Fissio ja fuusio ovat kaksi tapaa vapauttaa energiaa atomituumista ydinreaktion kautta. Niiden välinen ero on prosessissa: Yksi sulaa pienempien ytimien atomeja fuusioimalla ne, kun taas toinen hajottaa ne fissiotuotteiksi. Kummassakin tapauksessa mukana oleva energiamäärä on niin suuri, miljoonia kertoja enemmän kuin muista energialähteistä, että näitä ydinprosesseja tapahtuu vain tietyissä olosuhteissa.
Mikä on ydinfuusio?
Verbinä sulake on synonyymi "yhdistää" tai "sekoita". Tästä seuraa, että ydinfuusioprosessissa kaksi kevyttä ydintä sulake yhteen muodostaa raskaampi ydin. Esimerkiksi kaksi vetyatomia voivat sulautua yhteen muodostaen yhden deuteriumin.
Valtavan korkea energia, yleensä äärimmäisen lämmön muodossa, joka aiheuttaa erittäin korkeita lämpötiloja, ja paine tarvitaan kahden houkuttelemiseen voimakkaasti positiiviset ytimet, jotka normaalisti hylkivät riittävän läheiseen tilaan fuusion tapahtumiselle vapauttamalla ydinvoimaa prosessi.
Tämän seurauksena tämä prosessi tapahtuu vain sellaisten tähtien sisällä kuin aurinko, joiden ytimissä on luonnollinen fuusioreaktori. Ihmiskunta voi väliaikaisesti luoda olosuhteet ydinfuusioille esimerkiksi vetypommin avulla, mutta sellaisten korkeiden lämpötilojen ylläpitäminen, jotka ovat välttämättömiä hallitulle, jatkuvalle reaktiolle käytettäväksi energialähteenä, ei ole vielä mahdollista.
Kun ydinfuusio alkaa, se voi kuitenkin jatkua itseään ylläpitävänä ketjureaktio. Tämä johtuu siitä, että pienemmät atomit, joiden massa on jopa jaksollisen raudan massa, antavat sulatettuna enemmän energiaa kuin tarvitaan niiden fuusioimiseksi (eksoterminen reaktio). Sellaisena ydinfuusio on prosessi, jossa suurin osa tähdistä antaa energiaa.
Mikä on ydinfissio?
Fissio, joka voidaan määritellä jakamalla jotain osiin, on fuusion vastakohta.
Ydinfissiossa raskas ydin hajoaa kevyemmiksi. Rikkoutuminen tapahtuu, kun neutroni törmää raskaaseen ytimeen, mikä luo hyvin radioaktiivisia ja epävakaita sivutuotteita yhdessä muiden neutronien kanssa, jotka hajoavat edelleen ydinketjureaktiossa.
Ydinfissiosta vapautuva energia on miljoonia kertoja tehokkaampi kuin vastaavan hiilimassan poltosta vapautuva energia. Toisin kuin fuusioreaktiot, fissioreaktioita on suhteellisen helppo käynnistää ja hallita ydinreaktorien sisällä, mikä tekee niistä laajan energialähteen.
Esimerkkejä fissiosta ja fuusiosta
- Ydinreaktorit: Insinöörit käyttävät yleensä plutoniumia tai uraania fissioreaktio, säätämällä nopeutta vedellä ja saumattomilla aineilla, jotka absorboivat vapaita neutroneja. Fissioreaktioissa vapautuva energia lämmittää vettä, ja tuloksena oleva höyry kääntää turbiinit, jotka tuottavat sähköä ihmisille.
- Atomipommit: Ydinfissioreaktiot esiintyy atomipommissa. Toisin kuin ydinvoimalassa, reaktiota ei hallita, mikä mahdollistaa nopean ketjureaktion, joka johtaa uskomattomien energioiden vapautumiseen kerralla. Ainoa tapa maapallolla voi luoda fuusiolle tarvittavat olosuhteet, oikean lämpötilan ja riittävän massan, joka murskataan yhteen riittävän korkeassa paineessa, on aloittamalla fissio pommilla.
- Radioaktiivinen hajoaminen: Ydinfissio tapahtuu myös radioaktiivisessa hajoamisessa, kun alkuaine lähettää spontaanisti energiaa hiukkasten muodossa. Radioaktiivisen hajoamisen puoliintumisaika tai aika, jolloin puolet näytteessä olevista radioaktiivisista ytimistä hajoaa, riippuu ytimen kokonaisstabiilisuudesta. Maapallon luonnossa esiintyville radioaktiivisille aineille tapahtuu jatkuvasti hajoamisreaktioita tällä tavalla.
- Tähtien ydin: Ydinfuusioreaktiot esiintyy luonnollisesti tähtien sisällä olevan voimakkaan lämpötilan ja paineen alla. Tämä on useimpien tähtien antaman energian perusta.
- Kylmä fuusio: hypoteettinen tapa luoda ydinfuusio "huonelämpötilassa", mikä tekee siitä elinkelpoisen ihmisen tekemän energialähteen, kylmäfuusiota ei ole koskaan kehitetty onnistuneesti.