Termoyadro reaksiyasi — yadro reaksiyasining bir turi bo‘lib, unda yengil atom yadrolari birlashib, og‘irroq yadrolarni hosil qiladi; bunda ularning kinetik energiyasi asosiy rol o‘ynaydi. Ushbu energiya issiqlik harakatidan kelib chiqadi.

Sodir bo‘lishi uchun yadro reaksiyasining dastlabki atom yadrolari «Kulon to‘sig‘i» deb ataluvchi elektrostatik itarish kuchini yengishi kerak. Buning uchun ular katta kinetik energiyaga ega bo‘lishi lozim. Kinetik nazariyaga ko‘ra, moddaning harakatlanuvchi mikrozarralari (atomlar, molekulalar yoki ionlar) kinetik energiyasini harorat orqali ifodalash mumkin. Demak, moddani qizdirish orqali termoyadro reaksiyasini amalga oshirish mumkin. «Termoyadro reaksiyasi» atamasi aynan moddaning qizishi bilan yadro reaksiyasi o‘rtasidagi shu bog‘liqlikni ifodalaydi.

Atom yadrolari musbat elektr zaryadiga ega. Katta masofalarda ularning zaryadlari atomlarning elektron qobiqlaridagi elektronlar tomonidan ekranlanishi mumkin. Yadrolarning qo‘shilishi uchun, birinchidan, bu jarayon energetik jihatdan foydali bo‘lishi, ikkinchidan esa, ular nuklonlar orasidagi kuchli o‘zaro ta’sir sezilarli bo‘ladigan masofagacha yaqinlashishi lozim. Bu masofa yadrolarning o‘z o‘lchamiga yaqin, ammo atomlar o‘lchamidan ancha kichikdir.

Bunday masofalarda atomlarning elektron qobiqlari (hatto ular saqlanib qolgan taqdirda ham) yadro zaryadlarini endi ekranlay olmaydi. Shu sababli yadrolar kuchli elektrostatik itarilishga uchraydi. Bu kuch Kulon qonuniga muvofiq zaryadlar orasidagi masofa kvadratiga teskari proporsionaldir. Yadrolar o‘lchamiga yaqin masofalarda ularni bog‘lashga intiladigan kuchli o‘zaro ta’sirning tortish kuchi tez ortib, Kulon itarilish kuchidan ustun keladi.

Demak, reaksiyaga kirishish uchun yadrolar Kulon itarilishining potensial to‘sig‘ini yengishi kerak. Masalan, deyteriy-tritiy reaksiyasida kuchli o‘zaro ta’sir boshlanguniga qadar to‘siqning qiymati taxminan 0,1 MeV ni tashkil qiladi. Taqqoslash uchun vodorod atomining ionlanish energiyasi 13 eV. Shu sababli termoyadro reaksiyalariga kirisha oladigan modda deyarli to‘liq ionlangan plazma.

0,1 MeV energiyaga mos keladigan harorat taxminan 10⁹ K ga teng bo‘lib, unga texnik jihatdan erishish qiyin. Biroq termoyadro reaksiyasi uchun zarur haroratni pasaytiruvchi ikkita hodisa mavjud:

• Birinchidan, harorat plazma zarralarining faqat o‘rtacha kinetik energiyasini ifodalaydi: plazmada energiyasi pastroq ham, yuqoriroq ham bo‘lgan zarralar mavjud. Aslida termoyadro reaksiyasida energiyasi harorat bilan ifodalanadigan o‘rtacha energiyadan ancha yuqori bo‘lgan oz sonli yadrolar ishtirok etadi (bu «Maksvell taqsimotining dum qismi»).

• Ikkinchidan, kvant hodisalari tufayli yadrolarning energiyasi Kulon to‘sig‘idan yuqori bo‘lishi shart emas. Agar ularning energiyasi to‘siqdan biroz kichik bo‘lsa, ular ma’lum ehtimollik bilan to‘siq orqali tunnellanishi mumkin. Energiya Kulon to‘sig‘i qiymatiga qanchalik yaqin bo‘lsa, yadro reaksiyasi ehtimolligi shunchalik yuqori bo‘ladi.

Hajm birligiga to‘g‘ri keladigan termoyadro sintezi quvvati quyidagi ifoda bilan tavsiflanadi:

${\displaystyle P_f=n_A{n}_B⟨\sigma {\nu }_{A,B}⟩E_f,}$

bu yerda ${\displaystyle P_f}$ — hajm birligiga to‘g‘ri keladigan termoyadro sintezi quvvati,

${\displaystyle n_A,n_B}$ — reaksiyaga kirishuvchi A va B zarralarining hajmiy konsentratsiyalari,

${\displaystyle ⟨\sigma {\nu }_{A,B}⟩}$ — faollik, ya’ni reaksiya kesimining Maksvell taqsimoti bo‘yicha o‘rtachalashtirilgan zarralar tezligiga ko‘paytmasi.

Ko‘paytma ${\displaystyle ⟨\sigma v_{A,B}⟩}$ haroratga bog‘liq bo‘lib, ma’lum haroratda eng yuqori qiymatga erishadi. Chunki past haroratlarda zarralar energiyasi energetik to‘siqni yengishga yetmaydi, haddan tashqari yuqori haroratlarda esa zarralarning to‘qnashuv kinetik energiyasi yadrolar qo‘shilishidan hosil bo‘lgan mahsulotlarning bog‘lanish energiyasidan oshib keta boshlaydi va qo‘shilish ehtimolligi kamayadi. Eng muhim uchta termoyadro reaksiyasi faolligining haroratga bog‘liqligi rasmda ko‘rsatilgan.

Reaksiya kesimi katta bo‘lgan eng muhim ekzotermik termoyadro reaksiyalaridan ayrimlari:

Reaksiya plazmasiga manfiy zaryadlangan myuonlar.

Myuonlar µ⁻ termoyadro yoqilg‘isi bilan o‘zaro ta’sirlashib, mezomolekulalar hosil qiladi. Ularda yoqilg‘i atomlari yadrolari orasidagi masofa ancha (≈200 marta) kichik bo‘ladi. Bu yadrolarning yaqinlashishini osonlashtiradi va ularning Kulon to‘sig‘idan tunnellanish ehtimolligini oshiradi.

Bir myuon boshlaydigan sintez reaksiyalari soni X_c bo‘lib, u myuonning yopishish koeffitsiyenti bilan cheklanadi. Tajribada X_c ~100 qiymatiga erishilgan, ya’ni bitta myuon energiya ~ 100 × X MeV energiya ajrata oladi, bu yerda X — katalizlanayotgan reaksiyaning energiya chiqishi.

Hozircha ajralib chiqadigan energiya myuonning o‘zini ishlab chiqarishga ketadigan energiyadan (5–10 GeV) kam. Shunday qilib, myuon katalizi hozircha energetik jihatdan foydasiz jarayondir. Myuon katalizi yordamida tijorat jihatidan foydali energiya ishlab chiqarish X_c ~ 10⁴ bo‘lganda mumkin. Myuonlarning o‘zi ham beqaror va tez parchalanadi, shu sababli ularni doimiy ravishda qo‘shib turish kerak.

Termoyadro reaksiyasidan amalda tuganmas energiya manbai sifatida foydalanish, avvalo, boshqariladigan termoyadro sintezi (BTS) texnologiyasini o‘zlashtirish istiqbollari bilan bog‘liq. Hozirgi vaqtda ilmiy-texnologik baza BTSdan sanoat miqyosida foydalanish imkonini bermaydi.

Shu bilan birga, boshqarilmaydigan termoyadro reaksiyasi harbiy sohada qo‘llanilgan. Dunyoda birinchi marta termoyadro portlovchi qurilmasi 1952-yil noyabrda AQSHda sinovdan o‘tkazildi, 1953-yil avgustda esa Sovet Ittifoqida aviabomba ko‘rinishidagi termoyadro portlovchi qurilmasi sinovdan o‘tkazildi. Termoyadro portlovchi qurilmasining quvvati (atom bombasidan farqli o‘laroq) faqat uni tayyorlashda ishlatiladigan material miqdori bilan cheklanadi, bu esa deyarli istalgan quvvatdagi portlovchi qurilmalarni yaratish imkonini beradi.