Hvad betyder fusion?

Hej Spørg om Fysik
Jeg har et spørgsmål til brevkassen - hvad betyder en fusion?

Med venlig hilsen
A.B.R.

Ordet betyder sammensmeltning og bruges bl.a. i kunst, forretningssproget, madlavning og fysik. Den fysiske betydning er sammensmeltning af atomkerner.

Kernefusion er en proces, hvor to eller flere atomkerner forenes til en tungere kerne. Dette ledsages af et massetab, og der frigøres derfor energi ved processen. Det kan kun gøres med kerner lettere end jern, da jernkernen (og nikkel) har de største bindingsenergier, og med tungere kerner frigøres altså ikke energi ved sammensmeltning, fusionen,  af kerner.

Lidt historie:

1932 Sir Marcus 'Mark' Laurence Elwin Oliphant, (Australien, 1901 - 2000) opdager at helium-3og deuterium kan reagere med hinanden 

1939 Hans Albrecht Bethe nobel pris 1967 (D/US,  1906 - 2005) viser, at processen I stjernerne er fusion 

1953 til 1956 der konstrueres magnetiske "flasker" til fusionsforsøg i Princeton og Moskva med henblik på energiproduktion.1952 den første brintbombe detoneres (US), den tændes med en atombombe

1951 Edward Teller (Ungarn/US, 1908 -  2003) som var teoretiker og  Stanisław Marcin Ulam (PL/US, 1909 - 1984) matematiker laver en model for en brintbombe

1961 Den største brintbombe (Tsar bomben) nogensinde sprænges  på Novaya Zemlya i USSR, ca. 50 MT

1957 den første magnetiske flaske, ZETA maskinen i Harwell (GB) når fusionstemperatur.

1967 De første forsøg med LASER fusion i USA.

1968 de første vellykkede forsøg med en magnetisk flaske af typen, som kaldes Tokamak, foregår i Moskva, det er generelt apparater af den konstruktion, der arbejdes med i dag.

I dag kan man opnå både temperatur i området over 100 millioner kelvin og gastætheder, så man kan lave fusion.

I sommeren 2010 er det indtil nu bedste resultat på Joint European Torus (JET projektet, ligger i England), at fusionsreaktoren producerede i 1997 16,1 MW og i 2005 med effekt på over 10 MW i over 0,5 sekunder. Der er nok desværre meget lang vej endnu før vores energi til hjemmene kan hentes ved fusion. Der har været arbejdet på problemet over 50 år, og de nuværende udgaver kan i perioder give den energi, der skal til at holde dem selv i gang (efter 2005), men der er ikke rigtigt noget at give videre. Vi bliver heller ikke (med de nuværende ideer) fri for radioaktivt affald, idet apparaturet der anvendes til fusionen bliver radioaktivt under brug.

Der bygges nu en helt ny og større fusionsreaktor forsøgsprojekt ITER i Cadarachei Sydøstfrankrig, som burde blive færdig i 2017. Den skal kunne generere 500 MW. Det er et EU projekt i en prisklasse omkring 5 milliarder Euro eller mere. Det er hensigten, at dette forsøgsprojekt skal fungere i ca. 20 år.

Det interessante sted hvor fusion sker idag, er i stjernerne. Her forbrændes brint (som er hovedparten af enhver ny stjernes masse for solen pt. Omkring 74 % af massen) til Helium, Berylium, Kulstof osv. op til stoffer med atommasse under jern. De er generelt de stoffer, der er en del af her på jorden. Solen har i sit centrum omkring 13 600 000 K. Fusionen i solen giver en effekt ud omkring 384,6*10²⁴ W, og det sker ved at 564 millioner tons brintkerner omdannes til 560 millioner tons heliumkerner pr. sekund dvs., der omsættes 4,26 millioner tons masse til energi jævnfør Einsteins ligning E = m c².Solen taber altså masse og får mindre og mindre brint.  Solen er omkring 4,57 milliarder år gammel. Om ca. 5 milliarder år vil en stor del af brinten være fusioneret, og den vil ændrefusions processertil en række af de stoffer der nu findes inde i solen, og den bliver til en rød gigant og antageligt opsluger Merkur, Venus og Jorden i sig.

Stoffer med større atommasse end jern produceres ikke i solen. Det sker kun i supernovaeksplosioner, så det Uran, Guld , Sølv, Bly, Kviksølv og alle de andre stoffer med højere atomvægt, vi har, findes kun i ret små mængder og er "gløder" fra en fortidig supernova et eller andet sted her i nærheden, fra før jorden dannedes af en støvsky sammen med solen og de øvrige planeter. Enkelte af isotoperne er dog dannet ved radioaktivt henfald af f.eks. Uran af andre af de tunge atomkerner. Livet her på jorden har altså som primær energikilde fusion i solen.

Med venlig hilsen
Malte Olsen