Coulombbarriären
Kärnfusion förenar lätta atomkärnor till tyngre kärnor. För lätta nuklider kan produkten ha högre bindningsenergi per nukleon och lägre total vilomassa, så masskillnaden frigörs som energi.
Fusion i stjärnor
Positivt laddade kärnor repellerar varandra elektriskt. För att den starka kärnkraften ska kunna binda dem måste de komma mycket nära varandra. Hög temperatur ger större kinetiska energier, men kvantmekanisk tunnling genom Coulombbarriären är också avgörande för att fusion ska ske vid realistiska temperaturer.
Reaktionshastighet och temperatur
En typisk atom har en diameter kring 10⁻¹⁰ meter, medan kärnans storlek ligger kring 10⁻¹⁵ meter. Nästan hela atomens massa finns alltså i en region som är oerhört liten jämfört med hela atomen. Elektronmolnet har ingen skarp kant, och elektroner ska inte föreställas som små planeter som följer exakta klassiska banor.
Magnetisk och inertial inneslutning
Det räcker inte att ange en enda temperaturgräns. Fusionshastigheten beror på partiklarnas energifördelning och reaktionens tvärsnitt. Det så kallade Gamow-fönstret beskriver ungefär det energiområde där kombinationen av tillgängliga partiklar och tunnlingssannolikhet ger störst bidrag.
Coulombbarriären
På jorden försöker man skapa fusion med mycket heta plasman. Magnetisk inneslutning använder starka magnetfält för att hålla laddade partiklar borta från väggarna, medan inertial fusion snabbt komprimerar ett litet bränslemål. Båda metoderna måste hantera stora energiflöden och materialkrav.
Positivt laddade kärnor repellerar varandra elektriskt. För att den starka kärnkraften ska kunna binda dem måste de komma mycket nära varandra. Hög temperatur ger större kinetiska energier, men kvantmekanisk tunnling genom Coulombbarriären är också avgörande för att fusion ska ske vid realistiska temperaturer.