Frage von Oskar9213, 45

Energiegewinn bei der Kernfusion: Wasserstoff zu Helium?

Hallo Community,

ich habe eine Frage zur Kernfusion von Wasserstoff zu Helium.

Warum wird Energie frei? Es wird ja immer die "überflüssige Bindungsenergie frei, da ein stabilerer Kern gebildet wird. Warum aber bei Wasserstoff. Ein Proton ist doch wunderbar stabil, es gibt kein weiteres, welches abstoßend wirkt. Warum ist dann aber Helium stabiler, wenn doch noch ein zweites Proton vorhanden ist, welches ja abstoßend wirkt. Damit ist der Kern doch nicht so stabil, weil Energie aufgewandt werden muss um ihn zusammen zu halten.

Antwort
von OlliBjoern, 26

Rein elektrostatisch betrachtet hast du recht (die Protonen im Heliumkern stoßen sich gegenseitig ab). Nun gibt es aber noch die starke Wechselwirkung, diese "sorgt" dafür, dass die Neutronen und Protonen im Kern zusammenhalten. Diese bewirkt vor allem, dass die 3 Quarks zusammenkleben, die diese Nukleonen selber bilden, und ein gewisser "Überschuss" dieser Wechselwirkung hält noch den Kern zusammen.

Diese Wechselwirkung ist zwar stark (stärker als die Elektrostatik), aber nur von sehr kurzer Reichweite. Daher verlieren sehr große Kerne (z.B. Uran 235) die Stabilität, wie sie kleine Kerne noch haben.

Ein gewisser "Idealzustand" ist beim Eisen erreicht. Leichte Kerne setzen bei der Fusion Energie frei (bis zum Eisen). Schwere Kerne setzen bei der Kernspaltung Energie frei (oder beim Alphazerfall), auch bis zum Eisen. Das ist auch ein Grund, warum z.B. der Erdkern viel Eisen enthält.

Kommentar von Oskar9213 ,

Ja gut, das war mir soweit auch klar. Mir geht es aber darum, warum genau die Fusion jetzt Energie freisetzt. Das die starke Kernkraft das ist, weiß ich. 

Wasserstoff (1 Proton) wird zu Helium. Im heliukern stoßen sich die zwei Protonen ab (Coulomb), also hält die starke Kernkraft sie zusammen. Bei einem einzelnen Wasserstoff stößt sich aber nichts ab. Warum kommt jetzt Energie heraus, wnn ich vom Wasserstoff zum Helium geh, wo Energie zur Stabiliserung benötigt wird?!?! Ich müsste doch eig. Energie reinstecken um der Coulombkraft entgegen zu wirken.

Kommentar von OlliBjoern ,

Es wird mehr Energie frei, als aufgewendet werden muss. Man muss nur die Coulomb-Abstoßung aufwenden, bekommt aber die Summe der Wechselwirkungen zwischen den 4 Nukleonen heraus (die beim "einsamen" Proton ja nicht besteht).

Antwort
von Reggid, 20

der bindungszustand aus 2 protonen und 2 neutronen ist energetisch günstiger als alle 4 teilchen einzeln (und auch als je 1 proton und ein neutron)

daher ist ein helium-4 kern leichter als 2 protonen und 2 neutronen (und auch leichter als zwei deuterium kerne), und daher wird bei der fusion energie frei.

du scheinst die kernkraft zu vergessen, die für die bindung der kerne verantwortlich ist (die elektrische abstoßung der protonen ist dagegen vernachlässigbar).

Kommentar von Oskar9213 ,

Ja schon klar. Aber warum ist ein Heliumkern energetisch günstiger. Ein einzelner Wasserstoff macht NICHTS. Bei einem Heliukern stoßen sich aber die zwei Protonen ab. Also bauch ich Energie (Kernkraft) um sie zusammen zu halten. Aber es wird ja Energie frei, eig müsste ich doch welche reinstecken (für die Kerkraft, um die Teilchen zusammen zu halten)

Kommentar von Reggid ,

in einem heliumkern ziehen sich die protonen und neutronen an. das ist es ja was du die ganze zeit vergisst.

du musst energie aufwenden um die einzelteile auseinander zu bringen (weil du die anziehung der kernkraft überwinden musst), und das ist genau die energie die frei wird, wenn sie wieder zu einem heliumkern fusionieren.

Antwort
von authumbla, 33

Es ist kein normaler Wasserstoff, sondern schwerer und sehr schwerer.Ein Deuterium- und ein Tritium-Atomkern verschmelzen zu einem Heliumkern unter Freisetzung eines schnellen Neutrons. Die Bewegungsenergie dieses neu erzeugten Neutrons isses

Kommentar von Oskar9213 ,

Das ist mir schon klar, auf der Erde wird das so umgesetzt, weil die Proton - Proton Reaktion zu ineffizient wäre. Ich meine aber z.B. die Fusion in der Sonne, wo man vom einprotonigem Wasserstoff (1P und 0N) ausgeht.

Antwort
von benni12321, 26

So ganz verstehe ich deine Frage nicht, bin auch nicht wirklich in der Materie aber möglicherweise liegt es daran weil Fusion nun mal anders Funktioniert als Spaltung also eben nix zerfällt sondern verbunden wird, Helium eben das Endprodukt ist?

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