Kernfusion


Hier ist Platz für alle physikalischen Themen, die nicht so recht in die obigen Kategorien passen. Legt hier gerne neue Themen an, bei deren Einordnung ihr unsicher seid. Wir verschieben sie dann an den richtigen Platz.

Gluon

Beiträge: 12

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Beitrag Fr 16. Sep 2011, 19:09

Kernfusion

Hallo,

Meine Frage bezieht sich auf den Tunneleffekt bzw. den Zusammenhang mit der Kernfusion. Ein Tunneleffekt kommt in der Quantenmechanik vor. So gut wie überall. Es gibt da so ein Beispiel mit einem Billiardball der durch eine andere Billiardkugel tunnelt anstatt auf diese aufzuprallen und den Impuls weiterzugeben. Soweit so gut. Um nun Atomkerne miteinander zu verschmelzen muss ich die Kerne welche sich im Normalfall ja abstoßen also extrem dicht (gegen Null) zusammenbringen. Dieses soll nun der Tunneleffekt möglich machen oder zumindest wird dies vermutet, die Einzelheiten dazu sind mir leider nicht geläufig. Das bedeutet doch aber dann das ich will ich bspw. Wasserstoff herstellen ich zwei Deutorium Teilchen erst einmal beschleunigen muss und diese dann zusammenprallen...
Die Frage ist nun wieviel Energie man denn derzeitig braucht um dies zu bewerkstelligen. Außerdem folgt aus dem Tunneleffekt auch die Möglichkeit das die Kerne nicht zusammenprallen, nämlich dann wenn der Tunneleffekt nicht auftritt und sich die beiden Kernen somit abstoßen würden weil die "Abstoßungszone" nicht durch einen Tunnelsprung des Teilchens überbrückt werden würde.
Bin ich völlig auf dem Holzweg. Bitte um Hilfe...
Mir ist völlig unverständlich wie sich aus einem solchen Prozess Energie gewinnen lassen soll...

Danke im Voraus!
Gruß
Dennis

Gluon

Beiträge: 12

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Beitrag Sa 17. Sep 2011, 11:50

Re: Kernfusion

Ok, lesen hilft doch manchmal.
Die Energie die bei der Kernfusion frei wird ist also die Differenzmasse beider Teilchen die nach Einstein E=mc2 in Energie gewandelt wird. 1+1 ist hier also nicht gleich zwei sondern nur 1,9. Ok, jetzt hab ich aber die Frage ob mir jemand erklären kann wieso die Kernfusion nur bis zum Fe abläuft. 58 Protonen und dann ist erstmal Schluss. In Wiki heißt es dazu das die Reaktionen ab dem Eisen endotherm werden. Daher dann wohl auch die Tatsache das der Eisenkern zuerst kollabieren muss damit wieder Energie frei wird durch die Brennschalen die dann auf den Kern knallen..... Aber wieso und woran liegt es genau das die selbstständige Fusion beim Eisen aufhört. Welche chemischen oder physikalischen Prozesse sind denn dafür verantwortlich? Komme da nicht weiter, leider schreibt Wiki auch nur das es so ist aber nicht warum. Ich kann mir nicht erklären worin sich nun Proton 58 von Proton 59 unterscheiden soll. Außer das der KErn immer schwerer wird was sich ja aber nicht auf das einzelne Proton auswirkt.
Wäre wirklich super wenn sie jemand erbarmt und mich aufklärt.
Ebenso hab ich eine Frage zu einem Video worüber ich gestolpert bin. Hierin beschreibt Prof. Hasinger die Kernfusion.

http://www.youtube.com/watch?v=GON7iEw-tEY

Bei 5:20 etwa fängt er an zu erklären und beschreibt wie das Plasma im Magnetfeld eingefangen wird. Er sagt wenn man daraus einen Ring gemacht wird hat dieser die Eigenschaft im Inneren ein größeres (dichteres?) stärkeres Magnetfeld zu haben als Außen. Das ist soweit noch verständlich. Nun hört es aber leider auf. Was er danach sagt über die Polarisierung der Teilchen und die Ansammlung entweder oben und unten am Magnetfeld macht mir Schwierigkeiten. Ebenso wieso sich Teilchen trotz des MAgnetfeldes aus dem Plasma rausspringen können was wohl an dem entstandenen elektrischen Feld liegt will mir nicht in den Kopf...
Hat dazu jemand Hilfestellung oder Tipps wie man sich das vorzustellen hat?

Vielen Dank im Voraus
beste Grüße
Dennis

HILFE!!!!

Neutrino

Beiträge: 29

Registriert: Mi 9. Jun 2010, 15:21

Beitrag Mo 19. Sep 2011, 15:56

Re: Kernfusion

Hi.

Ich versuchs mal.

Also zwischen den Neutronen und Protonen wirkt ja eine anziehende Kraft, die starke Kernkraft.
Und zwischen den Protonen wirkt noch eine abstoßende Kraft aufgrund der gleichnamigen Ladung.

Die potentielle Energie eines Atomkerns hängt sozusagen von diesen beiden Kräften ab.

Bei Eisen ist die potentielle Energie pro Nukleon am kleinsten. Atomkerne mit weniger Nukleonen als auch mehr Nukleonen haben eine größere potentielle Energie pro Nukleon.
Das hat zur Konsequenz, dass Eisen nicht von selbst weiter fusioniert bzw. zerfällt.

Dass es gerade Eisen ist, ist einfach eine Konsequenz aus unseren Naturgesetzen.

Zu dem Film.
Ich habe in mir nicht ganz angeschaut.
Ganz versteh ich auch nicht wieso sich die Ladungen trennen, aber es wird wohl eine Konsequenz der Asymmetrie des Magnetfeld sein.

Gruß larsd

Gluon

Beiträge: 12

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Beitrag Mo 19. Sep 2011, 16:36

Re: Kernfusion

Hallo Larsd,

vielen Dank für deine Antwort und deine Bemühungen. Ich verstehe es leider immer noch nicht. Was du zur potentiellen Energie der einzelnen Nukleonen geschrieben hast ist aber sicherlich ein wichtiger Punkt für das Verständnis. Die Schlussfolgerungen die du daraus abgeleitest begreife ich leider immer noch nicht. Ich werde mich aber intensiver damit befassen und vllt. fällt der Groschen ja doch noch...

Die Erklärung mit der Asymmetrie des Magnetfeldes, wodurch ja ebenso ein elektrisches Feld resultiert, was eine Kraft bewirkt, die dann irgendwie dazu führt das Teilchen aus dem Plasmafluss hinausgeworfen werden, soll mir an dieser Stelle aber genügen.
Nochmals vielen Dank für die Antwort.
beste Grüße
Dennis

Gluon

Beiträge: 12

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Beitrag Mo 19. Sep 2011, 17:14

Re: Kernfusion

Könnte man sagen das die Entropie des Systems bei der Eisenfusion oder mit deren Abschluss die größt mögliche (ohne Einwirkungen von außen) ist? Eisen ist so stabilisiert das sich eine weitere Fusion nicht ohne äußere Wirkung einstellen kann, sprich also Zusatzenergie wodurch Neutronen freigesetzt werden würden, welche dann von bereits gebildeten Eisenkernen eingefangen werden und der neugebildete Kern durch beta-zerfall in stabile schwerere Element wandeln....
Aber die Frage nach dem Warum bleibt weiterhin bestehen. Oder ist die Frage nach dem Warum nicht wirklich zielführend?
Ich glaube ich mache einen grundlegenden Fehler bei der Sache...

Ich

Anti-Proton

Beiträge: 677

Registriert: Do 10. Jun 2010, 10:13

Beitrag Di 20. Sep 2011, 15:20

Re: Kernfusion

Wie Larsd schon sagt ist das eine Frage der niedrigsten Energie. Du kannst Eisen durchaus Protonen oder Neutronen hinzufügen (oder welche wegnehmen), du brauchst dafür aber Energie, und die muss irgendwo her kommen. Das passiert also nicht von alleine, sondern nur, wenn ausreichend Energie (und Rohstoffe) zur Verfügung stehen, z.B. in Sternenund Supernovae.
Warum gibt es einen Kern mit niedrigster Energie (pro Nukleon)? Das kann man sich im Prinzip so vorstellen:
Jedes Nukleon kann sich mit seinen Nachbarn verbinden, wobei Energie frei wird. Jedes Nukleon hat aber maximal soundsoviele Nachbarn, sagen wir 12, egal wie groß der Atomkern ist. Das heißt: wenn man die Anzahl der Nukleonen von 1 weg immer weiter erhöht, dann nimmt die Bindungsenergie pro Nukleon erst zu und bleibt dann ungefähr konstant, wenn jedes Nukleon schon seine 12 Nachbarn bekommen hat.
Die Abstoßung durch die Protonen ist aber nicht nur auf die Nachbarn beschränkt, weil die elektromagnetische Kraft nicht in ihrer Reichweite begrenzt ist. Jedesmal, wenn man ein Proton hinzufügt, arbeitet das gegen die Bindung aller anderen Protonen. Bei großer Protonenzahl überwiegt diese Abstoßung, so dass dann wieder weniger Bindungsenergie pro Nukleon zur Verfügung steht. Dieser Übergang findet eben beim Eisen statt.
Man muss sich noch dazudenken, dass es wegen des Pauli-Prinzips energetisch vorteilhafter ist, gleichviele Protonen wie Neutronen zu haben, und schon hat man ein ganz nettes Denkmodell. Wenn man das noch etwas weiter ausbaut, kommt man zur Weizsäckerschen Masseformel.

Gluon

Beiträge: 12

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Beitrag Di 20. Sep 2011, 20:20

Re: Kernfusion

Hab vielen Dank für dieses Bild! Es erleichtert doch das Verstehen. Ich werde mich in den nächsten Tagen mal eingehender damit befassen und sehen wie weit es mich trägt. Der Artikel auf Wikipedia zum Pauli-Prinzip sieht jedenfalls ziemlich respekteinflößend aus (;
Auf alle Fälle vielen Dank euch beiden für die Mühe. Denke es hat etwas gebracht ;)
Grüße
Dennis

Myon

Beiträge: 108

Registriert: Mi 5. Dez 2012, 10:15

Beitrag Do 13. Dez 2012, 12:05

Re: Kernfusion

In der Kernspaltung wird geschluckt, der Atomkern platzt.
Zu viel "gefuttert" :lol: 8-)
Der Appetit wird durch "Hitze" (sehr hoher Strahlungsdruck, ohne Tritium kaum möglich) erzeugt, das Loslösen von Teilchen die Folge ist, von einer A-Bombe "explodieren" gerade einmal 0,x % Kernmaterial.
´
Eine passive Sache.

Paradoxe:
Wenn es eine aktive Sache wäre, (die Ursache der Energie eines kleinen Teilchen wäre) , :shock: ... also ... wenn dann noch durch exaktes Zielen, der A-Kern tatsächlich getroffen werden könnte, dies trotz der Schwachen Kernkraft, und trotz der Starken Kernkraft trotzdem etwas passieren würde.
Z.B.:
Mit einem Kleinkalibergewehr aus 50 m Entfernung eine Melone treffen, dazwischen sich bewegende :shock: störende "Magnetfelder" (Wechselwirkung). 8-)
Selbst mit Zielfernrohr es zum Scheitern verurteilt wäre.
"Ein mit fast C zappelndes Zielobjekt."

Anti-Myon

Beiträge: 140

Registriert: Sa 14. Aug 2010, 01:38

Beitrag Fr 14. Dez 2012, 15:39

Re: Kernfusion

Also bei einer A-Bombe (Atombombe = Kernspaltungs von schweren Kernen wie Uran und Plutonium) brauchst Du kein Tritium. Tritium brauchst Du fuer eine H-Bombe (Wasserstoffbombe, Kernfusions-bombe). Nun in der Praxis enthaelt jede H-Bombe eine A-Bombe zum zuenden, aber dennoch sollte man diese beiden nicht verwechseln. H-Bomben sind in der Groesse stark limitiert, da zu grosse Bomben zu frueh auseinanderbrechen und dann die Reaktion abbricht. Darum wurden die H-Bomben entwickelt, die man quasi beliebig groß machen kann. H-Bomben brauchen allerdings als Zünder eine A-Bombe und haben damit eine eher fixe Mindestgroesse, wobei die USA derzeit versucht mini-A-Bomben zu bauen um sie als Bunkerbrechende Raketen einzusetzen...

Das mit den 0.x% bezieht sich vermutlich auf den Massenverlusst und nicht 0.x% der Brennmasse umgewandelt. Letzteres gibt es vermutlich nur in Nord-Korea :lol: Deren Atomwaffentest vermutlich eher eine Fehlzündung war mit nur einem Bruchteil der erwarteten Sprengkraft.
Viele Gruesse
$\vec b^{ \underline{ \tilde l \underline a}} b\!\!\!/ ^{\hat l \underline{\breve u} \overline{ \dot b \vec{ \ddot b b^\prime}}}$

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