Kernfusion erklären.

Question

Hallo zusammen.Habe immernoch das Thema planetarischer Nebel in der Schule und zweifle daran,das es eine gute Idee war dieses zu wählen.Könnte mir das jemand vielleicht mal erklären.Will gerade das genaue Verfahren der Kernfusion bzw. diese Schritte nachverfolgen und sehen was dabei alles entsteht schließlich wird da ja nicht nur Wasserstoff zu Helium.Nun bin ich auf eine Seite gestoßen wo im ersten Schritt folgendes steht.

Proton-Proton-Reaktionen
Genau genommen existieren drei Proton-Proton-Reaktionszyklen, von denen hier nur der wichtigste ("PP I") beschrieben wird.

PP I besteht aus drei Reaktionsschritten:

1)   1H+ + 1H+ -> 2D+ + e+ + v

Nun 'H' ist schätze ich Wasserstoff,wäre logisch.'e' schätze ich mal steht für ein Elektron das in irgendeinerweise ausgetauscht wird.Stimmts soweit oder bin ich jetzt schon auf dem Holzweg ? Aber wofür steht nun 2D und das v ? Könnte mir das jemand erklären ? Vielen Dank im voraus und Liebe Grüße

pflanzengott · Accepted Answer

Hallo SarahM97! :)

Die nächste Auflage, bevor du weiter liest: Es wird lang! :D

Unsere Sonne ist ein Stern. Ein Vergleichsweise kleiner Stern, der wie jeder andere seine Energiequelle aus der Kernfusion deckt. Die Sonne ist rund 149.600.000 Kilometer von der Erde entfernt, und bietet im Zusammenspiel mit ihrer Größe und Strahlungsleistung, die perfekten Bedingungen für Leben. Auf der Erde ist es nicht zu heiß und nicht zu kalt. Gehen wir doch einmal näher auf die Kernfusionsprozesse im Innern der Sonne ein.

Wie viele andere Sterne, besteht die Sonne überwiegend aus Wasserstoff. In ihrem Innern sind Temperatur und Druck so hoch, dass Atomkerne miteinander verschmelzen. Aber es sind eben auch nur die Atomkerne. Die um sie kreisenden Elektronen wurden durch relativistische Ionisationsprozesse entfernt, und dienen nun als Standard für Magnetfelder.

Die Sonne zieht 90% ihrer Energie aus der sogenannten „PP-Reaktion“. In diesem stellaren Standardmodell, verschmelzen vorerst 2 Wasserstoffatomkerne zu einem Deuteron, auch Deuterium genannt. Deuterium ist ein Isotop des Wasserstoffs, und wie einigen vielleicht bekannt ist, zeichnen sich Isotope dadurch aus, dass sie dieselbe Anzahl an Protonen jedoch eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen aufweisen.

Dieser Verschmelzungsvorgang zwischen 2 Protonen ist jedoch ein sehr komplizierter. Schließlich sind beide Protonen positiv geladen, und Ladungen mit dem gleichen Vorzeichen stoßen sich gegenseitig ab! Es gibt daher einen sogenannten „Potenzialwall“, auch „Coulumb-Wall“ genannt, der eigentlich nicht zu bezwingen ist. Ab und zu erlauben es die Gesetze der Quantenmechanik aber, ein Proton einfach durch diesen Wall hindurchschlüpfen zu lassen.

Wenn wir nun ein Isotop (Deuterium) vorliegen haben bedeutet dass, ein Proton muss beim Verschmelzungsprozess grundlegend zerfallen sein. Und genau das ist auch passiert! Bei der Verschmelzung zweier Wasserstoffatome, zerfällt ein Proton spontan in ein positiv geladenes Positron und in ein neutral geladenes Neutrino.

Gehen wir noch kurz etwas näher auf diese beiden Teilchen ein. Ein Positron ist das Antiteilchen des Elektrons. Es ist wie schon oben erwähnt positiv geladen. Treffen sich ein Elektron und ein Positron vernichten sich beide unter der Emission von 2 Gammaphotonen.

Das Neutrino hingegen birgt viele Geheimnisse. Lange war umstritten ob diese Teilchen überhaupt eine Masse besitzen, doch mittlerweile ist klar, dass diese von Nöten ist, wenn es sich spontan verwandeln möchte. Neutrinos treten nur extrem selten in Wechselwirkung mit Materie. Das ist auch ein Grund warum wir hier auf der Erde keine registrieren.

Man versucht nämlich schon extrem lange Neutrinos hier auf der Erde in Wechselwirkung zu setzen. Diese Teilchen durchdringen einfach alles was es gibt. In jeder Sekunde rasen mehrere Millionen Neutrinos durch unseren Körper, doch wir merken nichts, weil sie nicht in Wechselwirkung treten. Neutrinos gehen ausschließlich aus Kernfusionsprozessen in Sternen hervor. Apropos Fusionsprozesse, wir sollten zum Thema zurückkommen!

Ist nun ein Deuteron entstanden, so muss dieses ein weiteres Wasserstoffatom finden um unter Aussendung eines Gammaphotons zu einem neutral geladenen Heliumatom zu rekombinieren. Das Photon geladen mit Gammastrahlung, gelangt in die Strahlungszone. In dieser Zone wechselwirkt es oft mit anderen Teilchen, sodass es Energie verliert und sich seine Wellenlänge verändert.

Würde das nicht passieren, dann würde es das Leben auf der Erde wahrscheinlich gar nicht geben. Gammastrahlung ist extrem gefährlich für Lebewesen, da sie so ziemlich alles durchdringen kann und unsere Kohlenstoff- DNA abbaut. Durch die intensiven Stoßprozesse innerhalb der Sonne erreichen uns die Photonen jedoch nur in Form vom Infraroten, dem sichtbaren Licht und der weniger freundlichen UV-Strahlung.

Ist nun ein Heliumkern entstanden muss dieser mit einem weiteren Heliumkern zusammenstoßen um nochmal einen Heliumkern, diesmal vom Atomgewicht 4, und 2 weitere Protonen zu bilden. Das ist die PP-Reaktion von der unsere Sonne 90% ihrer Energie deckt. Doch wo kommen die restlichen 10% her?

Die PP-Reaktion ist nicht der einzige Zyklus den ein Stern wie unsere Sonne durchlaufen kann. Ist ein geringer Anteil an Kohlen-und Sauerstoff im Stern vorhanden, so kann der sogenannte „CNO-Zyklus“ starten. Und da dies bei unserer Sonne der Fall ist, deckt sie die restlichen 10% aus diesem Zyklus. Er vollzieht sich folgendermaßen:

Fortsetzung folgt!

prohaska2 · Answer

Kürzest

1) 4 Protonen geben zweimal Deuterium und zwei Positronen und zwei Neutrinos.

2) Zwei Deuteriums nehmen je ein Proton auf und geben zwei Helium-3.

3) 2 Helium-3 geben miteinander 1 Helium-4 und zwei Protonen, mit denen wieder alles von vorne beginnt.

cg1967 · Answer

1H+ + 1H+ -> 2D+ + e+ + v

Da steht bestimmt ¹H⁺ + ¹H⁺ → ²D⁺ + e⁺ + νₑ

Nun 'H' ist schätze ich Wasserstoff

Ja. Und ¹H⁺ sagt, daß es sich um ein einfach positiv geladenes Ion des Wasserstoffisotops mit der Masse 1 handelt, einfacher: um ein Proton.

'e' schätze ich mal steht für ein Elektron das in irgendeinerweise ausgetauscht wird.

Nein. Da steht e⁺, ein Positron. Ein Elektron ist e⁻.

Aber wofür steht nun 2D und das v

²D⁺: Deuteriumkern, das Wasserstoffisotop mit der Masse 2. Wundert mich etwas, weil die 2 bereits in D enthalten ist, logisch wäre ²H⁺  νₑ: Elektronneutrino (ny e)

derastronom · Answer

Liebe SarahM97!

Ein Tipp:

Der im wahrsten Sinn des Wortes Kern der Sache ist nicht die Kernfusion im Detail. Beschränke Dich auf das ureigentliche Thema.

Es reicht für ein Schulreferat zum Thema Planetarische Nebel, wenn Du erklärst, dass aus Kernen des Elements 1 das Element 2 entsteht (Beispiele kannst Du nennen; auch in welcher Farbe sie leuchten). Ein Massendefizit erzeugt dabei Energie nach der Formel von Herrn Einstein (Energie ist gleich Masse mal Quadrat der Lichtgeschwindigkeit)!

Verzettle Dich bitte nicht. Dein Thema lautet nicht "Kernfusion", sondern "Planetarische Nebel". Mehr als Anschneiden des Themas "Kernfusion" ist eventuell nicht sinnvoll, es könnte den Rahmen sprengen, wenn Du Dich in Details dazu "verlierst" ...

Das eigentliche Thema gibt genug her.

"bahati nzuri" oder so ähnlich ...

;-)

LG

uteausmuenchen · Answer

Hallo SarahM97,

ich will mich nicht in Deine Vortragsplanung mischen, aber was für ein Vortrag soll das denn werden? Wenn es nur ein Referat sein soll, bin ich persönlich der Meinung, dass diese Genauigkeit des Fusionsprozesses das Thema "planetarischer Nebel" sprengen würde. Dafür würde es bestimmt genügen, wenn Du es wie auf der folgenden Seite darstellst:

http://www.astro.uni-bonn.de/~deboer/sterne/pdmsternetxt.html

In dieser Erläuterung der p-p-Kette (der Graphik) werden nur die beteiligten Kerne betrachtet, das Positron (e+) und das Neutrino (v) sind nicht mit eingezeichnet (genausowenig wie bei Dir die ebenfalls frei werdenden Photonen...).

Ich meine ja nur: Verrenne Dich nicht in Details, die Dich mehr verwirren als Dich im Sinne Deines Vortragthemas weiterbringen. Falls es um einen Uni-Vortrag geht oder Dein Schulvortrag eine Stunde oder länger dauern soll, dann gilt mein Einwand natürlich nicht, ignoriere mich einfach, ok?

Grüße

P.S.: Aber selbst im Falle des Ignorierens lohnt ein Blick auf die verlinkte Seite, da ist auch noch einmal die Kurve vom Strahlungskontinuum und das HR-Diagramm mit drauf, sowie die Entwicklung der Sonne samt planetarischem Nebel.

Kernfusion erklären.

8 Antworten