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Ein paar Fragen zur Kernspaltung und der Bindungsenergie
 
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Zulzar
Gast





Beitrag Zulzar Verfasst am: 17. Nov 2012 17:40    Titel: Ein paar Fragen zur Kernspaltung und der Bindungsenergie Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo erstmal^^ Also ich muss nächste Woche ein Referat zum Thema "Kernkraftwerk" halten und ich hab mich in letzter Zeit vorallem mit dem physikalischen Hintergrund befasst. Die wesentlichsten Sachen haben ich verstanden, nur kamen mir bei der Recherche ein paar Fragen auf:

1. Hier nehm ich mal die Spaltung von Uran-235 als Beispiel. Um so ein Uran Atom zu spalten, wird ja eine bestimmte Energie benötigt, also die Bindungsenergie. Anschließend entsteht zwischendurch für kurze Zeit das hoch angeregte Zwischenatom Uran-236m, welches sich daraufhin spaltet.
So weit so gut^^ Was ich mich jetzt erst gefragt habe ist, woher diese Bindungsenergie genau stammt...laut Wikipedia setzt diese sich größtenteils aus Bindungsenergie sowie teilweise aus der kinetischen Energie des Neutrons, mit dem das Atom beschossen wird, zusammen.
Was mich jetzt in dem Zusammenhang verwirrt, ist diese Grafik:
http://www.diskontinuum.de/pages/Physik/Bindungsenergie_massenzahl.jpg

Dort nimmt ja die Bindungsenergie nach Fe-56 immer weiter ab.
So ok meine eigentliche Frage jetzt richtig zu formulieren ist etwas schwer aber ich versuchs mal^^
Wieso wird bei der Verschmelzung von dem einem Neutron und dem Uran-235 Atom zu Uran-236m die zur Spaltung benötigten Energie frei. Ich mein ok klar, wenn Teilchen eine Bindung eingehen, dann wird meistens Energie frei. Doch laut der Grafik ist die Bindungsenergie von Uran-236 niedriger als von Uran-235...was heißen müsste dass keine Energie bei dem Übergang frei wurde sondern man nur welche hinzugeführt hat.
Ich weiß das mag jetzt etwas komisch klingen^^ Weiter unten unter "Meine Ideen" erklär ich das aber noch ein bisschen genauer.

2. Auch hier nehm ich mal ein Beispiel und zwar die Kernfusion von H-2 zu He-4. Wenn ich jetzt 2 H-2 Atome zu einem He-4 Atom fusionierte, wird ja ein Teil der Masse in Energie umgewandelt. Doch was passiert wenn ich dieses Atom wieder spalte? Wird da etwa wieder Energie in Masse umgewandelt?

3. Wieso wird das Neutron bei dem Beschuss auf ein Atom nicht zurückgestoßen? Oder ist die Geschwindigkeit so hoch, dass diese Kraft überwunden wird?

Meine Ideen:
zu 1. Irgendwie hab ich das Gefühl, dass ich hier irgendwie die Kernspaltung mit der Kernfusion verwechsle. Denn will man jetzt z.B. aus keine Ahnung irgendwelchen 2 Kernen, die eine größere Massenzahl als 56 haben, zu Uran-236 fusionieren, dann ist ja dieser Vorgang endotherm, da am Ende der Massendefekt nicht mehr so groß ist, wie zuvor---> das Uran-236 Atom müsste also folglich schwerer sein als zuvor die beiden Kerne zusammen.
Was ich jetzt bei der Spaltung von Uran-235 vermute ist, dass man hier zwischen einem "normalen" Uran-236 Atom und einem hoch angeregten U-236m Atom unterscheiden muss. Daher würde ich sagen, dass das Zwischenatom Uran-236m leichter ist als das Uran-235 Atom und das eine Neutron, also dass bei dem Vorgang trotzdem Masse in Energie umgewandelt wird und diese Energie dann eben dazu genutzt wird, das Atom zu spalten...

Ok irgendwie klingt das immer noch voll kompliziert^^ Ich wäre euch jedenfalls SEHR dankebar wenn ihr mir das genauer erklären könntet. Danke schonmal im voraus Augenzwinkern
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 17. Nov 2012 18:55    Titel: Re: Ein paar Fragen zur Kernspaltung und der Bindungsenergie Antworten mit Zitat

Zulzar hat Folgendes geschrieben:
[...]
Wieso wird bei der Verschmelzung von dem einem Neutron und dem Uran-235 Atom zu Uran-236m die zur Spaltung benötigten Energie frei.

Die Bindungsenergie von U-236m ist größer als von den Spaltprodukten, sodass eine Spaltung energetisch günstiger erscheint. Die Bindungsenergie steckt dann in der kinetischen Energie der Produkte.
Die Energie wird erst durch die Spaltung frei. Dem Zwischenprodukt hat man lediglich die Energie des Neutrons zugeführt.
Zitat:
[...]
2. Auch hier nehm ich mal ein Beispiel und zwar die Kernfusion von H-2 zu He-4. Wenn ich jetzt 2 H-2 Atome zu einem He-4 Atom fusionierte, wird ja ein Teil der Masse in Energie umgewandelt. Doch was passiert wenn ich dieses Atom wieder spalte? Wird da etwa wieder Energie in Masse umgewandelt?

Zum Spalten musst du (mind.) die gleiche Energie in dein Atom hineinstecken, wie bei der Fusion frei wird.
Zitat:

3. Wieso wird das Neutron bei dem Beschuss auf ein Atom nicht zurückgestoßen? Oder ist die Geschwindigkeit so hoch, dass diese Kraft überwunden wird?

Das Neutron an sich ist neutral geladen und erfährt somit keine elektrostatische Abstoßung. Wenn man sich das ganze genauer anschaut, so hat das Elektron zum einen einen Spin, zum anderen besteht es selber aus noch kleineren Teilchen, den Quarks, die Ladungen besitzen. Kommt das Neutron an den Kern so gibt es dennoch Wechselwirkungskräfte, die überwunden werden müssen.
Zulzar
Gast





Beitrag Zulzar Verfasst am: 17. Nov 2012 20:39    Titel: Antworten mit Zitat

Erstmal danke für deine Antwort Augenzwinkern

Zitat:
Die Bindungsenergie von U-236m ist größer als von den Spaltprodukten, sodass eine Spaltung energetisch günstiger erscheint. Die Bindungsenergie steckt dann in der kinetischen Energie der Produkte.
Die Energie wird erst durch die Spaltung frei. Dem Zwischenprodukt hat man lediglich die Energie des Neutrons zugeführt.

Jaja das habe verstanden, aber woher genau stammt denn diese Energie des Neutrons? Ich weiß ich hab das ziemlich blöd formuliert :/

Zitat:
Zum Spalten musst du (mind.) die gleiche Energie in dein Atom hineinstecken, wie bei der Fusion frei wird.

Nur müsste nicht eigentlich diese Energie in Masse umgewandelt werden, wenn man das He-4 Atom spaltet? Weil ja bei der Fusion von 2 H-2 Atomen zu einem He-4 Atom ein Teil der Masse in Energie umgewandelt wurde.
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 17. Nov 2012 20:52    Titel: Antworten mit Zitat

Zulzar hat Folgendes geschrieben:
[...]
Jaja das habe verstanden, aber woher genau stammt denn diese Energie des Neutrons?

kinetische Energie
Zitat:
[...]
Nur müsste nicht eigentlich diese Energie in Masse umgewandelt werden, wenn man das He-4 Atom spaltet? Weil ja bei der Fusion von 2 H-2 Atomen zu einem He-4 Atom ein Teil der Masse in Energie umgewandelt wurde.

Ja, 2 2H Atome sind schwerer als 1 4He Atom.
jh8979
Moderator


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Beiträge: 7899

Beitrag jh8979 Verfasst am: 17. Nov 2012 21:10    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:
Zulzar hat Folgendes geschrieben:
[...]
Jaja das habe verstanden, aber woher genau stammt denn diese Energie des Neutrons?

kinetische Energie

Das ist nicht ganz richtig. Der Hauptteil der Energie, die benoetigt wird um die Kern zu spalten (d.h. die stake Kernkraft bei der Spaltung zu ueberwinden), stammt aus der Bindungsenergie des eingebrachten Neutrons. Bei einigen anderen Isotop ist ein wenig zusaetzliche Energie noetig, die durch die kinetische Energie des Neutrons zugefuehrt werden kann.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 17. Nov 2012 21:31    Titel: Antworten mit Zitat

An dieser Stelle vielleicht etwas Lesenstoff bezüglich Kernenergie?
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 17. Nov 2012 21:42    Titel: Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:
Zulzar hat Folgendes geschrieben:
[...]
Jaja das habe verstanden, aber woher genau stammt denn diese Energie des Neutrons?

kinetische Energie

Das ist nicht ganz richtig. Der Hauptteil der Energie, die benoetigt wird um die Kern zu spalten (d.h. die stake Kernkraft bei der Spaltung zu ueberwinden), stammt aus der Bindungsenergie des eingebrachten Neutrons. [...]

Da hast du vollkommen recht; eigentlich wollte ich nur sagen, dass das Neutron einen bestimmten Impuls haben muss, da es nciht von alleine in den Kern gesogen wird.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7899

Beitrag jh8979 Verfasst am: 17. Nov 2012 21:56    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:

Da hast du vollkommen recht; eigentlich wollte ich nur sagen, dass das Neutron einen bestimmten Impuls haben muss, da es nciht von alleine in den Kern gesogen wird.

Das stimmt zwar, allerdings ist die Energie die sie haben muessen verschwindend gering. In der Tat werden die Neutronen in Reaktoren ja sogar noch stark abgebremst um statt mehr Energie zu haben lieber den Absorptionsquerschnitt zu erhöhen.
Zulzar
Gast





Beitrag Zulzar Verfasst am: 17. Nov 2012 22:50    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Das ist nicht ganz richtig. Der Hauptteil der Energie, die benoetigt wird um die Kern zu spalten (d.h. die stake Kernkraft bei der Spaltung zu ueberwinden), stammt aus der Bindungsenergie des eingebrachten Neutrons. Bei einigen anderen Isotop ist ein wenig zusaetzliche Energie noetig, die durch die kinetische Energie des Neutrons zugefuehrt werden kann.

Heißt das also, dass in dem Moment, in dem das Neutron mit dem Uran-235 Atom verschmilzt, Masse in Energie umgewandelt wird und daher diese Energie stammt?

Zitat:
Ja, 2 2H Atome sind schwerer als 1 4He Atom.

Also wird bei der Spaltung von He-4 die Bindungsenerige wieder in Masse umgewandelt?[/quote]
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 18. Nov 2012 09:23    Titel: Antworten mit Zitat

Zulzar hat Folgendes geschrieben:
[...]
Zitat:
Ja, 2 2H Atome sind schwerer als 1 4He Atom.

Also wird bei der Spaltung von He-4 die Bindungsenerige wieder in Masse umgewandelt?

Nein,da musss nichts umgewandelt werden. Bindungsenergie zeigt sich, wie auch kinetische Energie, durch eine erhöhte Masse.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7899

Beitrag jh8979 Verfasst am: 18. Nov 2012 09:34    Titel: Antworten mit Zitat

Zulzar hat Folgendes geschrieben:

Heißt das also, dass in dem Moment, in dem das Neutron mit dem Uran-235 Atom verschmilzt, Masse in Energie umgewandelt wird und daher diese Energie stammt?

Ja.
Zitat:

Also wird bei der Spaltung von He-4 die Bindungsenerige wieder in Masse umgewandelt?

Im Prinzip schon, aber in der Realitaet ist dieser Prozess im wesentlichen nicht moeglich (auch wenn es wohl ab und zu passieren wird, wenn man Helium lang genug mit Neutronen beschiesst).
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7899

Beitrag jh8979 Verfasst am: 18. Nov 2012 09:46    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:

Nein,da musss nichts umgewandelt werden. Bindungsenergie zeigt sich, wie auch kinetische Energie, durch eine erhöhte Masse.

Kinetische Energie hat mit erhoehter Masse nichts zu tun (fall Du relativistische Masse meintest: dieses Konzept macht keinen Sinn...aber das ist eine andere Diskussion).
Chillosaurus



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Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 18. Nov 2012 10:03    Titel: Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
[...] Kinetische Energie hat mit erhoehter Masse nichts zu tun [...].

Kinetische Energie ist die Differenz zwischen der Masse in dem Sinne, wie ich sie meinte, und der Masse die ein entsprechend ruhendes Teilchen besitzt.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7899

Beitrag jh8979 Verfasst am: 18. Nov 2012 10:17    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:

Kinetische Energie ist die Differenz zwischen der Masse in dem Sinne, wie ich sie meinte, und der Masse die ein entsprechend ruhendes Teilchen besitzt.

Das waere was frueher "relativistische Masse" genannt worden waere, und wie gesagt ergibt dieses Konzept keinen Sinn wenn man mal darueber nachdenkt. Das ist allerdings ein eigener Thread und hat nichts mit Kernspaltung zu tun.
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 18. Nov 2012 17:15    Titel: Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
[...] wie gesagt ergibt dieses Konzept keinen Sinn wenn man mal darueber nachdenkt. Das ist allerdings ein eigener Thread[...].

Also dafür, dass es total falsch ist, die kinetische Energie über eine dynamische Masse auszudrücken, sind die Ergebnisse, die man damit erhält, aber verdammt richtig. Dass man (zumindest davon ausgeht), dass gravitative Kräft nur auf die Ruhemasse (die ja die Bindungsenergie beinhaltet) wirkt, ist bekannt, aber spielt für ersteres keine Rolle. Spätestens bei der Betrachtung von Impuls p mit dp/dt=F sollte ein Nutzen der dynamischen Masse klar sein.
Wenn du den Thread findest, schick mir den Link.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7899

Beitrag jh8979 Verfasst am: 18. Nov 2012 19:26    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:
Spätestens bei der Betrachtung von Impuls p mit dp/dt=F sollte ein Nutzen der dynamischen Masse klar sein.
Wenn du den Thread findest, schick mir den Link.

Mathematisch kann man definieren was man möchte, insofern ist es nicht falsch. Hilfreich ist es allerdings nicht.

Siehe z.B.
http://www.itep.ru/theor/persons/lab180/okun/em_3.pdf
und
http://arxiv.org/abs/hepph/0602037
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 18. Nov 2012 20:42    Titel: Antworten mit Zitat

Die Autoren treten in beiden Fällen dafür ein, für bessere Klarheit als Konvention die Ruhemasse und nur diese als Masse zu bezeichnen. Ob dies nun Einzug in die "Gesetzgebung" gefunden hat, wird nicht erwähnt. Bei den Professoren und (laut Artikel) vielen aktuellen Buchautoren ist eine solche Konvention jedenfalls nicht angekommen.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7899

Beitrag jh8979 Verfasst am: 19. Nov 2012 05:08    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:
Die Autoren treten in beiden Fällen dafür ein, für bessere Klarheit als Konvention die Ruhemasse und nur diese als Masse zu bezeichnen. Ob dies nun Einzug in die "Gesetzgebung" gefunden hat, wird nicht erwähnt. Bei den Professoren und (laut Artikel) vielen aktuellen Buchautoren ist eine solche Konvention jedenfalls nicht angekommen.

Es spielt keine Rolle, ob es Professoren gibt, die das noch verwenden oder in Büchern schreiben. Es ist ein antiquiertes/historisches Konzept, dass niemand, der die SRT verstanden hat, benutzt.
kingcools



Anmeldungsdatum: 16.01.2011
Beiträge: 685

Beitrag kingcools Verfasst am: 19. Nov 2012 05:49    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:
jh8979 hat Folgendes geschrieben:
[...] wie gesagt ergibt dieses Konzept keinen Sinn wenn man mal darueber nachdenkt. Das ist allerdings ein eigener Thread[...].

Also dafür, dass es total falsch ist, die kinetische Energie über eine dynamische Masse auszudrücken, sind die Ergebnisse, die man damit erhält, aber verdammt richtig. Dass man (zumindest davon ausgeht), dass gravitative Kräft nur auf die Ruhemasse (die ja die Bindungsenergie beinhaltet) wirkt, ist bekannt, aber spielt für ersteres keine Rolle. Spätestens bei der Betrachtung von Impuls p mit dp/dt=F sollte ein Nutzen der dynamischen Masse klar sein.
Wenn du den Thread findest, schick mir den Link.


hä, hieße das nicht, dass bewegte systeme ausgezeichnet sind, wenn die gravitation anders auf bewegte Teilchen wirkt?!
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim

Beitrag Uriezzo Verfasst am: 19. Nov 2012 08:20    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:
Dass man (zumindest davon ausgeht), dass gravitative Kräft nur auf die Ruhemasse (die ja die Bindungsenergie beinhaltet) wirkt, ist bekannt


Das stimmt nicht: In die Einsteinschen Feldgleichungen geht der Energie-Impuls-Tensor ein und nicht die Ruhemasse.
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