füzyon
İki hafif atom çekirdeğinin birleşerek, daha ağır bir atom çekirdeği oluşturması. Tanecikleri bir arada tutan bağlanma enerjisi farklı çekirdeklerde farklı değerler aldığı için, füzyon sırasında dışarı enerjiler salınır.
Önemli füzyon tepkimelerinden biri, en hafif çekirdek olan hidrojen atomunun, helyum atomuna dönüşmesidir. Normal olarak hidrojen çekirdeğinde, bir tek proton bulunur; ne var ki, bunun bir ya da iki nötronla birleşmesiyle, çeşitli yan ürünler, yani izotoplar oluşabilir. Bu ürünlere “döteryum” (ya da döteron) ve “trityum” (ya da triton) adları verilir.
Enerji salınımı bakımından en verimli füzyon, döteryum ve trityum füzyonudur. Tepkime sonunda helyum çekirdeği oluşur ve bir nötron ile 17,6 milyon elektron voltluk bir enerji açığa çıkar. Çekirdek kütlelerinin toplamı alınarak, salınan enerji miktarı hesaplanabilir: Helyum ve nötronun kütle toplamı, döteryum ve trityu- munkinden biraz azdır. Aradaki fark, kütlenin enerjiye dönüşümü sonucu açığa çıkmıştır. Yalnızca çok küçük kütle dönüşümlerinin söz konusu olduğu, sıradan kimyasal tepkimelerle karşılaştırılınca, füzyonda salınan enerjinin korkunç boyutlara ulaştığı söylenebilir. Bir litre su içindeki bütün hidrojen çekirdeklerinin füzyon sürecine girmesi sağlanabilseydi, bunun açığa çıkaracağı enerji, milyonlarca litrelik petrolün yanmasından sağlanacak enerjiden fazla olurdu. Ne var ki, füzyon tepkimelerini oluşturmak oldukça güçtür. Hidrojen çekirdeklerindeki protonlar, artı elektrik yüklüdür. Tıpkı mıknatısın benzer kutupları gibi, bu artı yüklü protonlar da, birbirlerini iterler (itme gücü, protonların yaklaştırıl- masıyla artar). Füzyon tepkimesini başlatabilmek için, çekirdeklerin, çapı santimetrenin milyon kez milyonda biri kadar olan hacim içine sokulmaları ve elektrik yükünden oluşan itme gücünü aşma amacıyla, birbirlerine doğru çok büyük bir hızla hareket etmeleri gerekir. Füzyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirleyen iki etmen vardır: Çekirdeklerin bir araya geliş yakınlığı (hidrojen yoğunluğu); çekirdeklerin hareket hızı (sıcaklık). Gerekli sıcaklık, milyonlarca santigrat derece dolayındadır.
Yani sorun, milyonlarca derece sıcaklıkta, yoğun bir hidrojen hacmi yaratmakta yatmaktadır. Çeşitli ülkelerdeki araştırma merkezlerinde, denetim altında füzyon tepkimeleri sağlamak için, çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bunun için, yüksek sıcaklıklarda atomlardan kopup ayrılacak elektron ve çekirdekleri içeren, “plazma” adk, yoğun ve sıcak hidrojen hacimlerinin elde edilmesi gerekir. Magnetik alanlarla plazma sıkıştırılarak, hem gereken yoğunluk sağlanır, hem de plazma, içinde bulunduğu kabın çeperlerinden uzak tutulur (yoksa kap erir). Başka bir yöntemdeyse, yüksek güçlü lazer ışınıyla, katı döteryum paketleri bombardıman edilir. Ne var ki, elde edilecek füzyon enerjisinin kullanılabilir hale getirilmesi için, daha birçok sorunun çözülmesi gerekmektedir.
Hidrojen bombalarında, kısa süreli patlamalar halinde füzyon tepkimeleri oluşturulmuştur. Bu bombalarda, gerekli sıcaklık ve yoğunluk koşulları, başka patlayıcılar kullanılarak sağlanır. Sonuçta, milyonlarca ton dinamite eşdeğer enerji elde edilir.
Füzyon tepkimesinin insanlar tarafından başlatılmasının oldukça güç olmasına karşılık, doğada bu olay kendi kendine ve sık sık oluşur. Sözgelimi gün ışığı ve sıcaklık, güneşteki ve öbür yıldızlardaki füzyon tepkimelerinin bir sonucudur.
Doğal füzyon tepkimeleri, büyük kütlelerin çekim etkisinden kaynaklanmaktadır. Sözgelimi, güneşin merkezinde çekirdek yoğunluğu, 150 gram/cm3‘tür; sıcaklıksa 14 milyon °C dolayındadır. Bu koşullar altında bile, çekirdekler arasındaki on milyon kez milyarda bir çarpışmadan, yalnızca biri füzyonla sonuçlanmaktadır. Ama bu bile, güneşteki hidrojeni yavaş yavaş helyuma dönüştürmeye yetmektedir.