核融合反応で放出されるエネルギー

核融合反応の速度と収率

核間の反応のエネルギー収率 これらの量は、核天体物理学や電気エネルギーの核生産の可能性などの科学分野に大きな影響を与えています。あるタイプの粒子が同じタイプまたは異なるタイプの粒子の集合を通過すると、粒子が相互作用する測定可能な可能性があります。

あるタイプの粒子が同じタイプまたは異なるタイプの粒子の集合を通過すると、粒子が相互作用する可能性があります。

粒子は、単に散乱などの多くの方法で相互作用してもよく、これは方向を変えてエネルギーを交換することを意味し、または核融合反応を受ける可能性 粒子が相互作用する可能性の尺度は断面積と呼ばれ、断面積の大きさは相互作用の種類と粒子の状態とエネルギーに依存します。 ターゲット粒子の断面積と原子密度の積は巨視的断面積と呼ばれます。 巨視的な断面積の逆数は、入射粒子が標的粒子と相互作用する前に移動する平均距離を与えるので特に注目に値する。 断面積は、与えられたエネルギーで1つの粒子のビームを生成し、ビームが同じまたは異なる材料で作られた（通常は薄い）ターゲットと相互作用することを可能にし、偏向または反応生成物を測定することによって測定される。 このようにして、あるタイプの融合反応と別のタイプの融合反応の相対的な可能性、ならびに特定の反応の最適条件を決定することが可能である。

核融合反応の断面積は、実験的に測定することも、理論的に計算することもでき、幅広い粒子エネルギーにわたって多くの反応について決定されて それらは実用的な核融合エネルギー応用のためによく知られており、恒星の進化のためにはギャップがあるが、合理的によく知られている。 一つ以上の正の電荷を持つ核間の融合反応は、星の燃焼段階における軽元素の実用的な応用と元素合成の両方にとって最も重要である。 しかし、2つの正に帯電した核が互いに静電気的に反発することはよく知られています—すなわち、それらを分離する距離の2乗に反比例する反発力を経験します。 この反発はクーロン障壁と呼ばれます（クーロン力を参照）。 クーロン障壁を克服するのに十分なエネルギーを持たない限り、二つの正の核が融合反応を受けるのに十分密接に互いに接近することは非常に低い。 その結果、荷電粒子間の核融合反応の断面積は、粒子のエネルギーが高く、少なくとも104電子ボルト（1eV≤1.602×10-19ジュール）であり、しばしば105または106eVを超えない限り、非常に小さい。 これは、燃料を燃焼させるために星の中心が熱くなければならない理由と、実用的な核融合エネルギーシステムの燃料が少なくとも50,000,000ケルビン（K）に加熱されなければならない理由を説明している。; 90,000,000°F）。 それだけで、合理的な核融合反応速度と出力が達成されます。

クーロン障壁の現象は、核融合によるエネルギー生成と核分裂の根本的な違い 重元素の核分裂は陽子または中性子のいずれかによって誘導されるが、実用化のための核分裂エネルギーの生成はウランまたはプルトニウム中の核分裂反応を誘導するための中性子に依存している。 電荷を持たない中性子は、そのエネルギーが室温に対応していても核に自由に入ることができます。 核融合エネルギーは、軽い核間の核融合反応に依存するように、粒子がクーロン反発力を克服するのに十分なエネルギーを有する場合にのみ生じる。 これは、プラズマ状態として知られている高温状態へのガス状反応物の製造および加熱を必要とする。