Jaderná fúze

Nejjednodušší reakcí jaderné fúze je spojování dvou jader vodíku na jádro deuteria: . Tato reakce probíhá na Slunci a je výchozí reakcí cyklu, v němž vzniká helium a sluneční záření. K získávání energie na Zemi však není vhodná, protože probíhá velmi pomalu a s malou pravděpodobností - v časovém měřítku miliard let. To je důvodem, proč Slunce září pomalu a dlouhodobě.

K získávání energie z jaderné fúze se předpokládá využití reakce mezi jádry deuteria (1 na obr. 116) a tritia (2) za vzniku částice α (3) a neutronu (4): , jejíž energie je , a později mezi dvěma jádry deuteria.

Deuterium je jádro vodíku, které obsahuje jeden proton a jeden neutron: , tritium je jádro vodíku obsahující jeden proton a dva neutrony: . Symbolem  se značí jádro vodíku, což je proton.

Tato reakce může probíhat dvěma způsoby:

1. , ;

2. , .

Obr. 116

Reakce deuteria a tritia probíhá nejsnadněji a uvolňuje se při ní značná energie. Problém však je v tom, že tritium se vyskytuje v přírodě jen v malém množství, je radioaktivní, dosti toxické a je nutné ho získávat z přírodního lithia (nacházejícím se v zemské kůře, mořské vodě, …) ozařováním neutrony. Tritium je též možné získávat z lithia pomocnou jadernu frakcí při zachycování neutronů v plášti termojaderného reaktoru. Deuterium je pak možné získávat separací z vody.

Reakce dvou jader deuteria probíhá dvěma různými způsoby za vzniku buď helia nebo tritia. Těžká voda  je obsažena v přírodní vodě oceánů v koncentraci 0,015 % a v energetickém přepočtu každý litr mořské vody vydá tolik energie jako 300 litrů benzinu.

Dále se uvažuje o reakci spojování dvou jader za účasti boru, lithia a jiných nuklidů. Ekologicky zajímavé jsou tzv. čisté reakce, při nichž nevznikají neutrony ani záření γ, jako např.:  (s energií reakce ) a  ().

Helia  je sice na Zemi nedostatek, ale bylo by možné je úspěšně těžit v povrchových vrstvách Měsíce. Nabité částice α a protony uvolněné při těchto reakcích by mohly být využity k přímé přeměně jaderné energie na elektrickou bez parního cyklu. V praxi ovšem tento způsob získávání energie nefunguje.

Aby mohlo dojít ke spojení jader, je třeba překonat odpudivé elektrostatické síly působící mezi jádry a přiblížit jádra k sobě až na jaderné vzdálenosti. Proto je nutné jádra nejprve urychlit, dodat jim značnou kinetickou energii, tzv. aktivační energii. Je zřejmé, že pokud má jaderná reakce sloužit k produkci energie, pak musí být aktivační energie menší než energie reakce .