إن عملية تحويل النوى الخفيفة جدًا إلى نوى أثقل مصحوبة أيضًا بتحويل الكتلة إلى كميات كبيرة من الطاقة ، وهي عملية تسمى الاندماج. والمصدر الرئيسي للطاقة في الشمس هو تفاعل اندماج صافي يتكون فيه أربعة هيدروجين تندمج النوى وتنتج في النهاية نواة هيليوم واحدة واثنين من البوزيترونات.

كتلة نواة الهليوم تقل بنسبة 0.7٪ عن كتلة نوى الهيدروجين الأربعة؛ يتم تحويل هذه الكتلة المفقودة إلى طاقة أثناء الاندماج. ينتج هذا التفاعل حوالي1.7 × 10⁹ إلى 2.6 × 10⁹ كيلوجول من الطاقة لكل مول من الهليوم-4 يتم إنتاجه، اعتمادًا على مسار الاندماج. هذا أقل إلى حد ما من الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي لمول واحد من اليورانيوم-235 (1.8 × 10¹⁰ كيلوجول). ومع ذلك، فإن اندماج جرام واحد من الهليوم-4 ينتج حوالي 6.5 × 10⁸ كيلوجول، وهي أكبر من الطاقة الناتجة عن انشطار غرام واحد من U-235 (8.5 × 10⁷ كيلوجول). هذا ملحوظ بشكل خاص لأن المواد المتفاعلة لانصهار الهيليوم أقل تكلفة وأكثر وفرة بكثير من U-235.

لقد تم تحديد أن نوى النظائر الثقيلة للهيدروجين، والديوترون والتريتون، تخضع للانصهار النووي الحراري في درجات حرارة عالية للغاية لتكوين نواة الهيليوم والنيوترون. يستمر هذا التغيير مع خسارة كتلة قدرها 0.0188 amu، المقابلة لإصدار 1.69 × 10⁹ كيلوجول لكل مول من الهيليوم -4 المتكون. تعتبر درجة الحرارة العالية جدًا ضرورية لإعطاء النوى طاقة حركية كافية للتغلب على قوى التنافر القوية جدًا الناتجة عن الشحنات الموجبة على نواتها حتى يمكن أن تتصادم.

تتطلب تفاعلات الاندماج المفيدة درجات حرارة عالية جدًا لبدءها —؛ حوالي 15.000.000 كلفن أو أكثر. في درجات الحرارة هذه، تتفكك جميع الجزيئات إلى ذرات، وتتأين الذرات مكونة البلازما. تحدث هذه الظروف في عدد كبير جدًا من المواقع في جميع أنحاء الكون ، حيث تعمل النجوم عن طريق الاندماج.

يعد إنشاء مفاعلات الاندماج مهمة صعبة لأنه لا توجد مواد صلبة مستقرة عند درجات الحرارة العالية ولا يمكن للأجهزة الميكانيكية احتواء البلازما التي تحدث فيها تفاعلات الاندماج. تركز الجهود البحثية المكثفة حاليًا على تقنيتين لاحتواء البلازما بالكثافة ودرجة الحرارة اللازمتين لتفاعل الاندماج: الاحتواء بواسطة مجال مغناطيسي في مفاعل توكاماك واستخدام حزم الليزر المركزة. ومع ذلك، في الوقت الحالي، لا توجد مفاعلات اندماج ذاتية الاستدامة تعمل في العالم، على الرغم من تشغيل تفاعلات الاندماج التي يتم التحكم فيها على نطاق صغير لفترات قصيرة جدًا.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 21.4: Transmutation and Nuclear Energy.