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
原子核同士の反応によるエネルギー収率とその割合はいずれも重要である。 5489>
ある種の粒子が同じか異なる種類の粒子の集まりを通過するとき、粒子が相互作用する可能性が測定可能な範囲で存在します。 粒子は、単に散乱（方向を変えてエネルギーを交換すること）、または核融合反応を起こすなど、さまざまな方法で相互作用する可能性があります。 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やエネルギーに依存します。 断面積と標的粒子の原子密度の積を巨視的断面積と呼びます。 この断面積の逆数が、入射粒子が標的粒子と相互作用するまでに進む平均距離を示し、平均自由行程と呼ばれる。 断面積の測定は、あるエネルギーで粒子ビームを作り、そのビームを同じ材料または異なる材料でできた標的（通常は薄い）と相互作用させ、その偏向や反応生成物を測定することによって行われる。 このようにして、あるタイプの核融合反応と別のタイプの核融合反応の相対的な可能性や、特定の反応に対する最適な条件を決定することができる。
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、広い範囲の粒子エネルギーで多くの反応について決定されてきた。 核融合エネルギーの実用化ではよく知られており、恒星進化でもギャップはあるがそれなりに知られている。 それぞれ1以上の正の電荷を持つ原子核同士の核融合反応は、実用的にも、星の燃焼段階での軽元素の核合成にも最も重要な反応である。 しかし、正電荷を持つ2つの原子核は静電的に反発し合うこと、すなわち、離れた距離の2乗に反比例した反発力を受けることはよく知られている。 この斥力はクーロン障壁と呼ばれる（クーロン力参照）。 クーロン障壁に打ち勝つだけのエネルギーがない限り、2つの陽電子核が核融合反応を起こすほど接近することはまずありえません。 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104電子ボルト（1 eV ≅ 1.602 × 10-19 ジュール）以上、しばしば105または106 eV以上の高エネルギーでない限り非常に小さくなる。 このことは、星の中心部が高温でなければ燃料が燃えない理由や、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500億ケルビン（K、90億°F）に加熱されなければならない理由を説明している。
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クーロン障壁という現象は、核融合によるエネルギー生成と核分裂の根本的な違いも説明しています。 重元素の核分裂は陽子でも中性子でも起こせるが、実用的な核分裂エネルギーの発生は、ウランやプルトニウムの核分裂反応を誘発する中性子に依存する。 電荷を持たない中性子は、そのエネルギーが室温であっても原子核に自由に入り込むことができる。 核融合エネルギーは、軽い原子核同士の核融合反応に依存しており、クーロン反発力に打ち勝つだけの十分なエネルギーがある場合にのみ発生する。 このためには、ガス状の反応物を生成し、プラズマ状態として知られる高温状態に加熱する必要があります。
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