i behandle.
Som et resultat sker denne proces kun inde i stjerner som solen, der har en naturlig fusionsreaktor i deres kerner. Menneskeheden kan midlertidigt skabe betingelser for nuklear fusion, for eksempel med en brintbombe, men opretholde så høje temperaturer, der er nødvendige for en kontrolleret, løbende reaktion til brug som energikilde, er endnu ikke muligt.
Når nuklear fusion begynder, kan den dog fortsætte i en selvbærende kædereaktion. Dette skyldes, at de mindre atomer med masser op til jern på det periodiske bord afgiver mere energi, når de smeltes, end det er nødvendigt for at smelte dem sammen (en eksoterm reaktion). Som sådan er nuklear fusion den proces, hvorved de fleste stjerner afgiver energi.
Hvad er nuklear fission?
Fission, som kan defineres som handlingen med at opdele noget i dele, er modsat af fusion.
I nuklear fission bryder en tung kerne fra hinanden i lettere kerner. Bruddet opstår, når en neutron smækker ind i en tung kerne, hvilket skaber meget radioaktive og ustabile biprodukter sammen med flere neutroner, som fortsætter med at nedbrydes i en nuklear kædereaktion.
Den energi, der frigøres fra nuklear fission, er millioner af gange mere effektiv end den, der frigives ved forbrænding af en tilsvarende masse kul. I modsætning til fusionsreaktioner er fissionsreaktioner relativt lette at igangsætte og kontrollere inde i atomreaktorer, hvilket gør dem til en udbredt energikilde.
Eksempler på fission og fusion
- Atomreaktorer: Ingeniører bruger typisk plutonium eller uran til at starte en fissionsreaktion, regulerer hastigheden med vand og stænger af ikke-reaktivt materiale, der absorberer frie neutroner. Den energi, der frigives i fissionsreaktionerne, opvarmer vand, og den resulterende damp vender turbiner, der genererer elektricitet til menneskelig brug.
- Atombomber: Nukleare fissionsreaktioner forekomme i atombomber. I modsætning til i et atomkraftværk er reaktionen ikke kontrolleret, hvilket muliggør en hurtig kædereaktion, der resulterer i, at utrolige energier frigøres med det samme. Den eneste måde mennesker på Jorden kan skabe de nødvendige betingelser for fusion på, den rette temperatur med tilstrækkelig masse smadret sammen under et højt nok tryk, er ved at starte fission med en bombe.
- Radioaktivt henfald: Nuklear fission forekommer også i radioaktivt henfald, når et element spontant udsender energi i form af partikler. Halveringstiden for radioaktivt henfald, eller tiden for halvdelen af de radioaktive kerner i en prøve at nedbrydes, afhænger af kernens samlede stabilitet. Naturligt forekommende radioaktivt materiale på Jorden gennemgår konstant fissionsreaktioner på denne måde.
- Kernen i stjerner: Kernefusionsreaktioner forekommer naturligt under intens temperatur og tryk inde i en stjerne. Dette er grundlaget for mest energi, som stjerner afgiver.
- Kold fusion: En hypotetisk måde at skabe på kernefusion ved "stuetemperatur" og dermed gør det til en levedygtig menneskeskabt energikilde, er kold fusion aldrig blevet udviklet med succes.