Để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân, cần điều kiện nhiệt độ cao hơn hàng chục độ để

1. Cơ chế của phản ứng nhiệt hạch

a. Phản ứng nhiệt hạch là gì?

− Phản ứng nhiệt hạch là quá trình trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ ( $A\le 10$ ) hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.

Ví dụ: ${}_1^{2}H{+}_1^{3}H{\to }_2^{4}He{+}_0^{1}n$ .

Phản ứng trên toả năng lượng Q_tỏa = 17,6MeV

b. Điều kiện thực hiện

- Nhiệt độ phải tăng lên đến cỡ trăm triệu độ.

- Mật độ hạt nhân trong plasma (n) phải đủ lớn.

- Thời gian duy trì trạng thái plasma ( $\tau$) phải đủ lớn.

2. Năng lượng nhiệt hạch

- Năng lượng toả ra bởi các phản ứng nhiệt hạch được gọi là năng lượng nhiệt hạch.

- Năng lượng nhiệt hạch trên Trái Đất với những ưu việt: không gây ô nhiễm (sạch) và nguyên liệu dồi dào sẽ là nguồn năng lượng của thế kỉ XXI.

- Thực tế chỉ quan tâm đến phản ứng trong đó các hạt nhân hiđrô tổng hợp thành hạt nhân hêli

 ${}_1^{1}H{+}_1^{3}H{\to }_2^{4}He;{}_1^{2}H{+}_1^{2}He{\to }_2^{4}He$

 ${}_1^{2}H{+}_1^{3}H{\to }_2^{4}He{+}_0^{1}n$

- Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp 1 (g) heli gấp 10 lần năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 (g) urani, gấp 85 lần năng lượng tỏa ra khi đốt 1 tấn than.

3. Phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất

a. Phản ứng nhiệt hạch không điều khiển

Con người đã tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân khi thử bom H. Quá trình nổ của quả bom H xảy ra như sau: Thuốc nổ TNT phát hoả đẩy hai khối uranium chập lại đạt khối lượng tới hạn, tức làm phát nổ quả bom A và đưa nhiệt độ lên hàng chục triệu độ, đủ gây phản ứng nhiệt hạch tức thời cho toàn khối deuterium và tritium. Đây chính là phản ứng nổ tổng hợp nhiệt hạch không điều khiển trong quả bom khinh khí..

b. Phản ứng tổng hợp hạt nhân có điều khiển

- Hiện nay đã sử dụng đến phản ứng: ${}_1^{2}H{+}_1^{3}H{\to }_2^{4}He{+}_0^{1}n+\mathrm{17,6}\left(MeV\right)$

- Cần tiến hành 2 việc:

+ Đưa tốc độ các hạt lên rất lớn: bằng các cách đưa nhiệt độ lên cao, hoặc dùng máy gia tốc, hoặc dùng chùm laze cực mạnh.

+ “Giam hãm” các hạt nhân đó trong một phạm vi nhỏ hẹp để chúng có thể gặp nhau, bằng các cách: đựng trong một hòn bi thủy tinh đường kính $100\mu m$ và rọi vào đó chùm tia laze cực mạnh hoặc giam hãm bằng bẫy từ.

Chú ý: Phóng xạ, phân hạch và nhiệt hạch là các phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.