Redigerer Kjernefysisk fusjon (avsnitt)

=== Reaksjoner og kriteria for fusjon på jorden ===
I kontrollerte fusjonsreaksjoner, kan man ha reaksjoner som løper under høyere energinivåer (temperatur) og gir vesentlig større energiutvikling per volumenhet en de som finner sted i stjernene. Fordi høyere energi og brensel med høyere reaktivitet (for eksempel D-T) har større tverrsnitt kan disse reaksjonene starte og løpe raskere. Noen trekk ved de reaksjonene en ser etter er:
	
* '''Eksoterm reaksjon'''. Det vil si at reaksjonen produserer netto energi, noe som begrenser utvalget av brensel og slagg til grunnstoff med lavere atomnummer enn 57.
* '''Bruk av brenselioner med lavt protontall'''. Dette gir lavest elektrostatisk frastøtning mellom ionene; høyere protontall gir høy coulomb energi og krever høyere hastighet eller temperatur. Dette medfører at fleste aktuelle reaksjoner har <sup>4</sup>He som sluttprodukt, selv om også <sup>3</sup>He og <sup>3</sup>H er mulig.
* '''To reaktanter'''. som nevnt over er sannsynligheten for reaksjoner med tre reaktanter svært lav og ikke praktisk oppnåelig.
* '''To eller flere produkter'''. Dette gir flere muligheter til bevaring av energi og moment.
* '''Bevare nøytrontall og protontall'''. Som betyr at reaksjonen ikke krever svak interaksjon der tverrsnitt er svært lavt og gir lav reaksjonsrate.
* '''Nøytronproduksjon'''. Nøytronproduksjon er i seg selv ikke ønskelig, og raske nøytroner vil ta energi bort fra reaksjonsområdet fordi de ikke er elektrisk ladet og derfor ikke kan innelukkes elektromagnetisk. De vil avgi energien som sekundærreaksjoner i reaktorveggen noe som fører til dannelse av radioaktive isotoper. Nøytronstråling er også svært skadelig for levende organismer. Reaksjoner som løper uten dannelse av frie nøytroner kalles ''anøytroniske''. I noen tilfelle er nøytroner allikevel ønskelige dersom sekundærreaksjonen kan produsere brenselioner, for eksempel <sup>6</sup>Li(n,T)<sup>4</sup>He som produserer tritium. Det er derfor bare et fåtall reaksjoner som møter disse kriteriene. De aktuelle med høyest reaktivitet er:

{|class="wikitable" align="center"
!Nr!!Reaksjon!!Energi!!Sannsynlighet!!Tverrsnitt Max(Barn)!!Ved Energi
|- align="center"
|(1)||D(T,n)<sup>4</sup>He||14,1 + 3,5 MeV||&nbsp;||5,0||60 keV
|- align="center"
|(2i)||D(D,p)T||3,02 + 1,01 MeV||''50&nbsp;%''||0,096||1250 keV
|- align="center"
|(2ii)||D(D,n)<sup>3</sup>He||0,82 + 2,45 Mev||''50&nbsp;%''||0,11||1750 keV 
|- align="center"
|(3)||D(<sup>3</sup>He, p)<sup>4</sup>He||14,7+ 3,6 MeV||&nbsp;||0,9||250 keV
|- align="center"
|(4)||T(T,2n)<sup>4</sup>He||11,33 MeV||&nbsp;||0,16||1000
|- align="center"
|(5)||<sup>3</sup>He(<sup>3</sup>He,2p)<sup>4</sup>He||12,9 MeV||&nbsp;||&nbsp;||&nbsp;
|- align="center"
|(6i)||<sup>3</sup>He(T,p+n)<sup>4</sup>He||12,1 MeV||''51&nbsp;%''||&nbsp;||&nbsp;
|- align="center"
|(6ii)||<sup>3</sup>He(T,D)<sup>4</sup>He||9,5 + 4,8 MeV||''43&nbsp;%''||&nbsp;||&nbsp;
|- align="center"
|(6iii)||<sup>3</sup>He(T,n+p)<sup>4</sup>He||1,9+11,9+0,5 MeV||''6&nbsp;%''||&nbsp;||&nbsp;
|- align="center"
|(7)||<sup>6</sup>Li(D,)2<sup>4</sup>He||22,4 MeV||&nbsp;||&nbsp;||&nbsp;
|- align="center"
|(8)||<sup>6</sup>Li(p,<sup>3</sup>He)<sup>4</sup>He||2,3 + 1,7 MeV||&nbsp;||0,22||1500 keV
|- align="center"
|(9)||<sup>6</sup>Li(<sup>3</sup>He, p)2<sup>4</sup>He||16,9 MeV||&nbsp;||&nbsp;||&nbsp;
|- align="center"
|(10)||<sup>11</sup>B(p,)3<sup>4</sup>He||8,7 MeV||&nbsp;||1,2<br />(0,098)||550 keV<br />(148 keV)
|- align="center"
|(11)||<sup>7</sup>Li(n, n+<sup>4</sup>T)<sup>4</sup>He||&nbsp;||&nbsp;||&nbsp;||&nbsp;
|- align="center"
|(12)||<sup>6</sup>Li(n,<sup>4</sup>T)<sup>4</sup>He||&nbsp;||&nbsp;||&nbsp;||&nbsp;
|}

''p ([[protium]]), D ([[deuterium]]) og T ([[tritium]]) er notasjon for de tre isotopene av hydrogen.'' For reaksjoner med flere mulige produkter er relativ reaksjonsrate gitt over.

En del reaksjoner er ikke spesielt egnet, for eksempel er (7) omtrent like vanskelig å få til å gå som (10), men produserer vesentlig flere uønskede nøytroner ved sidereaksjoner (D-D). (11) og (12) krever noe energi og er kun viktig for produksjon (breeding) av Tritium fra Litium til bruk i D-T fusjon.

I en reaktor med plasma i '''tilnærmet likevekt''' vil man bruke [[Lawson-kriteriet]] og beregne høyeste mulige ytelse etter trippelproduktet <math>n_{\rm e}T\tau_{\rm E}</math> som beskrevet over. Ettersom et brenselion alltid er hydrogen (Z=1) vises atomnummer for det andre brenselionet, videre total fusjonsenergi, energien til ladede partikler og neutronisitet uttrykt ved den energiandelen som avgis i ikke ladede partikler, alle etter veide sannsynligheter for reaksjon og mulige sidereaksjoner:

{| class="wikitable"  align="center"
!Brensel !! ''T'' [keV] !! <σv>/T² [m³/s/keV²]!!''Z''!!''E''<sub>fus</sub> [MeV]!!''E''<sub>ch</sub> [MeV]!!neutronisitet
|-
|D-T || 13.6 || 1.24{{e|-24}}||  1 || 17.6 || 3.5 || 0.80
|-
|D-D || 15 || 1.28{{e|-26}}||  1 || 12.5 || 4.2 || 0.66
|-
|D-<sup>3</sup>He || 58 || 2.24{{e|-26}}||  2 || 18.3 ||18.3 || ~0.05
|-
|p-<sup>6</sup>Li || 66 || 1.46{{e|-27}}||  3 ||  4.02 || 4.02 ||
|-
|p-<sup>11</sup>B || 123 || 3.01{{e|-27}}||  5 || 8.7 || 8.7 || ~0.001
|}
Neutronisiteten er her et uttrykk for vanskelighetene knyttet til sikkerhet og skjerming knyttet til nøytroner, for eksempel fra sekundære reaksjoner i reaktorvegg.

For å få en optimal blanding av brensel kreves det at hver type ion utgjør halvparten av det totale trykket i plasmaet. Men fordi totaltrykket er konstant, er [[partialtrykk]]et for det ionet som ikke er hydrogen lavere med en faktor 2/(''Z''+1), dette fordi tilhørende elektroner bidrar til trykket. Disse deltar ikke i selve reaksjonen, og reaksjonsraten reduseres med samme faktor. For D-D er imidlertid raten dobbelt så stor som om det var to forskjellige ioner. Dette uttrykkes ved Reduksjon i tabellen under. Reaksjonskriterium uttrykkes ved <σv>/T² faktor relativt til D-T og beskriver hvor mye langsommere disse reaksjonene vil gå. Lawson-kriteriet uttrykker relativt hvor vanskelig det er å oppnå antenning, og Effekttetthet relativt til D-T er et uttrykk for reaktorens økonomiske potensial.

{| class="wikitable"  align="center"
!Brensel!!<σv>/T²!!Reduksjon!!Reaksjonskriterium!!Lawson-kriterium!!Effekttetthet
|-
|D-T || 1.24{{e|-24}} ||  1 ||    1 ||   1 ||    1
|-
|D-D || 1.28{{e|-26}} ||  2 ||   48 ||  30 ||   68
|-
|D-<sup>3</sup>He || 2.24{{e|-26}} || 2/3 ||   83 ||  16 ||   80
|-
|p-<sup>11</sup>B || 3.01{{e|-27}} || 1/3 || 1240 || 500 || 2500
|}

Energi vil videre tapes ved [[bremsstrahlung]] som oppstår når elektronene i plasmaet kolliderer med brenselionene og tar opp energi som stråles ut i form av elektromagnetisk (gamma) stråling. Fordi plasmaet er optisk transparent vil denne energien forsvinne ut av plasmaet og typisk absorberes i reaktorveggen. Tapet angår her tap av energi fra plasmaet som er nødvendig for å opprettholde reaksjon. Energien er imidlertid en del av den utnyttbare energi som kan tas ut fra reaktoren. Bremsstrahlungtapene minimaliseres ved en relativt høy temperatur i forhold til Lawson-kriteriet, og vises i følgende tabell ved denne temperatur. Ved lavere temperaturer er tapet til bremsstrahlung relativt høyere. Også energi fra reaksjonsproduktene (askeionene) tapes på denne måten og reduserer reaksjonsproduktenes bidrag til oppvarming av plasmaet.

{| class="wikitable" align="center"
!fuel!!''T''<sub>i</sub> (keV)!!''P''<sub>fus</sub>/''P''<sub>Bremsstrahlung</sub>
|-
|D-T ||   50 || 140
|-
|D-D ||  500 ||   2.9
|-
|D-<sup>3</sup>He ||  100 ||   5.3
|-
|<sup>3</sup>He-<sup>3</sup>He || 1000 ||   0.72
|-
|p-<sup>6</sup>Li ||  800 ||   0.21
|-
|p-<sup>11</sup>B ||  300 ||   0.57
|}

Selv med disse begrensningene er forholdene som skissert over idealiserte. I virkeligheten vil for eksempel fusjonsproduktene (aske) etterhvert forurense plasmaet. Det er vanskelig å innelukke brenselet uten samtidig å innelukke aske like effektivt. Det er en rekke ytterligere tap og praktiske faktorer som må løses før en slik reaktor kan produsere netto utnyttbar energi.