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Kernfusion und Spaltung
 
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jhdksls
Gast





Beitrag jhdksls Verfasst am: 12. Apr 2018 15:52    Titel: Kernfusion und Spaltung Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo!

Da ich mich in letzter Zeit sehr für Physik interessiere, habe ich mich mal mit den Grundlagen der Quantenphysik beschäftigt. Bisher war auch alles ziemlich klar und einfach zu verstehen, nur bin ich jetzt doch auf etwas gestoßen was ich einfach nicht verstehe: Kernfusion und Kernspaltung.

Laut allen Quellen die ich finde, wird Energie bei Kernfusion leichter Kerne und bei Kernspaltung schwerer Kerne frei, da bei beiden Reaktionen neue Kerne enstehen, bei denen die Bindungsenergie pro Nukleon höher ist, als bei ihren Ausgangsstoffen. So theoretisch, so logisch. Nur als ich diesen Sachverhalt in der Praxis anwenden wollte bin ich kläglich gescheitert...
Die freiwerdende Energie sollte doch :
sein.
Wenn ich nun verschiedene Atome spalte, bekomme ich immer eine frei werdende Energie, obwohl das ja eigentlich nur bei schweren Atomen der Fall sein sollte..

Aber egal welche Atome ich fusioniere, hier kommt immer heraus, dass der entstandene Kern Masse dazu gewinnt und damit Energie verloren geht.

Das ergibt doch überhaupt keinen Sinn!

Wenn ich zum Beispiel zwei Stickstoff-Atome fusioniere:

(14,007 u + 14,007 u) - 14* Me- = 28,0063 u

Während der enstandene Si Kern die Masse: 28,09 - 14* Me- = 28,0823 besitzt.

Damit wäre die Masse der Stickstoff Kerne doch aber kleiner als die des Si- Kerns, und trotz Kernfusion leichter Kerne würde Energie verbraucht statt freigegeben.

Und so wäre das doch auch bei den meisten anderen leichten Teilchen, nur bei Wasserstoff-Fusion funktioniert es nach meiner Rechnung. Da 2 Wasserstoff Atome + 2 Neutronen mehr Masse besitzen als ein Helium Atom.

Aber das müsste doch auch bei Stickstoff- Fusion und weiteren funktionieren, oder nicht?

Hoffe jemand kann mir helfen!


Meine Ideen:
.
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 12. Apr 2018 16:04    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

nicht jede Kernfusion ist exotherm, was sich auch an folgendem Diagramm erkennen lässt:

https://www.dpg-physik.de/dpg/gliederung/fv/p/info/grundlagen_fusion.html?print=true&

Gruß
elbilo
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Apr 2018 16:06    Titel: Antworten mit Zitat

Hier siehst du, welche Kerne in Frage kommen:

https://scilogs.spektrum.de/formbar/fusionsforschung-der-reaktionsparameter-oder-warum-eigentlich-deuterium-tritium/

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
jhdksl
Gast





Beitrag jhdksl Verfasst am: 12. Apr 2018 16:14    Titel: Antworten mit Zitat

Erstmal vielen Dank für die schnelle Antwort!
Ach so , also kann auch Kernfusion von leichten Kernen und Kernspaltung von schweren Kernen Energie benötigen (also endothem sein)?

Aber wieso gibt es dann die Unterteilung, dass man bin zum Fe- Kern fusionieren und danach spalten sollte, wenn sowieso nicht bei allen Kernfusionen leichter und Kernspaltungen schwerer Kerne Energie abgegeben wird?
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 12. Apr 2018 16:18    Titel: Antworten mit Zitat

In der Regel brauchst du für jede Kernfusion Energie, siehe auch den Link von TomS. Bilanziert gesehen wird dann bei bestimmten Fusionen Energie frei.

Schau dir wie gesagt die Diagramme an, die sollten die Fragen eigentlich beantworten. Energie wird immer frei, wenn die Bindungsenergie pro Nukleon der Produkte größer ist, als die der Edukte.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8228

Beitrag jh8979 Verfasst am: 12. Apr 2018 16:24    Titel: Re: Kernfusion und Spaltung Antworten mit Zitat

jhdksls hat Folgendes geschrieben:

(14,007 u + 14,007 u) - 14* Me- = 28,0063 u

Während der enstandene Si Kern die Masse: 28,09 - 14* Me- = 28,0823 besitzt.

Si-28 hat eine Masse von ~27.9769u.
https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_silicon
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 4271

Beitrag Myon Verfasst am: 12. Apr 2018 16:27    Titel: Antworten mit Zitat

Die Kernmassen, die Du für Stickstoff und Silizium angibst, beziehen sich (Irrtum vorbehalten) auf die natürliche Isotopenzusammensetzung, wie sie in der Natur vorkommt. Beim Silizium ist der angegebene Wert deshalb nicht die Masse von , sondern vom natürlichen Isotopengemisch, in dem auch schwerere Isotope einen gewissen Anteil haben.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Apr 2018 16:50    Titel: Antworten mit Zitat

Das ist eine wichtige Aussage.

Die Kernmassen müssen in diesem Fall für ein einzelnen Isotop betrachtet werden, keinesfalls nur für eine Isotopenmischung.

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jhdkslss
Gast





Beitrag jhdkslss Verfasst am: 12. Apr 2018 16:55    Titel: Antworten mit Zitat

Also funktioniert es folgendermaßen?
Für Kernfusionen benötigt man erstmal Energie um die positiven Kerne aneinander zu bringen.
Falls der Mittelwert der Bindungsenergien pro Nukleon der fusionierten Kerne kleiner als die Bindungsenergie pro Nukleon im Endprodukt ist, wird Energie frei. Also wenn ich H und He fusionieren lasse wäre die mittlere Bindungsenergie: (1*1,113 + 2*7,074) /2 =7,6
Falls der Mittelwert der Bindungsenergien pro Nukleon der fusionierten Kerne größer ist, wird Energie benötigt.

Da die Bindungsenergien pro Nukleon nicht perfekt geradlinig bis Eisen ansteigen, ist die Wahrschenlichkeit zwar hoch das bei einer Fusion von Kernen leichter als Fe Energie frei wird, das muss aber nicht passieren da es leichte einstürze im Diagramm gibt.

( Wobei ich sagen muss, das ich sehr wenige Möglichkeiten für die
exotherme Kernfusion sehe, bisher finde ich nichts außer 2 H zu He)

Bei der Kernspaltung ist es dasselbe Prinzip:
Wenn der Mittelwert der Bindungsenergien pro Nukleon der gespaltenen Kerne kleiner als die Bindungsenergie pro Nukleon des Endproduktes ist, wird Energie frei. Falls sie größer ist wird Energie abgegeben. Da das Diagramm nach dem Eisenkern ziemlich konstant nach unten geht, kann man so gut wie jeden Kern schwerer Eisen spalten um Energie zu gewinnen.

Ist das so korrekt? Falls ja gibt es wirklich viele Möglichkeiten durch Kernspaltung , aber sehr wenige um durch Fusion Energie zu gewinnen.

P.S.
Ja, ich benutze die Atommassen aus dem Tafelwerk, da ich bei denen wenigstens sicher bin, das die Verhältnisse hier stimmen sollten, oder nicht?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Apr 2018 16:59    Titel: Antworten mit Zitat

Schau mal hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion

Da ist auch eine Übersicht über diverse Prozesse einschließlich Energiebilanz enthalten.

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elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 12. Apr 2018 17:23    Titel: Antworten mit Zitat

jhdkslss hat Folgendes geschrieben:
Falls der Mittelwert der Bindungsenergien pro Nukleon der fusionierten Kerne größer ist, wird Energie benötigt.


Für die Fusion zweier Kerne brauchst du immer Energie; es geht ausschließlich um die Bilanz zwischen der zum fusionieren aufgebrachten Arbeit bzw. Energie und der durch die Fusion freiwerdenden Energie.
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