Fission och fusion är två sätt att frigöra energi från atomkärnor via kärnreaktion. Skillnaden mellan dem är i processen: Den ena smälter samman atomer med mindre kärnor genom att smälta dem medan den andra bryter isär dem i klyvningsprodukter. I båda fallen är mängden energi involverad så stor, miljoner gånger mer än från andra energikällor, att dessa kärnprocesser bara sker under specifika förhållanden.
Vad är kärnfusion?
Som verb är säkring synonymt med "kombinera" eller "blanda". Det följer att i en kärnfusionsprocess, två lätta kärnor smälta ihop för att bilda en tyngre kärna. Till exempel kan två väteatomer smälta samman och bilda en deuterium.
Enormt hög energi, vanligtvis i form av extrem värme som skapar mycket höga temperaturer, och tryck krävs för att locka två starkt positiva kärnor som normalt skulle stöta bort i ett tillräckligt nära utrymme för att fusion ska uppstå och frigöra kärnenergi i bearbeta.
Som ett resultat sker denna process bara i stjärnor som solen som har en naturlig fusionsreaktor i sina kärnor. Mänskligheten kan tillfälligt skapa förutsättningar för kärnfusion, till exempel med en vätgasbom, men att upprätthålla sådana höga temperaturer som krävs för en kontrollerad, pågående reaktion att använda som energikälla är ännu inte möjlig.
När kärnfusion börjar kan den dock fortsätta i en självbärande kedjereaktion. Detta beror på att de mindre atomerna med massor upp till järnets i det periodiska systemet avger mer energi när de smälts samman än vad som krävs för att smälta ihop dem (en exoterm reaktion). Som sådan är kärnfusion den process genom vilken de flesta stjärnor avger energi.
Vad är kärnklyvning?
Fission, som kan definieras som att dela upp något i delar, är motsatsen till fusion.
Vid kärnklyvning bryts en tung kärna isär i lättare kärnor. Brottet inträffar när en neutron smälter in i en tung kärna, vilket skapar mycket radioaktiva och instabila biprodukter, tillsammans med fler neutroner, som fortsätter att brytas ned i en kärnkedjereaktion.
Den energi som frigörs från kärnklyvning är miljontals gånger effektivare än den som frigörs från att bränna en motsvarande massa kol. Till skillnad från fusionsreaktioner är klyvningsreaktioner relativt lätta att initiera och kontrollera inuti kärnreaktorer, vilket gör dem till en utbredd energikälla.
Exempel på fission och fusion
- Kärnreaktorer: Ingenjörer använder vanligtvis plutonium eller uran för att starta en klyvningsreaktion, kontrollera hastigheten med vatten och stavar av icke-reaktivt material som absorberar fria neutroner. Den energi som släpps ut i klyvningsreaktionerna värmer vatten och den resulterande ångan gör turbiner som genererar elektricitet för mänskligt bruk.
- Atombomber: Kärnklyvningsreaktioner förekommer i atombomber. Till skillnad från i ett kärnkraftverk styrs inte reaktionen, vilket möjliggör en snabb kedjereaktion som resulterar i att otroliga energier släpps på en gång. Det enda sättet människor på jorden kan skapa de förutsättningar som är nödvändiga för fusion, rätt temperatur med tillräcklig massa krossad tillsammans med tillräckligt högt tryck, är att starta klyvning med en bomb.
- Radioaktivt avfall: Kärnfission förekommer också i radioaktivt sönderfall, när ett element spontant avger energi i form av partiklar. Halveringstiden för radioaktivt sönderfall, eller tiden för hälften av de radioaktiva kärnorna i ett prov att bryta ner, beror på kärnans övergripande stabilitet. Naturligt förekommande radioaktivt material på jorden genomgår ständigt klyvningsreaktioner på detta sätt.
- Kärnan i stjärnor: Kärnfusionsreaktioner förekommer naturligt under intensiv temperatur och tryck inuti en stjärna. Detta är grunden för den mest energi som stjärnor ger bort.
- Cold fusion: Ett hypotetiskt sätt att skapa kärnfusion vid "rumstemperatur" och därmed göra den till en livskraftig mänsklig energikälla har kall fusion aldrig utvecklats framgångsrikt.