Kernfusie, een zon op aarde

Tijdens het kernfusieproces versmelten twee lichte atoomkernen tot één zwaardere, zoals getoond in figuur 1. Bij dit proces komt veel energie vrij. Er zijn veel verschillende fusiereacties mogelijk: in sterren worden op die manier van het lichtste element - waterstof - steeds zwaardere kernen gevormd, een proces dat zich voortzet tot het element ijzer.

Figuur 1. Twee atomen, hier deuterium en tritium, fuseren. Daarbij ontstaat een heliumkern, een vrij neutron, en zeer veel energie.

Kernfusie is de energiebron van het heelal. In sterren zoals de zon versmelt waterstof tot helium, bij een temperatuur van 10 tot 15 miljoen graden Celsius. De zon zet elke seconde ongeveer 600 miljoen ton waterstof om in 596 miljoen ton helium. Vier miljoen ton materie wordt daarbij omgezet in energie, volgens Einsteins beroemde formule E=mc². Die vier miljoen ton is goed voor 3.6·10²⁶ joule per seconde, ongeveer een miljoen maal zoveel energie als we op aarde in een heel jaar verbruiken.

Fusie gaat niet vanzelf. Om te fuseren moeten de atoomkernen dicht genoeg bij elkaar komen, zodat de sterke kernkracht - die slechts op korte afstand voelbaar is - de kernen naar elkaar toe kan trekken. Op grotere afstand overheerst echter de elektrische kracht, en aangezien de kernen positief geladen zijn stoten ze elkaar af. Om te bereiken dat de kernen voldoende dicht bij elkaar komen moet de temperatuur voldoende hoog gemaakt worden, zodat de kernen met hoge snelheid tegen elkaar botsen.