energia eliberată în reacțiile de fuziune

rata și randamentul reacțiilor de fuziune

randamentul energetic al unei reacții între nuclee și rata acestor reacții sunt ambele importante. Aceste cantități au o influență profundă în domenii științifice precum astrofizica nucleară și potențialul de producere nucleară a energiei electrice.

când o particulă de un tip trece printr-o colecție de particule de același tip sau de alt tip, există o șansă măsurabilă ca particulele să interacționeze. Particulele pot interacționa în mai multe moduri, cum ar fi pur și simplu împrăștierea, ceea ce înseamnă că schimbă direcția și schimbă energia sau pot suferi o reacție de fuziune nucleară. Măsura probabilității ca particulele să interacționeze se numește secțiune transversală, iar magnitudinea secțiunii transversale depinde de tipul de interacțiune și de starea și energia particulelor. Produsul secțiunii transversale și densitatea atomică a particulei țintă se numește secțiune transversală macroscopică. Inversul secțiunii transversale macroscopice este deosebit de demn de remarcat, deoarece oferă distanța medie pe care o va parcurge o particulă incidentă înainte de a interacționa cu o particulă țintă; această măsură inversă se numește calea liberă medie. Secțiunile transversale sunt măsurate prin producerea unui fascicul de o particulă la o anumită energie, permițând fasciculului să interacționeze cu o țintă (de obicei subțire) realizată din același material sau dintr-un material diferit și măsurând devieri sau produse de reacție. În acest fel, este posibil să se determine probabilitatea relativă a unui tip de reacție de fuziune față de altul, precum și condițiile optime pentru o anumită reacție.secțiunile transversale ale reacțiilor de fuziune pot fi măsurate experimental sau calculate teoretic și au fost determinate pentru multe reacții pe o gamă largă de energii ale particulelor. Ele sunt bine cunoscute pentru aplicațiile practice ale energiei de fuziune și sunt destul de bine cunoscute, deși cu lacune, pentru evoluția stelară. Reacțiile de fuziune între nuclee, fiecare cu o sarcină pozitivă de una sau mai multe, sunt cele mai importante atât pentru aplicațiile practice, cât și pentru nucleosinteza elementelor luminoase în etapele de ardere ale stelelor. Cu toate acestea, este bine cunoscut faptul că două nuclee încărcate pozitiv se resping reciproc electrostatic—adică experimentează o forță respingătoare invers proporțională cu pătratul distanței care le separă. Această repulsie se numește bariera Coulomb (vezi forța Coulomb). Este foarte puțin probabil ca doi nuclei pozitivi să se apropie unul de celălalt suficient de îndeaproape pentru a suferi o reacție de fuziune, cu excepția cazului în care au suficientă energie pentru a depăși bariera Coulomb. Ca urmare, secțiunea transversală pentru reacțiile de fuziune dintre particulele încărcate este foarte mică, cu excepția cazului în care energia particulelor este ridicată, cel puțin 104 Electron volți (1 eV 1.602 10-19 Joule) și adesea mai mult de 105 sau 106 eV. Aceasta explică de ce centrul unei stele trebuie să fie fierbinte pentru ca combustibilul să ardă și de ce combustibilul pentru sistemele practice de energie de fuziune trebuie încălzit la cel puțin 50.000.000 kelvini (K; 90.000.000 int.f). Numai atunci se va obține o rată rezonabilă de reacție de fuziune și o putere de ieșire.

fenomenul barierei Coulomb explică, de asemenea, o diferență fundamentală între generarea de energie prin fuziune nucleară și fisiune nucleară. În timp ce fisiunea elementelor grele poate fi indusă fie de protoni, fie de neutroni, generarea energiei de fisiune pentru aplicații practice depinde de neutroni pentru a induce reacții de fisiune în uraniu sau plutoniu. Neavând sarcină electrică, neutronul este liber să intre în nucleu chiar dacă energia sa corespunde temperaturii camerei. Energia de fuziune, bazându-se pe reacția de fuziune dintre nucleele ușoare, apare numai atunci când particulele sunt suficient de energice pentru a depăși forța respingătoare Coulomb. Aceasta necesită producerea și încălzirea reactanților gazoși la starea de temperatură ridicată cunoscută sub numele de starea plasmatică.