Mitä yhtäläisyyksiä ydinfissio ja fuusio ovat?

Yhdysvallat rakensi ensimmäisen kerran ydinfissioreaktorin vuonna 1942 ja käytti ensimmäisiä fissiopommeja vuonna 1945. Yhdysvaltojen hallitus testasi ensimmäistä fuusiopommia vuonna 1952, mutta fuusioreaktorit ovat toukokuussa 2011 edelleen epäkäytännöllisiä. Huolimatta erilaisista lähestymistavoista energiantuotantoon, joita fuusio- ja fissiotutkijat noudattavat, prosesseilla on kuitenkin yhteisiä piirteitä.

Sekä ydinfuusio että ydinfissio käyttävät atomihiukkasiin varastoitunutta energiaa energiantuotantoprosessissa. Atomi koostuu keskushermosta ja elektronista, jotka liikkuvat ytimen ulkopuolella. Kaikkien alkuaineiden ytimessä on protonihiukkasia, ja elektronien ulkopuolella, jotka ovat paljon pienempiä hiukkasia. Kaikki vetyä sisältävät elementit sisältävät ytimessä neutroneiksi kutsuttuja hiukkasia, joiden massa on suunnilleen sama kuin protonit.

Nämä hiukkaset käyttävät sähkövarausta ja muita voimia pysyäkseen yhdessä atomina, ellei energiaa tuota toisesta lähde, jolloin atomit voivat hajota ydinfissiotapauksissa tai liittyä yhteen ydinfuusion tapauksessa. Kun atomi muuttaa itsensä ydinreaktion aikana, se vapauttaa energian, jota se on aiemmin käyttänyt hiukkasten pitämiseen yhdessä tai pitämisessä erillään.

Sekä fissio että fuusio ovat prosesseja, joiden tavoitteena on tuottaa energiaa, josta voimalaitokset voivat sitten muuttua sähköenergiaksi koteihin ja yrityksiin. Voimalaitokset korjaavat energian, jonka atomin vapautuu muuttuessaan eri muotoon. Toukokuusta 2011 lähtien fuusioreaktioiden energiatehokkuus, joka tarvitsee suuren määrän lähtöenergiaa reaktion aloittamiseksi, ei riitä tekemään siitä käyttökelpoisen energiantuotantovaihtoehdon.

Sekä fuusio- että fissioreaktiot soveltuvat ydinpommien valmistamiseen. Toisen maailmansodan atomipommit olivat fissiopommeja, vaikka fuusiopommi, joka tunnetaan myös nimellä vetypommi, testattiin vasta vuosikymmen tai kaksi myöhemmin.

Sekä fissio että fuusio voivat tapahtua luonnollisesti. Aurinko, planeetan lämpö- ja valoenergian lähde, luovuttaa energiaa, joka syntyy valoelementtien, kuten vedyn ja heliumin, fuusioreaktioissa. Tämä on mahdollista vain siksi, että auringon ytimessä on korkeat lämpötilat ja korkeat paineet, jotka tarjoavat käynnistysenergian fuusioreaktiolle. Fissioreaktioita ei tapahdu nykyään luonnollisesti, mutta yliopiston Lawrence Berkeleyn kansallisen laboratorion mukaan Kaliforniassa, noin 2 miljardia vuotta sitten, sijainti nykyisessä Länsi-Afrikassa oli luonnossa tapahtuva fissio reaktori.