Nükleer Füzyon

Nükleer füzyon, iki veya daha fazla hafif atom çekirdeğinin birleşerek daha ağır bir çekirdek oluşturduğu, bu süreçte muazzam miktarda enerji açığa çıkaran bir nükleer reaksiyon türüdür. Bu reaksiyon, Evren'deki yıldızların (Güneş dahil) enerji kaynağını oluşturur ve evrende bulunan enerjinin temel dinamiklerinden biridir.

Füzyon reaksiyonlarının gerçekleşebilmesi için atom çekirdeklerinin birbirine çok yakın mesafeye gelmesi gerekir. Ancak, pozitif yüklü çekirdekler arasındaki doğal elektrostatik itme kuvveti (Coulomb bariyeri) bu birleşmeyi engeller. Bu bariyeri aşmak için çekirdeklerin son derece yüksek sıcaklıklara (milyonlarca derece Santigrat) ve basınca maruz kalması gerekmektedir. Bu aşırı koşullar altında maddeler plazma halinde bulunur; yani atomlar elektronlarından ayrılmış bir iyonize gaz durumundadır. Bu yüksek enerji koşullarında, çekirdekler yeterli kinetik enerjiye ulaşarak itme kuvvetini aşar ve güçlü nükleer kuvvetin etkisiyle birleşir.

Dünya üzerinde enerji üretimi amacıyla en çok araştırılan füzyon reaksiyonları, döteryum ve trityum izotoplarının birleşimidir. Bu reaksiyonda, döteryum (bir proton, bir nötron) ve trityum (bir proton, iki nötron) çekirdekleri birleşerek bir helyum (iki proton, iki nötron) çekirdeği ve bir serbest nötron oluşturur. Bu süreçte kütlenin bir kısmı enerjiye (Einstein'ın E=mc² formülü uyarınca) dönüşür.

Nükleer füzyon, potansiyel olarak temiz, neredeyse sınırsız ve güvenli bir enerji kaynağı olarak görülmektedir. Yakıtları (döteryum deniz suyundan, trityum ise lityumdan elde edilebilir) oldukça bol ve yaygındır. Ayrıca, nükleer fisyon reaksiyonlarına kıyasla çok daha az uzun ömürlü radyoaktif atık üretir ve kontrolsüz zincir reaksiyon riski taşımaz. Ancak, Dünya üzerinde sürekli ve kontrollü bir füzyon reaksiyonunu sürdürmek, plazmayı bu aşırı sıcaklıklarda manyetik alanlarla hapsetmek (tokamak ve stellaratörler gibi cihazlarda) veya lazerlerle atımsal olarak sıkıştırmak (ataletsel hapsetme) gibi önemli teknolojik zorluklar içermektedir. Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) gibi büyük ölçekli projeler, füzyon enerjisinin ticari olarak uygulanabilirliğini göstermek amacıyla bu zorlukların üstesinden gelmeye çalışmaktadır.