La fusión de hidrógeno requiere que dos núcleos de hidrógeno se acerquen lo suficiente (normalmente unos pocos fm) para fusionarse. Gran parte del problema de crear un reactor de fusión es superar la repulsión de Coulomb entre un par de núcleos: los millones de grados para las distribuciones de Maxwellian, las pérdidas de Bremstrahlung para el confinamiento inercial.
Si pudiéramos alinear los caminos de dos átomos de hidrógeno neutros (de cualquier isótopo), ¿cómo sería la repulsión entre ellos cuando se acercan a la colisión? Obviamente, a larga distancia, la fuerza es insignificante, ya que ambos son neutrales. Pero a medida que se acercan, ¿qué sucede con la distribución de electrones?
Intuitivamente, espero que se forme una nube de unión entre los núcleos y nubes de antienlace más allá de ellos. Presumiblemente, esto atraería al principio hasta alcanzar la longitud habitual del enlace covalente de hidrógeno, después de lo cual la repulsión internuclear dominaría cada vez más.
Pero, ¿cómo se compara eso con la colisión iónica pura? ¿Cuánto más baja es la barrera de potencial?
Obviamente, si fuera significativamente menor y de alguna manera pudiéramos diseñar la colisión para lograr la fusión, la sección transversal sería mayor que la fusión iónica, pero ¿cuánto?
¿O la barrera sería igual de alta en los últimos femtómetros?
Su última oración es exactamente correcta: el costo de energía para la fusión es casi todo en esos últimos femtómetros, en los que los efectos electrónicos son insignificantes. Aunque en principio existe una diferencia entre la colisión de átomos neutros y núcleos, a las energías requeridas para la fusión el efecto es mínimo.
Las diferencias de energía asociadas con la presencia, ausencia, disposición, etc., de electrones son del orden de unas pocas a unas pocas decenas de electronvoltios. Una forma de ver esto es notar que la escala de tamaño de la función de onda del electrón es del orden del radio de Bohr , por lo que los niveles de energía son del orden . Pero para que ocurra la fusión, como dices, tienes que conseguir que los dos protones estén a un fermi más o menos uno del otro. Esta escala de longitud es algo así como a veces más pequeño, por lo que involucra energías que son más grandes por aproximadamente el mismo factor: MeV en lugar de eV.