Fuzijska energija

Zajednički evropski eksperiment magnetne fuzije Torus (JET) 1991

Fuziona energija je predloženi oblik proizvodnje energije koja bi proizvodila električnu energiju korištenjem toplote iz reakcija nuklearne fuzije. U procesu fuzije, dva lakša atomska jezgra spajaju se da tvore teže jezgro, oslobađajući energiju. Uređaji namijenjeni iskorištavanju ove energije poznati su kao fuzijski reaktori.

Fuzijski procesi zahtijevaju gorivo i zatvoreno okruženje s dovoljnom temperaturom, pritiskom i vremenom zatvaranja za stvaranje plazme u kojoj može doći do fuzije. Kombinacija ovih brojki koja rezultira sistemom za proizvodnju energije poznata je kao Lawsonov kriterij. U zvijezdama je najčešće gorivo vodik, a gravitacija osigurava izuzetno dugo vrijeme zatvaranja koje dostiže uvjete potrebne za proizvodnju fuzijske energije. Predloženi fuzijski reaktori općenito koriste izotope vodika, kao što su deuterij i tricij (a posebno mješavinu ova dva ), koji reagiraju lakše od vodika i omogućuju im da ispune zahtjeve Lawsonovog kriterija u manje ekstremnim uvjetima. Većina dizajna nastoji zagrijati svoje gorivo na oko 100 miliona stepeni, što predstavlja veliki izazov u stvaranju uspješnog dizajna.

Očekuje se da će nuklearna fuzija kao izvor energije imati mnoge prednosti u odnosu na fisiju. To uključuje smanjenu radioaktivnost u radu i malo nuklearnog otpada visokog nivoa, velike zalihe goriva i povećanu sigurnost. Međutim, pokazalo se da je potrebnu kombinaciju temperature, pritiska i trajanja teško proizvesti na praktičan i ekonomičan način. Istraživanje fuzijskih reaktora počelo je 1940-ih, ali do danas nijedan dizajn nije proizveo više izlazne snage fuzije od ulazne električne energije. Drugo pitanje koje utiče na uobičajene reakcije je upravljanje neutronima koji se oslobađaju tokom reakcije, a koji vremenom razgrađuju mnoge uobičajene materijale koji se koriste u reakcijskoj komori.

Istraživači fuzije su istraživali različite koncepte zatvaranja. Rani naglasak je bio na tri glavna sistema: z-pinč, stelarator i magnetno ogledalo. Trenutni vodeći dizajni su tokamak i inercijalno ograničenje (ICF) laserom. Oba dizajna se istražuju u vrlo velikim razmjerima, posebno ITER tokamak u Francuskoj i laser National Ignition Facility (NIF) u Sjedinjenim Državama. Istraživači također proučavaju druge dizajne koji mogu ponuditi jeftinije pristupe. Među ovim alternativama, postoji sve veći interes za magnetiziranu fuziju cilja i inercijsku elektrostatičku konfinaciju, te nove varijacije stelaratora.

Sunce je, kao i druge zvijezde, prirodni fuzijski reaktor, gdje zvjezdana nukleosinteza pretvara lakše elemente u teže elemente uz oslobađanje energije.