energi frigivet i fusionsreaktioner

hastighed og udbytte af fusionsreaktioner

energiudbyttet af en reaktion mellem kerner og hastigheden af sådanne reaktioner er begge vigtige. Disse mængder har en dybtgående indflydelse på videnskabelige områder som nuklear astrofysik og potentialet for nuklear produktion af elektrisk energi.

når en partikel af en type passerer gennem en samling af partikler af samme eller anden type, er der en målbar chance for, at partiklerne vil interagere. Partiklerne kan interagere på mange måder, såsom simpelthen spredning, hvilket betyder, at de ændrer retning og udveksler energi, eller de kan gennemgå en nuklear fusionsreaktion. Målet for sandsynligheden for, at partikler vil interagere, kaldes tværsnittet, og størrelsen af tværsnittet afhænger af typen af interaktion og partiklernes tilstand og energi. Produktet af tværsnittet og målpartiklens atomtæthed kaldes det makroskopiske tværsnit. Det inverse af det makroskopiske tværsnit er især bemærkelsesværdigt, da det giver den gennemsnitlige afstand, en hændelsespartikel vil rejse, før den interagerer med en målpartikel; dette inverse mål kaldes den gennemsnitlige frie sti. Tværsnit måles ved at producere en stråle af en partikel ved en given energi, så strålen kan interagere med et (normalt tyndt) mål lavet af det samme eller et andet materiale og måle afbøjninger eller reaktionsprodukter. På denne måde er det muligt at bestemme den relative sandsynlighed for en type fusionsreaktion versus en anden såvel som de optimale betingelser for en bestemt reaktion.tværsnittene af fusionsreaktioner kan måles eksperimentelt eller beregnes teoretisk, og de er blevet bestemt for mange reaktioner over en lang række partikelenergier. De er velkendte for praktiske anvendelser af fusionsenergi og er rimeligt velkendte, dog med huller, for stjernernes udvikling. Fusionsreaktioner mellem kerner, hver med en positiv ladning på en eller flere, er de vigtigste for både praktiske anvendelser og nukleosyntesen af lyselementerne i stjernernes brændende stadier. Alligevel er det velkendt, at to positivt ladede kerner afviser hinanden elektrostatisk—dvs.de oplever en frastødende kraft omvendt proportional med kvadratet af afstanden, der adskiller dem. Denne frastødning kaldes Coulomb-barrieren (se Coulomb force). Det er meget usandsynligt, at to positive kerner vil nærme sig hinanden tæt nok til at gennemgå en fusionsreaktion, medmindre de har tilstrækkelig energi til at overvinde Coulomb-barrieren. Som et resultat er tværsnittet for fusionsreaktioner mellem ladede partikler meget lille, medmindre partiklernes energi er høj, mindst 104 elektronvolt (1 EV-værdi 1,602-værdi 10-19 joule) og ofte mere end 105 eller 106 eV. Dette forklarer, hvorfor midten af en stjerne skal være varm for at brændstoffet kan brænde, og hvorfor brændstof til praktiske fusionsenergisystemer skal opvarmes til mindst 50.000.000 Kelvin (K; 90.000.000 kr. Først da opnås en rimelig fusionsreaktionshastighed og effekt.