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重水素-三重水素核融合（D-T核融合）は、重水素（ ²H ）原子核（重水素）と三重水素（³H）原子核（三重水素）が融合して、ヘリウム4原子核、自由中性子、および中性子とヘリウムから合計17.6 MeVのエネルギーを生成する核融合の一種です。これは、核融合発電や熱核兵器において最もよく知られている核融合反応です。
D-T核融合反応の反応物質の一つであるトリチウムは放射性物質である。核融合炉では、リチウムが高エネルギー中性子にさらされるとトリチウムを生成するため、オルトケイ酸リチウムやその他のリチウム含有セラミックで作られた「増殖ブランケット」が原子炉の壁に設置される。
D–T核融合では、1つの重水素が1つの三重水素と融合し、1つのヘリウム原子核、自由中性子、および約0.02 uから得られる17.6 MeVのエネルギーが生成されます。[ 1 ]得られたエネルギー量は、質量エネルギー等価性E = mc²で表されます。エネルギーの80%（14.1 MeV）は、光速の1/6で移動する中性子の運動エネルギーになります。
2H + 3Hと中性子 + 4Heの質量差は、原子核内の質量欠損と結合エネルギーの関係を表す半経験的な質量公式によって記述される。
D–T融合の証拠は、 1938年にミシガン大学でアーサー・J・ルーリグによって初めて検出されました。[ 2 ] [ 3 ]彼の実験では、0.5 MeVの入射重水素ビームを重リン酸ターゲット2H3PO4に照射し、2H(d,p)3H反応で生成された3Hの二次反応において、 15 MeVを超えるエネルギーを持つ中性子の痕跡を検出しました。この発見は最近までほとんど認識されていませんでした。[ 4 ]
海水中の水素原子の約6700個に1個は重水素であるため、比較的容易に入手できる。[ 1 ] [ 5 ]
しかし、トリチウムは半減期が短く、天然の供給源がない放射性同位体です。これは、リチウムを高エネルギー中性子にさらすことで回避できます。これにより、トリトンが生成されます。[ 1 ] [ 5 ]また、D-T核融合自体が自由中性子を放出し、これをリチウムに照射することができます。[ 6 ]リチウムオルトケイ酸塩で作られた「増殖ブランケット」が、D-T核融合によって生成された自由中性子と反応してより多くの3Hを生成するように、核融合装置の壁に沿って配置されることがよくあります。[ 7 ] [ 8 ]このプロセスはトリチウム増殖と呼ばれます。
D-T核融合はITER [ 7 ]やその他多くの提案されている核融合炉で使用される予定です。比較的低い最低温度10⁸ケルビン[ 9 ]など、他のタイプの核融合に比べて多くの利点があります。
スピン偏極D-T燃料は、出力を損なうことなくトリチウム燃焼効率（TBE）を1桁以上向上させることができます。TBEはトリチウム分率の減少に伴って非線形的に増加しますが、電力密度はD-T断面積にほぼ線形的に増加します。非偏極53:47 D-T燃料を使用した481 MW ARC型トカマクでは、最小トリチウム在庫は0.69 kgでした。63:37 D-T混合燃料で燃料をスピン偏極すると、必要なトリチウムは0.03 kgに減少します。ヘリウムダイバータの排気効率の向上により、最小限の電力損失で低トリチウム分率のスピン偏極燃料を使用して約10%～40%のTBE値を達成できます。これにより、トリチウム起動時の在庫要件が低減されます。[ 10 ]