Die Wasserstofffusion erfordert, dass zwei Wasserstoffkerne nahe genug kommen (normalerweise einige fm), um zu fusionieren. Ein Großteil des Problems bei der Schaffung eines Fusionsreaktors besteht in der Überwindung der Coulomb-Abstoßung zwischen zwei Kernen – die Millionen von Grad für Maxwellsche Verteilungen, die Bremstrahlungsverluste für den Trägheitseinschluss.
Wenn wir die Pfade zweier neutraler Wasserstoffatome (egal welcher Isotope) ausrichten könnten , wie würde die Abstoßung zwischen ihnen aussehen, wenn sie sich einer Kollision nähern? Offensichtlich gibt es auf große Entfernung eine vernachlässigbare Kraft, da beide neutral sind. Aber was passiert mit der Elektronenverteilung, wenn sie sich einander nähern?
Intuitiv erwarte ich, dass sich zwischen den Kernen eine bindende Wolke und dahinter antibindende Wolken bilden. Dies würde sich vermutlich zunächst bis zum Erreichen der üblichen Länge der kovalenten Wasserstoffbindung anziehen, wonach die Abstoßung zwischen den Kernen zunehmend dominieren würde.
Aber wie ist das im Vergleich zur bloßen Ionenkollision? Wie viel niedriger ist die Potentialbarriere?
Wenn es deutlich niedriger wäre und wir die Kollision irgendwie konstruieren könnten, um eine Fusion zu erreichen, wäre der Querschnitt natürlich größer als die ionische Fusion, aber wie viel?
Oder wäre die Barriere auf den letzten paar Femtometern genauso hoch?
Ihr letzter Satz ist genau richtig: Die Energiekosten für die Fusion liegen fast ausschließlich in den letzten paar Femtometern, bei denen elektronische Effekte vernachlässigbar sind. Obwohl es im Prinzip einen Unterschied zwischen kollidierenden neutralen Atomen und Kernen gibt, ist der Effekt bei den für die Fusion erforderlichen Energien winzig.
Die Energieunterschiede, die mit der Anwesenheit, Abwesenheit, Anordnung usw. von Elektronen verbunden sind, liegen in der Größenordnung von einigen bis einigen zehn Elektronenvolt. Eine Möglichkeit, dies zu sehen, besteht darin, festzustellen, dass die Größenskala der Wellenfunktion des Elektrons in der Größenordnung des Bohr-Radius liegt , also sind die Energieniveaus in Ordnung . Aber um eine Fusion zu erreichen, müssen Sie, wie Sie sagen, die beiden Protonen dazu bringen, innerhalb von etwa einem Fermi voneinander zu kommen. Diese Längenskala ist so etwas wie Zu mal kleiner, also handelt es sich um Energien, die ungefähr um den gleichen Faktor größer sind – MeV statt eV.