Temperatur og energifordeling
Kernefusion forener lette atomkerner til tungere. For tilstrækkeligt lette kerner kan produkterne få større bindingsenergi pr. nukleon, så den lavere samlede hvilemasse frigiver energi. Den store udfordring er at bringe positivt ladede kerner tæt nok sammen trods Coulomb-frastødningen.
Gamow-vinduet
En høj plasmatemperatur betyder ikke, at alle ioner har samme energi. De følger en bred statistisk fordeling. Kun en del af partiklerne har på et givet tidspunkt energi nok til at komme tæt på hinanden, og selv da er kvantetunnelering gennem Coulombbarrieren afgørende.
Plasma og indeslutning
Reaktionsraten bestemmes af en balance mellem to modsatrettede tendenser: partikler med høj energi er sjældne, men de tunnelere lettere; mindre energirige partikler er talrige, men har meget lavere barrierepenetration. Produktet giver et karakteristisk energivindue, ofte kaldt Gamow-toppen.
Lawson-kriteriet
Ved fusionstemperaturer er stoffet ioniseret. I magnetisk indeslutning styres ladede partikler af stærke magnetfelter, mens inertiel indeslutning komprimerer et lille brændstofmål meget hurtigt til høj tæthed. Begge metoder prøver at holde tætheden, temperaturen og tiden store nok samtidigt.
Temperatur og energifordeling
Det er ikke nok at opnå en imponerende temperatur. Fusionens nettoudbytte afhænger af et produkt af tæthed, energiindeslutningstid og temperatur. For få partikler giver få kollisioner, for kort indeslutning taber energien, og for lav temperatur gør tunneleringen for sjælden.
En høj plasmatemperatur betyder ikke, at alle ioner har samme energi. De følger en bred statistisk fordeling. Kun en del af partiklerne har på et givet tidspunkt energi nok til at komme tæt på hinanden, og selv da er kvantetunnelering gennem Coulombbarrieren afgørende.