Wie entsteht bei Kernfusion Energie?
Wenn ich das richtig verstanden habe:
wird Energie frei, wenn zwei Elemente zu einem leichteren verschmelzen (Kernfusion), da hierbei die Bindungsenergie freigesetzt wird.
Doch nun hat mich diese Quelle hier verwirrt:
Daher wird Energie frei, wenn schwere Elemente gespalten werden und leichtere Elemente entstehen. Diese Kernreaktion ist die Grundlage der Spaltungsreaktoren, kurz: der Atomreaktoren. Im umgekehrten Fall, wenn aus Kernen, wie dem Wasserstoff, durch Fusion schwerere Kerne gebildet werden, wird auch Energie frei. Besonders deutlich ist der Unterschied in der Bindungsenergie pro Nukleon zwischen den beiden Wasserstoffisotopen Deuterium, D, (ein Proton und ein Neutron) oder Tritium, T, (ein Proton und zwei Neutronen) und Helium, 4 He. Der Prozess, bei dem diese beiden Wasserstoffisotope zu Helium verschmelzen, soll die Grundlage zukünftiger Fusionsreaktoren werden. - https://www.dpg-physik.de/dpg/gliederung/fv/p/info/grundlagen_fusion.html?print=true
Aber warum sagen sie hier, dass bei Kernfusion ein schwererer Kern gebildet wird als die Elemente zusammen. Ich beziehe mich hierbei auf deren genanntes Beispiel:
Jedoch, wenn ich es nachrechne:
Deuterium (2,01410175u) + Tritium (3,0160495u)
= 5,03015125u
und 5,03015125u > Helium (4,002602u)
Helium ist doch also leichter als Deuterium und Tritium zusammen.
Außerdem stellt sich mir noch die Frage: In welcher Form existiert diese Energie. Bei dem Bild sieht es so aus, als wäre es ein festes einzelnes Neutron aber ich habe in einigen Quellen gehört, dass die Energie Strahlung sein müsste.
5 Antworten
Durch die "Einsteinformel". E= mc^2
Der sog. Massendefekt (winzig kleiner Masse-Verlust) bei der Fusion erklärt den Energiegewinn.
Nicht Bindungsenergie. Oder welche Bindungsenergie meinst du?
Es hat ja vor und nach der Fusion Bindungsenergien.
Die freiwerdende Energie liegt primär in Form des schnellen Neutrons vor.
Ich meine die Bindungsenergie, die frei wird, wenn die Teilchen fusionieren. Außerdem wurde mir unten erklärt, dass die Energie kein Neutron ist, sondern kinetische Energie und Gammastrahlung.
Bei Kernreaktionen kannst du nicht mit Bindungsenergien wie bei chemischen Reaktionen rechnen.
Und ja, die Enerige ist kein Neutron, wohl aber die kinetische Energie dieses Neutrons (ca. 80%). Plus "etwas" Strahlung (ca. 20%).
Nee, nee ...
Du musst 3H mit He und dem Neutron zusammen verrechnen. Der Massendefekt ist absolut winzig.
Und Du musst zwischen Kernspaltung und Kernfusion unterscheiden.
Selbstverständlich ist nach der Fusion ein schwereres Teilchen entstanden, und bei der Spaltung zwei leichtere. ABER:
In beiden Fällen ist aber die Summe aller Massen der Produkte um ein winziges bisschen kleiner als die der Edukte. Und diese winzige Masse ist das, was als Energie frei wird.
Vorher ist die Energie nur als ein Mehr von Masse vorhanden, anschließend wird sie als kinetische Energie der Teilchen und (vor allem) Gammastrahlung frei.
Die Zeichnung ist auch doof. Das Wort Energie hat über dem Neutron nichts verloren.
Ach ne also wie ich das verstanden habe:
Wenn man Helium und das Neutron zusammenrechnet ist Masse verloren gegangen, welches dem Massendefekt zu schulden ist und in Gammastrahlung umgegangen ist nach e=mc². Das Neutron wurde, als Energie bezeichnet, da es der Hauptenergieträger von der kinetischen Energie ist, die durch die Bindungsenergie frei geworden ist.
Bis auf den vorletzten Satz ist das alles richtig. Das Neutron ist nunmal ein Teilchen (den Welle-Teilchen-Dualismus darf man bei dieser Größe getrost außer Acht lassen), da ist die Beschriftung einfach doof. Dass es mehr kinetische Energie mitnimmt, spielt keine Rolle.
Die bei der Reaktion freiwerdende Energie (= Äquivalent zum Massendefekt) steckt zum großen Teil im Gammaquanten (bzw. einer elektromagnetischen Welle), etwas geht in kinetische Energie für die beiden Teilchen.
Okay benutzt man in einem Kernfusionsreaktor neben dem Neutron auch die Strahlung zur Energiegewinnung? Das Neutron fällt ja aus dem Plasma gegen die Reaktorwand und heizt diese auf. Erzielt die Strahlung auch diesen Effekt?
Selbstverständlich. Die gesamte Energie landet letztlich als Wärme in der Umgebung.
Helium ist doch also leichter als Deuterium und Tritium zusammen.
Aber schwerer als jeder einzelne der Ausgangsstoffe.
Doch, mit seinem Verständnisproblem.
Im umgekehrten Fall, wenn aus Kernen, wie dem Wasserstoff, durch Fusion schwerere Kerne gebildet werden, wird auch Energie frei.
Dass nach der Fusion schwerere Teilchen entstehe, ist logisch. Aber er hat nicht verstanden, dass es um die Summer aller Teilchen vorher und nachher geht, also vorher 2H und 3H, hinterher 4He und ein n.
Die Energien von Deuterium + Tritium sind größer als Helium + Neutron. Die überschüssige Energie tragen die beiden Produkte in Form von kinetischer Energie.
Da stehts doch Helium ist leichter als Deuterium und Tritium zusammen, genau das ist die Energie die da frei wird.
ein Kern mit 2 protonen ist schwerer als 2 einzelne (zusammenrechnen geht erst hinterher)
Helium PLUS EIN NEUTRON ist leichter als Deuterium und Tritium. Das (und nur das) ist die Energie, die freigesetzt wird! Wenn jeweils ein kompletes Neutron als reine Energie frei würde, wäre und längst der Fusionsreaktor um die Ohren ganz Deutschlands geflogen. Und die Sonne erst recht.
Könnte man es also so sagen:
Bindungsenergie = Massendefekt(Massendifferenz) * Lichtgeschwindigkeit² ?