Kernfusie

Dit artikel gaat over het natuurkundige proces. Voor onderzoek naar de toepassing in energiecentrales, zie Fusie-energie.

Kernfusie is het samensmelten van twee atoomkernen, waarbij een andere, zwaardere kern wordt gevormd. Wanneer de atoomkernen van lichte elementen zoals waterstof samensmelten, komt hierbij een deel van de interne bindingsenergie vrij in de vorm van warmte. Dit is te meten als verschil in massa (het product is lichter dan de som van de fuserende kernen), volgens Einstein's beroemde formule E = mc². Het fuseren van zwaardere kernen kost daarentegen juist energie. De overgang tussen 'licht' en 'zwaar' ligt in deze context bij het element ijzer.

Kernfusie is de energiebron van sterren en dus ook onze zon. De zon zet per seconde ongeveer 700 miljoen ton waterstof om in circa 695 miljoen ton helium. Het verschil in de massa, rond de 4,4 miljoen ton, komt overeen met de vrijgekomen energie (zo'n 400 miljard gigajoule).

Kernfusie kan alleen plaatsvinden onder extreem hoge temperatuur en druk, zoals die heersen in het centrum van sterren. Op aarde zijn zulke omstandigheden niet eenvoudig te bereiken en technologische toepassing is dan ook nog zeer beperkt. Kernfusie heeft echter wel een enorm potentieel als energiebron, omdat er grote hoeveelheden lichte atomen op aarde aanwezig zijn (met name waterstof en isotopen daarvan) waardoor de brandstof vrijwel eindeloos voorradig is. Daarnaast komen er bij het proces geen broeikasgassen vrij en minder radioactief afval dan bij kernsplijting. Daarom proberen wetenschappers kernfusie op aarde te ontwikkelen als schone en veilige energiebron. Hoewel hiermee grote vorderingen gemaakt zijn en de omstandigheden voor kernfusie inmiddels routinematig kunnen worden gecreëerd in gespecialiseerde laboratoria, is er anno 2024 nog geen prototype van een fusiereactor die daadwerkelijk energie produceert. Zie fusie-energie voor meer informatie over dit onderzoek.

Daarnaast wordt bij vrijwel alle huidige kernwapens de meeste energie geleverd door kernfusie (zie: waterstofbom). Hierbij creëert een bom gebaseerd op kernsplijting de extreme omstandigheden die nodig zijn om de fusie-reactie in gang te zetten en fungeert dus in feite als de ontsteker. Dit proces is echter niet eenvoudig in te zetten voor vreedzame toepassingen of energieopwekking.