jedrsko zlivanje (jedrska fuzija), jedrska reakcija, pri kateri se dve lahki jedri združita v težje jedro. Pri večini reakcij se pri tem sprosti veliko energije. Reakcija, pri kateri se zlijeta dve vodikovi jedri (reakcija proton-proton), je začetna stopnja verige, iz katere črpajo svojo energijo zvezde, med njimi tudi Sonce. Zaradi močnega gravitacijskega privlaka se snov krči, ob tem pa se povečujeta kinetična energija delcev in temperatura. Iz snovi nastane plazma, v kateri vlada temperatura več kakor 108 K, povprečna energija delcev pa je 1 keV (elektronvolt). Dve jedri s tako veliko energijo lahko premagata elektrostatično (Coulombovo) odbojno silo, se združita, pri tem pa se sprosti energija. S podobnimi procesi in pri višji temperaturi nastajajo težja jedra (He, Li, Be, C in vsa druga težja jedra). Zaradi velike energije, ki bi jo s takšnimi reakcijami lahko pridobivali, znanstveniki po svetu mrzlično raziskujejo možnost vzpostavitve trajnega nadzorovanega zlivanja. Prve rezultate nenadzorovanega zlivanja so na žalost že uporabili v vodikovi bombi (jedrsko orožje), v kateri zlivanje poteka eksplozijsko hitro, a zelo kratek čas. Ena od možnih rešitev nadzorovanega zlivanja je zlivanje jeder devterija v jedra helija, kar poteka pri temperaturi 100 mln. °C. Devterij je vodikov izotop, ki poleg protona vsebuje še en nevtron. Ker je devterija veliko v morski vodi (10 l vode vsebuje 1,5 cm3 težke vode, tj. D2O), bi bila elektrarna s takšnim procesom (s stališča zalog energije, ki so na voljo) idealen energijski vir. Za zagon reakcije se morajo jedra zelo približati drugo drugemu, da nad električno odbojno silo prevlada privlačna jedrska sila med nukleoni, ki jih spoji (jedrska fizika). Za to so potrebni visoki pritiski in visoka temperatura, kakršna vlada v plazmi. Plazmo, ki mora biti zelo stabilna, dobijo tako, da v posodo svitkaste oblike spustijo plin in ga z razelektritvijo segrejejo. Magnetno polje stisne nastalo plazmo (pinč efekt) in jo s tem segreje na temperaturo več milijonov stopinj. Med množico možnih reakcij se zdaj zdi najbolj obetavno zlivanje tritija (T) in devterija (D), iz česar nastanejo jedra helija (He). Proces opisuje enačba: 31T + 21D → 42He + 10n + 17,58 MeV. Devterij lahko pridobivajo z elektrolizo težke vode, tritij pa dobijo iz litija (Li) v enem od naslednjih procesov: 63Li + 10n → 31T + 42He + 4,8 MeV, 73Li + 10n → 31T + 42He + 10n – 2,5 MeV. Pri zlitju enega jedra devterija z enim jedrom tritija se sprosti 17,58 MeV energije. Na vsak mol helija, ki tehta 4,00260 g in vsebuje 6,022045 · 1023 helijevih jeder, se sprosti energija 17,58 MeV · 6,02209 · 1023 = 1,0587 · 1031 eV = 1,69 · 1012 J = 1,69 TJ. Pri zlitju sproščena energija se porazdeli med oba nastala produkta: 20 % je prejme jedro helija, 80 % pa nevtron. Druge reakcije zlivanja jeder, s katerimi bi lahko pridobivali energijo, so še: 11p + 21D → 32He + e– + 5,5 MeV, 21D + 21D → 32He + 10n + 3,3 MeV, 21D + 21D → 31T + 11p + 4,0 MeV. Te reakcije so zaradi manjšega števila nastalih nevtronov bolj ugodne. Na žalost potekajo v še težjih pogojih kakor devterij-tritijeva reakcija, zato je manj verjetno, da jih bodo lahko uporabili v reaktorjih. V razvoj in raziskave fuzijske reakcije vlagajo zdaj veliko denarja v vseh močnejših državah, saj bi z njo večinoma rešili problem oskrbe z energijo. Da steče nadzorovana reakcija, iz katere bi lahko črpali energijo, mora biti izpolnjen t. i. Lawsonov kriterij. To je produkt med gostoto delcev v plazmi n in časom zadrževanja delcev v reakcijskem prostoru t, ki je odvisen od temperature. Pri temperaturi 150 mln. °C mora znašati vsaj 2 · 1020 s/m3. Med fuzijskimi reaktorji se zdaj zdita najbolj obetavna tokamak in stelarator. Pri projektu JET v Culhamu (Velika Britanija) so razvili tokamak. Pomembne naprave te vrste so še v Oak Ridgeu (ZDA, Princeton Large Torus, kratica PLT), v Moskvi (T 10), na Japonskem JT-60. V Garchingu (Nemčija, Inštitut Maxa Plancka za fiziko plazme, IPP) so v reaktorju ASDEX uspeli vzpostaviti in zadržati reakcijo za tri sekunde. Izboljšana različica reaktorja ASDEX deluje od 1990. K stelaratorjem sodi naprava WENDELSTEIN, ki jo je razvil IPP. Magnetna polja, ki so v njej potrebna za zgoščevanje in zadrževanje plazme, dobijo z močnimi tokovi, ki tečejo ob zunanji strani svitkaste razelektritvene posode. S takšno obliko reaktorja bi bil (v nasprotju s tokamakom) mogoč kontinuiran pogon fuzijskega reaktorja. Doslej so dosegli gostoto plazme do 1014 delcev/cm3 pri temperaturi pribl. 10 mln. °C. V skupnem mednarodnem projektu naj bi pognali močan eksperimentalni reaktor ITER, ki pa še ne bo uporaben za pridobivanje električne energije. Nova možnost zlivanja jeder se v zadnjih letih odpira z uporabo močnih laserskih žarkov, s katerimi bi z vseh strani obsevali reakcijsko območje. Pri tem v tarči nastanejo udarni valovi, ki stisnejo in segrejejo snov; na žalost je tudi pri teh izkoristek reakcij še zelo majhen. Poleg težav v zvezi z vzdrževanjem plazme in zagona rekcije so nerešena še nekatera vprašanja v zvezi z materiali za graditev fuzijskih elektrarn. Tudi pri fuzijskih reaktorjih nastajajo radioaktivni odpadki; npr. zaradi intenzivnega obstreljevanja z nevtroni bodo morali notranje stene reaktorja pogosto menjati. Radioaktivnost, ki nastaja ob zlivanju, pa na srečo ni tako dolgoživa kakor v klasičnih jedrskih elektrarnah. Ker ima kot gorivo uporabljeni tritij razpolovni čas 12,3 leta, je njegova radioaktivnost zelo velika, zaščita pred njegovim sevanjem pa bolj zahtevna. Za doseganje zahtevanih močnih magnetnih polj bodo morali še bolj razviti superprevodne magnete ter boljše postopke za pretvorbo reakcijske energije v električno energijo. Zdajšnja varnostna merila so izdelali predvsem za reakcije na osnovi devterij-tritijeve plazme. Tveganje, ki bi ga pomenil fuzijski reaktor, bo pri izpolnjevanju potrebnih varnostnih ukrepov znatno manjše od tveganja, ki ga predstavlja npr. oplodni reaktor, v katerem se gorivo in odpadki zadržujejo po več let. Fuzijske reaktorje bodo polnili kontinuirano, gorivo pa bodo dovažali v majhnih količinah. Komercialno uporabo fuzijskih reaktorjev po sedanjih ocenah lahko pričakujemo sredi naslednjega stoletja.
Dostopnost