Warum hört der Tunneleffekt bei Eisen auf?
Hi, ich habe letztens in einem Video gesehen dass irgendwann durch den Tunneleffekt alles zu Eisen wird. Aber wieso hört es beim Eisen auf und es können so nicht auch schwerere Elemente entstehen? Ich weiß zwar das bei einer Fusion von Eisenkernen keine Energie mehr frei wird, aber ich verstehe nicht ganz wie das zusammenhängt
Vielen Dank
3 Antworten
Ich weiß zwar das bei einer Fusion von Eisenkernen keine Energie mehr frei wird,
es hört nicht der tunneleffekt auf, sondern eisen ist schlicht jenes element mit der höchsten bindungsenergie pro nukleon.
egal in welche richtig du gehst (fusion oder fission), du kannst keine energie gewinnen.
der tunneleffekt besagt nur dass eine endliche potentialbarriere "durchtunnelt" werden kann, .d.h. dass auf der anderen seite der barriere das potential aber natürlich niedriger sein muss als die energie.
aber wenn du zwei eisenkeren funsionieren willlst ist das nicht der fall. denn die der neue kern wäre schwere als die summe der beiden eisenkerne. bei leichten kernen hingegen ist der neue kern leichter als die summe der ursprünglichen kerne.
Du darfst den Tunneleffekt nicht mit der Energiebilanz verwechseln. Der Tunneleffekt ist mit einem Katalysator vergleichen. Er ermöglicht die Verschmelzung von 2 Protonen zu Deuterium mit begleitendem Beta-Zerfall schon bei niedrigen Temperaturen von ca. 15.000.000 Grad. Ansonsten müsste die Temperatur deutlich höher sein. Aber er ändert nichts daran, dass durch die Verschmelzung Energie frei wird.
Die Energiebilanz ist auch dafür entscheidend, dass Kerne ein Energieoptimum beim Eisen haben. Die starke Kernkraft wirkt immer nur auf die unmittelbaren Nachbarn, ist proportional zur Anzahl der Nukleonen. Die elektrische Abstoßung ist dagegen weitreichend und wirkt abstoßend, wächst viel schneller. Im Berylliumkern hast du z.B. 4 Protonen, die von je 3 anderen abgestoßen werden. Im Sauerstoffkern hast du 8 Protonen, die von je 7 anderen abgestoßen werden.
Bis zu einem gewissen Punkt kann dieses Gleichgewicht der Kräfte dadurch erhalten bleiben, dass der Anteil der Neutronen im Kern steigt. Neutronen haben eine höhere Masse=Energie, daher sind sie frei instabil, aber im Kern unterliegen sie der starken Bindungskraft aber nicht der elektrischen Abstoßung.
Bei Kernen schwerer als Eisen hilft aber auch das nicht. Klar, viele sind stabil, in dem Sinne, dass sie nicht von allein zerfallen. Aber für ihre Entstehung musste Energie investiert werden, und wenn sie zerfielen würde Energie frei.
Wenn Atome kleiner als Eisen fusionieren, wird Energie frei. Diese Energie entweicht als Strahlung. Damit Eisen oder noch schwerere Atome fusionieren können, müsste Energie hinzu gefügt werden. Das kann nur passieren, wenn das System eine gewisse Temperatur und einen gewissen Druck hat. Sobald das System dann abkühlt, zerfallen die schwereren Atome wieder und geben dabei Strahlung an die Umwelt ab.
So ist es, aber "eine gewisse Temperatur" klingt fast niedlich angesichts der Milliarden Kelvin, die für endotherme Fusion erforderlich sind.
Aber wenn der Tunneleffekt einfach nur sagt, dass eine benötigte Energiebarriere die ja auch bei kleineren Kernen überschritten werden muss, durch die nicht bestimmte Position eines Teilchens überschritten wird, müsste das nicht auch bei Eisen funktionieren?