Bài viết này cần thêm chú thích nguồn gốc để kiểm chứng thông tin. |
Năng lượng hợp hạch (năng lượng nhiệt hạch) là năng lượng sinh ra trong phản ứng tổng hợp hạt nhân. Trong loại phản ứng này, hai hạt nhân nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một hạt nặng và giải phóng năng lượng lớn. Cụm từ năng lượng nhiệt hạch được dùng nhiều để chỉ nguồn năng lượng điện phát ra từ một nhà máy điện nhiệt hạch, tương tự như "năng lượng hơi nước". Hầu hết các nghiên cứu thiết kế nhà máy điện nhiệt hạch tập trung vào việc sử dụng nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng để quay một Tua bin hơi nước của máy phát điện. Quy trình này cũng tương tự như trong các nhà máy điện sử dụng nguồn nhiệt là dầu, than đá, khí đốt hay năng lượng phân hạch trong các nhà máy điện hạt nhân.
Phản ứng hợp hạch xảy ra khi hai hoặc nhiều hạt nhân nguyên tử đến đủ gần để lực hạt nhân kéo chúng lại với nhau vượt quá lực tĩnh điện đẩy chúng ra xa nhau, hợp nhất chúng thành hạt nhân nặng hơn. Đối với hạt nhân nặng hơn sắt-56, phản ứng là nội nhiệt, cần phải có năng lượng đầu vào. [1] Các hạt nhân nặng lớn hơn sắt có nhiều proton hơn nữa dẫn đến lực đẩy mạnh hơn. Đối với hạt nhân nhẹ hơn sắt-56, phản ứng là nhiệt, giải phóng năng lượng khi chúng hợp nhất. Vì hydro có một proton duy nhất trong hạt nhân của nó, nó đòi hỏi ít nỗ lực nhất để đạt được sự hợp hạch, và đồng thời tạo ra nhiều năng lượng nhất. Cũng vì nó có một electron, hydro là nhiên liệu dễ ion hóa nhất.
Lực đẩy mạnh này chỉ hoạt động ở khoảng cách ngắn (tối đa là một ft, đường kính của một proton hay neutron), trong khi lực đẩy nhau tĩnh điện giữa các hạt nhân hoạt động ở khoảng cách xa hơn. Để thực hiện hợp hạch, các nguyên tử nhiên liệu cần được cung cấp đủ động năng để tiếp cận nhau đủ gần để lực mạnh vượt qua lực đẩy tĩnh điện. Lượng động năng cần thiết để đưa các nguyên tử nhiên liệu đủ gần được gọi là "rào cản Coulomb". Các cách cung cấp năng lượng này bao gồm tăng tốc độ các nguyên tử trong máy gia tốc hạt, hoặc làm nóng chúng ở nhiệt độ cao.
Deuterium và tritium, những đồng vị nặng của hạt nhân hydro, là những nhiên liệu tốt nhất cho phản ứng tổng hợp hạt nhân. Do tỷ lệ neutron so với proton tương đối cao, rào cản tiềm năng của chúng cũng nhỏ. Neutron trung hòa điện giữ chặt các hạt nhân trong hạt nhân thông qua lực hạt nhân. Triton có tỷ lệ neutron-proton cao nhất so với bất kỳ hạt nhân ổn định nào (2 neutron, 1 proton). Thêm proton hoặc trừ neutron sẽ làm tăng năng lượng cần thiết để vượt qua rào cản.
Một khi một nguyên tử được nung nóng trên năng lượng ion hóa của nó, các electron của nó sẽ bị tước đi. Hạt nhân nguyên chất được gọi là ion. Sự ion hóa này tạo ra một đám mây ion nóng và các electron tự do trước đây gắn liền với chúng, gọi là plasma. Bởi vì các điện tích được tách ra, plasma có tính dẫn điện và có thể điều khiển từ tính. Nhiều thiết bị hợp hạch tận dụng điều này để giới hạn các hạt khi chúng được nung nóng.