Hallo,
warum nimmt man bei der Kernfusionsreaktionen eher Deuterium und Tritium anstatt nur einfach Wasserstoff?
Die Ladung und damit die Abstoßung ist ja gleich. Wird dadurch aber der Wirkungsquerschnitt bei D und T größer als nur bei H, weil der Kern einfach größer ist?
Ein instabiler Atomkern kann sich durch die Reaktion eines Protons zu einem Neutron stabilisieren.
Dabei wird Energie aufgenommen anstatt frei.
Warum kann aber ein freies Proton mit genügend Energie (also ein sehr schnelles Proton), wie in der Sonne vorhanden, nicht auch spontan zu einem Neutron werden?
Das hätte zwar fatale Folgen, wie dass die Sonne sich zu schnell verbrennen würde.
Aber warum geht diese Reaktion(Proton zu Neutron) nur in einem Atomkern und nicht in der Sonne bei freien Protonen?
Die Ladung und damit die Abstoßung ist ja gleich. Wird dadurch
aber der Wirkungsquerschnitt bei D und T größer als nur bei H,
weil der Kern einfach größer ist?
Hallo Tim,
das kann man einfacher und ganz klassisch verstehen: die Ladung ist gleich, bei D ist aber die Masse doppelt so gross, also die Abstossung nur halb so gross. Die Kerne treffen sich also leichter.
Mit dem Wirkungsquerschnitt kommt das Gleiche raus. Es gibt zwar verschiedene Betrachtungsweisen, aber nur EINE Physik.
das kann man einfacher und ganz klassisch verstehen: die
Ladung ist gleich, bei D ist aber die Masse doppelt so gross,
also die Abstossung nur halb so gross. Die Kerne treffen sich
also leichter.
Mit dem Wirkungsquerschnitt kommt das Gleiche raus. Es gibt
zwar verschiedene Betrachtungsweisen, aber nur EINE Physik.
Die Temperatur ist das Maß für die mittlere kinetische Energie der Atome.
Wenn die Temperatur von H und D gleich ist, dann sind die H viel schneller als die D. Das heißt, bei gleicher Temperatur nützt die Masse nicht viel, da dann das D langsamer ist und auch nicht einfacher an ein anderes D bzw. H herankommt.
Oder kann man die Geschwindigkeit der Teilchen technisch nicht eine gewisse überschreiten lassen. Dann wären die Geschwindigkeiten gleich, aber die Masse natürlich bei einem größer und damit die Energie.
Und wie wäre das auf der Sonne mit den freien Protonen, warum können diese, obwohl genug Energie da ist, nicht zum Neutron werden, um dann
leichter zu fusionieren.
Und wie wäre das auf der Sonne mit den freien Protonen, warum
können diese, obwohl genug Energie da ist, nicht zum Neutron
werden, um dann
leichter zu fusionieren.
Bist Du sicher, dass genug Energie da ist? Und warum soll der Umweg über die endotherme Bildung freier Neutronen aus freien Protonen einfacher sein, als die direkte exotherme Fusion zweier Protonen?
ganz einfach ausgedrückt: ein stabileres Teilchen als ein freies Proton gibt es mutmaßlich nicht (außer dem Elektron vielleicht).
Warum das Proton in einem gebundenen Zustand wie in einem Atomkern instabil wird, liegt einfach an der Umgebung: in einem äußeren Feld voll von weiteren Protonen, die ihrerseits einen siginifikanten Beitrag zum E-M-Feld machen, kann es energetisch günstiger sein, den Beta-Zerfall hin zu einem Neutron zu machen. Im Vakuum ist es eben energetisch günstiger, ein Proton zu sein.
That’s it.
Gruß
Oli T.
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Und warum soll der
Umweg über die endotherme Bildung freier Neutronen aus freien
Protonen einfacher sein, als die direkte exotherme Fusion
zweier Protonen?
Weil dann keine elektrostatische Abstoßung wirkt. Ein Neutron ist nicht elektrisch geladen.
Warum das Proton in einem gebundenen Zustand wie in einem
Atomkern instabil wird, liegt einfach an der Umgebung: in
einem äußeren Feld voll von weiteren Protonen, die ihrerseits
einen siginifikanten Beitrag zum E-M-Feld machen, kann es
energetisch günstiger sein, den Beta-Zerfall hin zu einem
Neutron zu machen. Im Vakuum ist es eben energetisch
günstiger, ein Proton zu sein.
Achso, in der Sonne sind ja zwischen den freien Protonen noch freie Elektronen. Sind die Protonen im Kern gebunden, sind ja keine Elektronen in nächster Nähe, die den Kern stabilisieren könnten.
Das heißt aber auch, wenn man ein Proton in ein elektrisches Feld bringen würde, dass so stark ist wie das in einem Kern, und das Proton hätte genug Energie, müsste es sich doch auch in ein Neutron umwandeln.
Mal so nebenbei: Kann man eigentlich den Zerfall von Neutronen zu Protonen durch anlegen eines elektrischen Feldes beschleunigen, weil doch die Bausteine(Quarks) elektrisch ungleichnamig geladen sind und man sie so auseinander ziehen würde(Energiezufuhr), was die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls hebt?
Oder hätte das elektrische Feld in diesem Fall eine Stabilisierung des Neutrons zur Folge oder keine Auswirkung?
Was ist richtig oder besser gesagt am wenigsten falsch?
Naja, die Sache ist tatsächlich ein wenig komplizierter: auf der Ebene der Nukleonen finden in der Sonne ständig Hin- und Herreaktionen zwischen Protonen und Neutronen statt. Diese beruhen allerdings auf der schwachen WW, nicht auf der elektromagnetischen. Das E-M-Feld liefert aber sehr wohl einen Hintergrundbeitrag, der sich auf die energetischen Eigenschaften der Teilchenzustände auswirkt.
In der Sonne selbst zerfällt auch nicht einfach nur ein Proton in ein Neutron, sondern es finden vielmehr kompliziertere ständige Kernspaltungs- und Fusionsprozesse statt.
Da ich da selbst nicht der totale Experte bin: google doch mal für den Anfang nach „Bethe-Weizsäcker-Zyklus“, so wie hier:
Noch vielleicht kurz was zur schwachen Wechselwirkung:
Die ist ja viel schwächer als die elektromagnetische Wechselwirkung (http://de.wikipedia.org/wiki/Grundkr%C3%A4fte_der_Ph…) und wirkt zum Beispiel auf (linkshändige) Quarks und (linkshändige) Elektronen (nach http://de.wikipedia.org/wiki/Schwache_Wechselwirkung…).
Wie kann jetzt aber die schwache Wechselwirkung für den Zerfall eines Neutrons in ein Proton und Elektron sein?
Wie muss man das verstehen oder ist die schwache WW in ganz engen Bereichen doch stärker als die E-M-WW?
Kann ein Neutron überhaupt spontan zerfallen, weil das würde ja voraussetzen, dass die schwache WW kurz aussetzen würde. Oder muss für den Zerfall von einem Neutron dieses mit irgendwas stoßen, sodass ein Auslöser für den Zerfall da ist?
Hallo,
die ganze Fusion in unserer Sonne (die nicht genug Masse hat, das anderes zu lösen) funktioniert nur deshalb, weil sich zum einen durch den Tunneleffekt zwei Protonen näher kommen, als die elektrische Abstoßung es eigentlich zulässt. Und weil ein Kern mit einem Proton und einem Neutron energetisch günstiger ist als einer mit nur zwei Protonen. Das ergibt dann Deuterium. Und aus zwei Deuterium-kernen wird dann ein Heliumkern.
Da der Tunneleffekt aber nur sehr selten auftritt, explodiert die Sonne nicht einfach wie eine Fusionsbombe, sondern ‚brennt‘ schön langsam vor sich hin.
Und warum soll der
Umweg über die endotherme Bildung freier Neutronen aus freien
Protonen einfacher sein, als die direkte exotherme Fusion
zweier Protonen?
Weil dann keine elektrostatische Abstoßung wirkt. Ein Neutron
ist nicht elektrisch geladen.
Dann müßte die notwendige Enrgie für die Überwindung der elektrostatischen Abstoßung schon größer sein als die Energiedifferenz zwischen Neutron und Proton. Und dabei ist noch nicht einmal berücksichtigt, dass der Potentialwall auch durchtunnelt werden kann.