Fuzja jądrowa to reakcja, w której lżejsze jądra łączą się w jądra cięższe. Podobnie jak to miało miejsce w przypadku reakcji rozszczepienia, tak i w przypadku fuzji jądrowej (zwanej również reakcją syntezy jądrowej) wydzielana jest duża ilość energii, którą unoszą produkty tej reakcji.

Jednym z najważniejszych dla nas przykładów fuzji jądrowej jest produkcja energii w słońcu. Słońce produkuje energię, gdy jądra wodoru  poprzez cykl reakcji syntezy, zwany cyklem protonowym, łączą się ostatecznie w bardziej stabilne jądra helu . Reakcje cyklu protonowego przedstawiono poniżej:

Całkowita energia wydzielona łącznie we wszystkich reakcjach cyklu protonowego wynosi ok. 26 MeV. Można zatem zauważyć, że w przeliczeniu na masę substratów biorących udział w reakcji, fuzja jądrowa daje znacznie więcej energii niż typowa reakcja rozszczepienia.

Obecnie uważa się, że wiele ciężkich pierwiastków na Ziemi i we Wszechświecie powstało pierwotnie we wnętrzach gwiazd wskutek reakcji syntezy jądrowej. Taki proces powstawania cięższych jąder we wnętrzach gwiazd nosi nazwę nukleosyntezy.

Bomba termojądrowa

Z uwagi na fakt, że w reakcji fuzji jądrowej wyzwalane są ogromne ilości energii, proces ten wykorzystywany jest w bombach termojądrowych. Z uwagi na fakt, że aby doszło do reakcji syntezy jądrowej potrzebne są ekstremalnie wysokie wartości temperatury (rzędu , czyli np. takie jakie występują we wnętrzach gwiazd), to niejako „zapalnikiem” w bombie termojądrowej jest klasyczna rozszczepieniowa bomba jądrowa. Uzyskana w wyniku jej wybuchu temperatura jest na tyle wysoka, że w istocie może w niej zajść proces syntezy jądrowej lekkich pierwiastków, który to proces wyzwala gigantyczne ilości energii. Szacuje się, że współczesne bomby termojądrowa mają moc ok. 1000 razy większą niż bomby jądrowe zrzucone w II wojnie światowej na Hiroszimę i Nagasaki.

Reaktor termojądrowy

Z uwagi na opisane powyżej ekstremalne warunki konieczne do tego, aby mogła zajść reakcja fuzji jądrowej, nie posiadamy obecnie reaktorów termojądrowych, które na masową skalę mogłyby wykorzystywać syntezę jądrową do produkcji energii, choć prace nad powstaniem takowego są intensywnie prowadzone, np. w projektach takich jak Joint European Torus (JET) czy International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).

Zadania do zrobienia:

1. Oblicz energię wyzwoloną w poniższej reakcji syntezy, wiedząc, że masy jąder wodoru H-2, wodoru H-3, helu He-4 i neutronu wynoszą odpowiednio: , , , . Pomiń energie kinetyczne substratów. Wynik wyraź w dżulach i megaelektronowoltach.

Odp.: