In mod natural uraniul contine 0,71 % uraniu 235, restul fiind uraniu 238. O masa de uraniu natural, oricat de mare, nu poate sustine o reactie in lant din cauza faptului ca numai uraniul 235 froduce usor fisiunea. Probabilitatea ca un neutron cu o energie de aproximativ 1 MeV sa produca fisiune este scazuta, dar probabilitatea poate fi crescuta de sute de ori cand neutronul este incetinit printr-o serie de coliziuni elastice cu nuclee usoare ca hidrogen deuteriu sau carbon.
In decembrie 1942 fizicianul italian Enrico Fermi a reusit sa produca prima reactie nucleara in lant la Universitatea din Chicago. Acest lucru a fost reusit printr-o combinatie de uraniu natural si grafit natural, acesta avand rolul de a incetini neutronii.
Energia nucleara se poate obtine prin fuziunea a doi nuclei usori in unul mai greu. Energia data de stele si de soare provine din reactii nucleare de fuziune din interiorul lor. In prezenta unei presiuni enorme si a unei temperaturi de peste 15 milioane ° C ce este in stele, nucleul de hidrogen se combina ca in ecuatia de mai jos, dand nastere la majoritatea energiei degajata de soare.
Fuziunea nucleara a fost realizata pentru prima data prin anii 1930 prin bombardarea unei tinte conttinand deuteriu, izotopul hidrogenului cu masa 2, cu deuteroni intr-un ciclotron. Pentru a ccelera raza de deuteroni este necesara folosirea unei imense cantitati de energie, marea majoritate transformandu-se in caldura. Din aceasta cauza fuziunea nu este o cale eficienta de a produce energie. In anii 1950 prima demonstratie la scara larga a eliberarii unei cantitati mari de energie in urma fiziunii, necontrolata a fost facuta cu ajutorul armelor termonucleare in SUA, URSS, Marea Britanie si Franta. Aceasta experienta a fost foarte scurta si nu aputut fi folosita la producerea de energie electrica.
In cadrul fisiunii, neutronul, care nu are sarcina electrica poate interactiona usor cu nucleul, in cazul fuziunii, nucleele au amandoua sarcina pozitiva si in mod natural nu pot interactiona pentru ca se resping conform legii lui Coulomb, lucru care trebuie contacarat. Acest lucru se poate face cand temperatura gazului este suficient de mare 50-100 milioane ° C.
Intr-un gaz de hidrogen greu izotopii deuteriu si tritiu la asa temperaturi are loc fuziunea nucleara, eliberandu-se aproximativ 17,6 MeV pe element de fuziune.
Energia apare la inceput ca energie cinetica a lui heliu 4, dar este transformata repede in caldura. Daca densitatea de gaz este sufucienta, la aceste temperaturi trebuie sa fie de 10-5 atm, aproape vid, energia nucleului de heliu 4 poate fi transferata gazului de hidrogen, mentinandu-se temperatura inalta si realizandu-se o reactie in lant.
Problema de baza in atingerea fuziunii nucleare este caldura gazului si existenta unei cantitati suficiente de nuclee pentru un timp indelungat pentru a permite eliberarea unei energii suficiente pentru a incalzi gazul. O alta problema este captarea energiei si convertirea in energie electrica. La o temperatura de 100.000 ° C toti atomii de hidrogen sunt ionizati, gazul fiind compus din nuclee incarcate pozitiv si electroni liberi incarcati negativ, stare numita plasma.
Plasma calda pentru fuziune nu se poate obtine din materiale obisnuite. Plasma s-ar raci foarte repede, si peretii vasului ar fi distrusi de caldura. Dar plasma poate fi controlata cu ajotorul magnetiilor urmand liniile de camp magnetic stand departe de pereti.
In 1980 a fost realizat un astfel de dispozitiv, in timpul fuziunii temperatura fiind de 3 ori mai mare ca a soarelui.
O alta cale posibila de urmat este de a produce fiziune din deuteriu si tritiu pus intr-o sfera mica de sticla care sa fie bombardata din mai multe locuri cu ul laser pulsand sau cu raze ionice grele. Acest procedeu produce o implozie a sferei de sticla, paroducandu-se o reactie termonucleara care aprinde carburantul.
Progresul in fuziunea nucleara este promitator dar infaptuirea de sisteme practice de creare stabile de reactie de fuziune care sa produca mai multa energie decat consuma va mai lua ceva decenii pentru realizare. Activitatea de experimentare este scumpa. Totusi unele progrese sau obtinut in 1991 cand o cantitate importanta de energie (1,7 milioane W) a fost produsa cu ajutorul reactie de fuziune controlata in Laboratoarele JET din Finlanda. In 1993 cercetatorii de la Universitatea din Princeton au obtinut 5.6 milioane W. In ambele cazuri s-a consumat mai multa energie decat s-a creat.
Daca reactia de feziune devine practica ofera o serie de avantaje o sursa de deuteriu aproape infinita din oceane, imposibilitatea de a produce accidente din cauza cantitatii mici de carburant, reziduriile nucleare sunt mai putin radioactive si mai simplu de manipulat.
