Energie uvolněná fúzní reakcí

Sazbou a výnos z fúzní reakce

energetická výtěžnost reakce mezi jádry a rychlost těchto reakcí jsou důležité. Tato množství mají hluboký vliv ve vědeckých oblastech, jako je jaderná astrofyzika a potenciál pro jadernou výrobu elektrické energie.

když částice jednoho typu prochází sbírkou částic stejného nebo jiného typu, existuje měřitelná šance, že částice budou interagovat. Částice mohou interagovat mnoha způsoby, například pouhým rozptylem, což znamená, že mění směr a vyměňují energii, nebo mohou podstoupit reakci jaderné fúze. Míra pravděpodobnosti interakce částic se nazývá průřez a velikost průřezu závisí na typu interakce a stavu a energii částic. Produkt průřezu a atomové hustoty cílové částice se nazývá makroskopický průřez. Inverzní makroskopické průřez je obzvláště pozoruhodné, protože to dává střední vzdálenost incident částic bude cestovat, než interakci s cílovou částic; tento inverzní měření, se nazývá střední volná dráha. Příčné profily se měří tím, že produkuje světlo z jedné částice na dané energie, což umožňuje světlo k interakci s (obvykle tenký) cíl vyrobeny ze stejného nebo jiného materiálu, a měření průhybů nebo reakční produkty. Tímto způsobem je možné určit relativní pravděpodobnost jednoho typu fúzní reakce proti jinému, jakož i optimální podmínky pro konkrétní reakci.

průřezy fúzních reakcí lze měřit experimentálně nebo teoreticky vypočítat a byly stanoveny pro mnoho reakcí v širokém rozsahu energie částic. Jsou dobře známé pro praktické aplikace energie z fúze a jsou poměrně dobře známé, i když s mezerami, pro hvězdný vývoj. Fúzní reakce mezi jádry, každé s kladným nábojem z jednoho nebo více, jsou velmi důležité pro praktické aplikace a nucleosynthesis z lehkých prvků v hořící etapy hvězd. Přesto, že je dobře známo, že dvě kladně nabitá jádra se vzájemně odpuzují elektrostaticky—tzn., že zkušenosti odpudivá síla nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi nimi. Tento odpor se nazývá Coulombova bariéra (viz Coulombova síla). Je vysoce nepravděpodobné, že dva pozitivní jádra se k sobě přiblíží dostatečně blízko, aby se podrobil fúzní reakci, pokud mají dostatečnou energii k překonání Coulombovy bariéry. Jako výsledek, průřez pro fúzní reakce mezi nabitými částicemi je velmi malá, pokud je energie částice je vysoká, alespoň 104 elektronvoltů (1 eV ≅ 1.602 × 10-19 joulu) a často více než 105 nebo 106 eV. To vysvětluje, proč musí být střed hvězdy horký, aby palivo hořelo, a proč musí být palivo pro praktické systémy fúzní energie zahřáté na nejméně 50 000 000 Kelvinů (K; 90 000 000 °F). Teprve potom bude dosaženo přiměřené rychlosti fúzní reakce a výkonu.

fenomén Coulombova bariéra také vysvětluje zásadní rozdíl mezi výrobou energie pomocí jaderné fúze a jaderného štěpení. Při štěpení těžkých prvků mohou být způsobeny buď protony, nebo neutrony, generace štěpení energie pro praktické aplikace je závislá na neutrony vyvolávají štěpení reakce v uranu nebo plutonia. Bez elektrického náboje může neutron volně vstoupit do jádra, i když jeho energie odpovídá pokojové teplotě. Fúzní energie, spoléhající se na fúzní reakci mezi lehkými jádry, nastává pouze tehdy, když jsou částice dostatečně energetické, aby překonaly Coulombovu odpudivou sílu. To vyžaduje výrobu a zahřívání plynných reaktantů na vysokoteplotní stav známý jako plazmatický stav.