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MBastieK
Anmeldungsdatum: 06.10.2012
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 MBastieK Verfasst am: 24. Nov 2022 19:02 Titel: Energieüberschuss im Fusionsplasma, laserinduziert |
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Hallo!
Ich wollte das mal zum Dialog stellen.
https://www.scinexx.de/news/physik/ueberraschung-im-fusionsplasma
https://www.forschung-und-wissen.de/nachrichten/physik/unerwarteter-energieueberschuss-im-fusionsplasma-beobachtet-13376868
| Scinexx hat Folgendes geschrieben: | Diskrepanzen zu gängigen Modellen entdeckt. Die Teilchen im Fusionsplasma haben demnach mehr Energie als sie bei diesen Temperaturen haben dürften.
...
Mehr Energie als es die Theorie erlaubt
...
Die fusionierenden Atomkerne setzten dort mehr Energie frei, als sie bei dieser Temperatur des Plasmas dürften. |
| Forschung und Wissen hat Folgendes geschrieben: | | Energieüberschuss widerspricht der Maxwell-Boltzmann-Verteilung |
Ich habe schon in Kommentar-Spalten Erklärungs-Versuche gelesen, die besagen, dass die Neutronen ihre Bewegungs-Energie noch nicht an die Umgebung abgegeben haben.
D.h. dass noch kein thermisches Gleichgewicht eingetreten ist.
Aber ich kann mir nicht vorstellen, dass die Physiker dies nicht bedacht haben in ihrer Bewertung.
Edit:
Dieser Erklärungs-Versuch geht am Thema vorbei, da es um die kinetische Neutronen-Energie unmittelbar nach Fusions-Prozess geht. Die zu hoch ist für diese Fusions-Temperatur.
Was für Erklärungs-Versuche kämen denn sonst noch so in Frage?
Nette Grüsse
Zuletzt bearbeitet von MBastieK am 25. Nov 2022 12:06, insgesamt 3-mal bearbeitet |
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DrStupid
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| DrStupid Verfasst am: 24. Nov 2022 19:26 Titel: Re: Energieüberschuss im Fusionsplasma, laserinduziert |
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| MBastieK hat Folgendes geschrieben: | | Was für Erklärungs-Versuche kämen denn sonst noch so in Frage? |
Dass die Abweichungen immer dann auftreten, wenn die Schwelle zum Brennen überschritten wird, legt nahe, dass die zusätzliche Energie aus Fusionsreaktionen stammt. Da sehe ich keinen Grund warum die Energie der Neutronen der Maxwell-Boltzmann-Verteilung folgen sollte. |
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MBastieK
Anmeldungsdatum: 06.10.2012
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| MBastieK Verfasst am: 24. Nov 2022 19:36 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Dass die Abweichungen immer dann auftreten, wenn die Schwelle zum Brennen überschritten wird, legt nahe, dass die zusätzliche Energie aus Fusionsreaktionen stammt. Da sehe ich keinen Grund warum die Energie der Neutronen der Maxwell-Boltzmann-Verteilung folgen sollte. |
Aber die sagen doch dort explizit, dass da etwas mit der Theorie nicht übereinstimmt.
Was Sie sagen muss doch mit der Theorie übereinstimmen und wäre so doch keine oder nicht so eine Physik-Nachricht wert.
Nette Grüsse |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 24. Nov 2022 20:39 Titel: |
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| MBastieK hat Folgendes geschrieben: | | Aber die sagen doch dort explizit, dass da etwas mit der Theorie nicht übereinstimmt. |
Damit könnte ganz einfach gemeint sein, dass die Energie nicht der Maxwell-Boltzmann-Verteilung entspricht (was abseits vom thermischen Gleichgewicht nicht sonderlich überraschend ist) und die beteiligten Physiker noch kein Modell haben, mit dem sie die Vorgänge in ihrerm Reaktor stattdessen quantitativ beschreiben können.
| MBastieK hat Folgendes geschrieben: | | [...] und wäre so doch keine oder nicht so eine Physik-Nachricht wert. |
Das hat sich die Autorin möglicherweise auch gedacht und die Sache deshalb sensationeller aussehen lassen, als sie in Wirklichkeit ist. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18117
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| TomS Verfasst am: 24. Nov 2022 23:13 Titel: |
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Sehe ich auch so.
Die Physiker haben dieses Plasmaregime noch nicht wirklich verstanden. Und die Wissenschaftsjournalisten haben nicht verstanden, was das bedeutet, dass es nämlich nicht überraschend ist, wenn Physiker ab und zu etwas überraschendes finden, was die nicht verstehen.
Aber dazu sind die Physiker eben da - nicht die Wissenschaftsjournalisten :-)
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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MBastieK
Anmeldungsdatum: 06.10.2012
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| MBastieK Verfasst am: 24. Nov 2022 23:34 Titel: |
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Passt Ihre Aussage
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | und die beteiligten Physiker noch kein Modell haben, mit dem sie die Vorgänge in ihrerm Reaktor stattdessen quantitativ beschreiben können. |
mit dieser Aussage überein?
| Robert Klatt (Autor bei Forschung und Wissen) hat Folgendes geschrieben: | | Alastair Moore (beteiligter Physiker) hat Folgendes geschrieben: | | Sobald die Implosion das Deuterium-Tritium-Plasma zum Brennen und Zünden brachte, übertrafen die Energien das für diese Reaktionen erwartete Energie. |
Das Plasma hätte laut den Modellen der Physik bei der dokumentierten Teilchenenergie etwa 2,5-mal heißer sein müssen. |
Da sie ja anscheinend mindestens ein Modell hatten.
Nette Grüsse |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 25. Nov 2022 00:38 Titel: |
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| MBastieK hat Folgendes geschrieben: | | Da sie ja anscheinend mindestens ein Modell hatten. |
Es wurde auch gesagt, was das war:
| Zitat: | | Denn der Maxwell-Boltzmann-Verteilung zufolge steht ihre Energie in einem direkten Verhältnis zur Temperatur des Fusionsplasmas und zur Energie der fusionierenden Atomkerne. |
Das würde man im thermischen Gleichgewicht erwarten. Diese Annahme hat sich als zu einfach herausgestellt. Also muss man sich ein komplexeres Modell ausdenken. Das ist ganz normaler Forschungsalltag. |
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MBastieK
Anmeldungsdatum: 06.10.2012
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| MBastieK Verfasst am: 25. Nov 2022 12:41 Titel: |
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Ich habe jetzt erst richtig verstanden, dass es um die kinetische Neutronen-Energie unmittelbar nach (und durch den) Fusions-Prozess geht und dass diese zu hoch ist für die genutzte bzw. gegenwärtige Fusions-Temperatur.
| scinexx hat Folgendes geschrieben: | | Die fusionierenden Atomkerne setzten dort mehr Energie frei, als sie bei dieser Temperatur des Plasmas dürften. |
D.h. der erste Erklärungs-Versuch aus den Kommentar-Spalten geht am Thema vorbei.
Nette Grüsse |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 25. Nov 2022 13:14 Titel: |
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Da ich die Kommentare nicht sehe, kann ich das nicht beurteilen. Die nicht vollständige Thermalisierung kann aber durchaus eine Ursache für das Phänomen sein. Wenn man davon ausgeht, dass sich das Plasma im thermischen Gleichgewicht befindet, dann ergeben sich daraus Erwartungswerte für die Häufigkeit von Stößen mit hinreichend hoher Energie für eine Fusion sowie für die Verteilung der bei erfolgreichen Stößen freigesetzen Energie. Wenn die Realität von dieser Idealvorstellung abweicht, dann wird man auch eine andere Energieverteilung messen.
Ein Grund für so eine Abweichung könnte darin bestehen, dass die Thermalisierung der frei werdenen Energie nicht beliebig schnell verläuft. In der Folge sind sind mehr Ionen mit sehr hoher Energie im Plasma unterwegs, als man im Gleichgewicht erwarten würde. Die führen dann nicht nur zu Fusionen mit höherer Energieabgabe, sondern sie tun das auch mit höherer Wahrscheinlichkeit als die langsameren thermischen Ionen. Dadurch könnten sie das Ergebnis auch dann signifikant beeinflussen, wenn ihr Anteil am gesamten Plasma verschwindend klein bleibt. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18117
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| TomS Verfasst am: 25. Nov 2022 13:25 Titel: |
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Mir ist das zu unklar.
| Zitat: | | Demnach setzt die Kernfusion im brennenden Plasma unerwartet energiereiche Neutronen frei. Die Teilchen im Fusionsplasma haben demnach mehr Energie als sie bei diesen Temperaturen haben dürften. |
Welche "Teilchen"? Die Neutronen? Wenn es um die geht, dann nicht um die Maxwell-Boltzmann-Verteilung (die nicht für die Reaktionsprodukte stehen kann), sondern um den Wirkungsquerschnitt dσ/dE für die Neutronen.
| Zitat: | | ... warum der Effekt nur im brennenden Plasma auftritt, ist bisher ungeklärt, so die Forschenden. |
Ich interpretiere das die die Neutron-Produktion im nicht-brennenden Plasma mit der im brennenden Plasma verglichen wird. Dabei zeigt sich wohl nicht nur eine (erwartete) höhere Ausbeute sondern auch eine (unerwartete) Energieabhängigkeit. Könnte darauf hindeuten, dass die Temperatur und/oder Geschwindigkeitsverteilung im brennenden Plasma eine andere ist als erwartet UND dass dies einen noch Einfluss auf die produzierten Neutronen hat.
| Zitat: | | Viele vom brennenden Fusionsplasma freigesetzte Neutronen besaßen Energien von rund 14 Megaelektronenvolt. Damit waren diese Neutronen deutlich energiereicher als sie es gängigen Modellen zufolge sein dürften. Denn der Maxwell-Boltzmann-Verteilung zufolge steht ihre Energie in einem direkten Verhältnis zur Temperatur des Fusionsplasmas und zur Energie der fusionierenden Atomkerne. |
Ich verstehe nicht, warum das so sein sollte, und was genau das "in einem direkten Verhältnis stehen" bedeutet.
Ich verstehe auch nicht, wieso man bei der laserinduzierten Fusion von einer Maxwell-Boltzmann-Verteilung - also eine Gleichgewichtsverteilung - ausgeht (und wie man die exakte Temperatur bestimmt)
Die Fehlerquellen können ja vielfältig sein: thermodynamisches Gleichgewicht jedoch Temperatur nicht korrekt bestimmt, Nicht-Gleichgewicht und damit vieles nicht bzw. nicht uneingeschränkt anwendbar, unbekannter Effekt im Falle der Energieabhängigkeit des Wirkungsquerschnitt ...
Leider habe ich keinen ZUgriff auf den Nature-Artikel. Hier der Abstract:
| Zitat: | | At the National Ignition Facility, inertial confinement fusion experiments aim to burn and ignite a hydrogen plasma to generate a net source of energy through the fusion of deuterium and tritium ions. The energy deposited by α-particles released from the deuterium–tritium fusion reaction plays the central role in heating the fuel to achieve a sustained thermonuclear burn. In the hydrodynamic picture, α-heating increases the temperature of the plasma, leading to increased reactivity because the mean ion kinetic energy increases. Therefore, the ion temperature is related to the mean ion kinetic energy. Here we use the moments of the neutron spectrum to study the relationship between the ion temperature (measured by the variance in the neutron kinetic energy spectrum) and the ion mean kinetic energy (measured by the shift in the mean neutron energy). We observe a departure from the relationship expected for plasmas where the ion relative kinetic energy distribution is Maxwell–Boltzmann, when the plasma begins to burn. Understanding the cause of this departure from hydrodynamic behaviour could be important for achieving robust and reproducible ignition |
Für mich klingt das nach einem ziemlich komplexen Modell, in dem natürlich fehlerhafte Annahmen versteckt sein können.
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Zuletzt bearbeitet von TomS am 28. Nov 2022 14:49, insgesamt einmal bearbeitet |
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MBastieK
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| MBastieK Verfasst am: 25. Nov 2022 15:01 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Ich interpretiere das die die Neutron-Produktion im nicht-brennenden Plasma mit der im brennenden Plasma verglichen wird. Dabei zeigt sich wohl nicht nur eine (erwartete) höhere Ausbeute sondern auch eine (unerwartete) Energieabhängigkeit. Könnte darauf hindeuten, dass die Temperatur und/oder Geschwindigkeitsverteilung im brennenden Plasma eine andere ist als erwartet UND dass dies einen noch Einfluss auf die produzierten Neutronen hat. |
Wenn die Geschwindigkeits-Verteilung im starken Ungleichgewicht ist bzw. stark variiert, dann müsste es ja Bereiche geben, wo keine Fusion stattfindet und die gesamte erwartete Neutronen-Ausbeute bzw. Neutronen-Anzahl nicht bedient wird, d.h. geringer als erwartet sein müsste.
Während in den anderen Bereichen, wo die ausgleichende erhöhte Temperatur bzw. Teilchen-Geschwindigkeit zugegen ist, dem entsprechend die Neutronen durch den Fusions-Prozess dort mit der extra erhöhten Energie ausgleichend ausgestattet werden.
Aber anscheinend ist ja die Neutronen-Ausbeute bzw. Neutronen-Anzahl der Erwartung entsprechend.
Als ob überall dort, wo man theoretisch Fusion erwartet, auch Fusion stattfindet. D.h. dort überall die Fusions-Temperatur erreicht wird.
Man kennt ja auch die Energie-Menge, die man durch den Laser induziert bzw. einspeist in das Plasma.
Nette Grüsse |
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TomS
Moderator
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| TomS Verfasst am: 25. Nov 2022 15:17 Titel: |
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Du meinst wohl, dass nicht-Gleichgewicht etwas mit räumlicher Inhomogenität zu tun hat. Das kann sein, muss aber nicht sein.
Ein System kann räumlich homogen jedoch nicht im thermodynamischen Gleichgewicht sein (z.B. ein Laserstrahl mit Durchmesser D ist im Inneren auf Längenskalen L << D homogen, jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht).
Egal, wir können hier trefflich spekulieren, solange wir keine Zugriff auf den Artikel haben.
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Zuletzt bearbeitet von TomS am 28. Nov 2022 14:49, insgesamt einmal bearbeitet |
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MBastieK
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MBastieK
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| MBastieK Verfasst am: 26. Nov 2022 15:25 Titel: |
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Hallo!
| TomS hat Folgendes geschrieben: | Du meinst wohl, dass nicht-Gleichgewicht etwas mit räumlicher Inhomogenität zu tun hat. Das kann sein, muss aber nicht sein.
Ein System kann räumlich homogen jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht sein (z.B. ein Laserstrahl mit Durchmesser D ist im Inneren auf Längenskalen L << D homogen, jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht). |
Homogen bezüglich welcher Eigenschaft?
Teilchen-Verteilung?
Nette Grüsse |
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TomS
Moderator
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| TomS Verfasst am: 26. Nov 2022 16:28 Titel: |
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| MBastieK hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: | Du meinst wohl, dass nicht-Gleichgewicht etwas mit räumlicher Inhomogenität zu tun hat. Das kann sein, muss aber nicht sein.
Ein System kann räumlich homogen jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht sein (z.B. ein Laserstrahl mit Durchmesser D ist im Inneren auf Längenskalen L << D homogen, jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht). |
Homogen bezüglich welcher Eigenschaft? |
Homogen ist ein System eigentlich nur dann, wenn es bzgl. aller Eigenschaften homogen ist.
Aber darum ging es mir nicht. Ich will darauf hinaus, dass ein System zwar homogen jedoch trotzdem nicht im thermodynamischen Gleichgewicht sein kann.
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MBastieK
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| MBastieK Verfasst am: 28. Nov 2022 12:57 Titel: |
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Hallo!
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Ein System kann räumlich homogen jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht sein (z.B. ein Laserstrahl mit Durchmesser D ist im Inneren auf Längenskalen L << D homogen, jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht). |
Weil es Energie-Flüsse gibt?
Nette Grüsse |
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TomS
Moderator
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| TomS Verfasst am: 28. Nov 2022 14:58 Titel: |
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Ja, zum Beispiel. Im thermodynamischen Gleichgewicht gibt es keine makroskopische Flüsse von Materie oder Energie, es treten keinerlei makroskopischen Veränderungen auf.
Oder weil ganz allgemein irgendeine Verteilung vorliegt, die nicht der des thermodynamischen Gleichgewichtes entspricht.
Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung ist die statistische Verteilung des Betrags der Teilchengeschwindigkeiten in einem idealen Gas im thermodynamischen Gleichgewicht. Wenn eine andere Verteilung vorläge, kann es sich also nicht um das thermodynamische Gleichgewicht handeln, selbst wenn diese andere Verteilung homogen wäre.
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MBastieK
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| MBastieK Verfasst am: 28. Nov 2022 16:07 Titel: |
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Dennoch zurück zu meiner Argumentation.
Anscheinend hat überall (wo erwartet) Fusion stattgefunden, da ja anscheinend die erwartete Neutronen-Anzahl eingetreten ist.
Desweiteren wurde die Fusions-Schwelle anscheinend auch da erreicht wurde, wo man sie erwartete, bezüglich der eingespeisten Energie durch den Laser.
Diese eingespeiste Energie ist ja auch bekannt.
Nun könnten zu den, für diesen Energie-Kontext, unerwartet kinetisch über-normalen Neutronen ausgleichend kinetisch unter-normale Neutronen existieren. Sowas wurde aber nicht kommuniziert.
Ich spekulier mal aus Spass an der Freude.
Es gibt ja (beim Laser) eine quanten-physikalische Phasen & Teilchen-Anzahl Komplementarität.
Und da ja beim Laser die Phase stark bestimmt ist, müsste ja die Photonen-Anzahl des Laser unbestimmt sein.
Könnte so eine erhöhte oder unbestimmte Photonen-Anzahl eine Rolle spielen?
Oder gehe ich hier zu locker mit dem Energie-Erhaltungs-Satz um?
Nette Grüsse |
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