Kalte Kernfusion - Alle Jahre wieder...

[blueflash]

Hallo,

vor kurzem kam mir beim durchblättern meines Physik Kompendiums der Gedanke, dass das Bose Einstein Kondensat eigentlich für die Kalte Kernfusion zu gebrauchen sein müsste.

Folgende Idee: Da bei diesen niedrigen Temperaturen ja der Ort des einzelnen Atoms stark "verschmiert" ist, kann man theoretisch zwei He Atome überlagern also eine Interferenz nutzen, ob man dazu zwei Kondensate vermischt, oder dies in einem möglich ist, ist ja erstmal egal.

Hebt man dann die Temperatur innerhalb des Kondensats schlagartig an, werden die Atome wieder lokalisierbar. Doch wo? Statistisch gesehen sollten ja nun einige Atome am selben Ort liegen, die Abstoßungskräfte wären elegant überwunden.

Was meint ihr dazu?

[Bynaus]

Die physikalisch-mathematischen Grundlagen des Bose-Einstein-Kondensats sind mir nicht genügend bekannt, damit ich beurteilen könnte, ob das so möglich ist. Allerdings denke ich, dass es insgesamt sehr Aufwändig wäre, so vorzugehen: schliesslich geht es beim BEC um einzelne Atome. Man müsste das ganze für grosse Mengen von Atomen durchführen können, um es wirtschaftlich zu machen. Solange man nur jeweils einzelne Atome zusammenführen kann, braucht das Herunterkühlen viel mehr Energie, als man aus der Fusion gewinnen kann.

[blueflash]

Ich finde den Artikel gerade nicht, aber soweit ich weiss, wurden bereits BECs mit mehreren Milliarden Atomen hergestellt und auch durch Magnetfelder beeinflusst.

[Bynaus]

Ja, selbst dann: "Milliarden Atome" sind immer noch sehr wenig. Man braucht schliesslich etwa 6 * 10^23 Atome eines Stoffs, um seine u-Masse in Gramm zu haben... Und wenn wir dann in der Grössenordnung kg fusionieren müssen, dann sind das total 6 *10^26 Atome: also rund 10^17 (=100 Billiarden) mal mehr, als (nach deiner Quelle) bisher möglich.

[Spocky]

Wichtig ist ja, dass bei der Fusion Energie in nutzbarem Sinn frei wird. ICh sehe nicht, inwiefern man bei einem BEC Energier rausziehen kann. Sowas geschieht ja in der Regel durch Wärmeabstrahlung, aber wo will man bei einem BEC noch graoß was an Wärme rausholen?

[blueflash]

Mir ging es ja um die prinzipielle Möglichkeit.

Wenn es möglich wäre, aufgrund der "verschmierung" der Atome eine Annäherung sehr leicht zu erreichen, könnte man zB mit Atomlasern eine ganze Reihe von sehr kleinen Fusionen in hoher Frequenz durchführen.

Da wir ein BEC und auch Atomlaser prinzipiell herstellen können ist die Frage der Dimension und der Energieausbeute eher ingnieurstechnischer Natur.

Viel interessanter ist da doch die Frage, inwiefern man aufgrund der Interferenz von Wellen Atome "sanft" aufeinanderschieben kann, und sie so ohne hohe kinetische Energie zur Fusion anregen.

[Spocky]

Nunja, in dem Fall gilt für mich dasselbe, wie für Bynaus, ich kenn mich nicht genug aus mit BECs. Müssen wir halt warten, bis notsch wieder Zeit hat, der könnte vielleicht mehr dazu sagen.

[Hawking]

Warum funktioniert die kalte Fusion nicht ?

Hallo,

einfache ? Frage aber warum funktioniert die sog. kalte Fusion nicht ?

Grüße

Hawking

[FirstBorg]

Zur Fusion müssen sich Protonen verbinden. Dies geht aber nicht so leicht da die Protonen die gleiche Ladung und demzufolge eine abstoßende Kraft zwischen beiden wirkt. Diese Kraft ist abhängig von der Entfernung. Heisst also, das bei der Entfernung von wenigen (hmm, ato meter?) ist diese Kraft so stark das man ungeheuer viel Energie aufbringen muss um die Protonen stärker aneinander zu drücken als sie sich abstoßen. Sind die dann irgendwann nah genug, so tritt die schwache Wechselwirkung (oder wars die starke?) ein und die hält dann die Protonen zusammen. Nun hat man erfolgreich fusioniert.
Und um eben diese Energien aufzubringen muss es eben heiss sein... einige 100 Mio. Grad.

[McWire]

Theoretisch dürfte aber eine Neutronenfusion funktionieren.

Aufgrund der schwachen Wechselwirkung können sich Protonen in Neutronen und Neutronen in Protonen umwandeln.
Daher könnte n+n->d Deuteriumkern funktionieren.

Die starke Wechselwirkung ist ja 100 mal stärker als die elektromagnetische, nur leider hat sich nur ein Bruchteil der Reichtweite.
Sie verhindert auch, da sie stärker als die schwache Wechselwirkung ist, dass Neutronen sich innerhalb eines Atomkernes sponten in Protonen umwandeln.

Neutron hat ja eine Halbwertszeit von 886(884?) Sekunden im freien Zustand.

[J_T_Kirk2000]

Zur Fusion müssen sich Protonen verbinden. Dies geht aber nicht so leicht da die Protonen die gleiche Ladung und demzufolge eine abstoßende Kraft zwischen beiden wirkt. Diese Kraft ist abhängig von der Entfernung. Heisst also, das bei der Entfernung von wenigen (hmm, ato meter?) ist diese Kraft so stark das man ungeheuer viel Energie aufbringen muss um die Protonen stärker aneinander zu drücken als sie sich abstoßen. Sind die dann irgendwann nah genug, so tritt die schwache Wechselwirkung (oder wars die starke?) ein und die hält dann die Protonen zusammen. Nun hat man erfolgreich fusioniert.
Und um eben diese Energien aufzubringen muss es eben heiss sein... einige 100 Mio. Grad.

Könnte man nicht mit einer vielleicht nur hypothetischen, extremen Aufprallgeschwindigkeit beider Protonen oder sogar mehrerer Protonen aufeinander eine Kernfusion erreichen?
Gewissermaßen würde die thermische Energie in dem Moment des Zusammenstoßes durch potentielle Energie ersetzt.
Wenn dem so ist, bliebe nur noch die Frage, ob eine solche Mehtode wirklich wirtschaftlich wäre, was nach e=mc^2 zumindest zweifelhaft wäre, da ja nicht alle beschleunigte Materie am Ende als nutzbare Energie herauskommt.

Theoretisch dürfte aber eine Neutronenfusion funktionieren.

Aufgrund der schwachen Wechselwirkung können sich Protonen in Neutronen und Neutronen in Protonen umwandeln.
Daher könnte n+n->d Deuteriumkern funktionieren.

Die starke Wechselwirkung ist ja 100 mal stärker als die elektromagnetische, nur leider hat sich nur ein Bruchteil der Reichtweite.
Sie verhindert auch, da sie stärker als die schwache Wechselwirkung ist, dass Neutronen sich innerhalb eines Atomkernes sponten in Protonen umwandeln.

Neutron hat ja eine Halbwertszeit von 886(884?) Sekunden im freien Zustand.

Ein Neutron mag ja an sich instabil im freien Raum sein, aber worauf bezieht sich denn da die Halbwertzeit von 886 bzw. 884 Sekunden?
Ich meine bei einem radioaktivem Isotop gibt doch die Halbwertzeit die Abnahme der Zerfallsrate des Isotops an, aber wie steht das bei Neutronen?
Ein Neutron ist ja schließlich schon ein subatomares Teilchen, welches allenfalls noch in seine Quarks zerfallen könnte, wie man wohl bisher weiß - und von daher verstehe ich das momentan noch nicht so ganz.

[FirstBorg]

@Kirk
Ja, das sollte gehen. Allerdings wird da sehr viel Energie benötigt um zwei Protonen so stark zu beschleunigen das sie beim Auftreffen fusionieren. Noch dazu muss man extrem genau zielen. Als Reaktorlösung ist sowas absolut nicht zu gebrauchen.

[J_T_Kirk2000]

@Kirk
Ja, das sollte gehen. Allerdings wird da sehr viel Energie benötigt um zwei Protonen so stark zu beschleunigen das sie beim Auftreffen fusionieren. Noch dazu muss man extrem genau zielen. Als Reaktorlösung ist sowas absolut nicht zu gebrauchen.

Eben das meinte ich ja, dass es zu unwirtschaftlich wäre, dieses Prinzip der kalten Kernfusion zur Energiegewinnung zu nutzen.
Lediglich als Experiment, ob es funktioniert oder nicht, ergäbe es einen Sinn, aber keineswegs als "Reaktorlösung".

[Hawking]

Ok aber,

mal angenommen man könnte genau genug zielen.

Zwei Fragen, anhand von z.B 2 Atomen oder auch 1000 also 2*500 die Fusionieren

1.Wie viel Energie würde bei der Fusion dieser 2 oder 1000 Atome frei ?

(Weiss leider nicht wie man das aurechnen kann, worauf aufbauen)

2.Wie viel Energie ist nötig um die Bewegung eines Atom kräftig genug zu bekommen, damit es mit einem 2. Atom Fusioniert ?

Wie kann man das ausrechnen ?

Fusionale Grüße

Hawking

[Kopernikus]

Ok aber,

mal angenommen man könnte genau genug zielen.

Zwei Fragen, anhand von z.B 2 Atomen oder auch 1000 also 2*500 die Fusionieren

1.Wie viel Energie würde bei der Fusion dieser 2 oder 1000 Atome frei ?

(Weiss leider nicht wie man das aurechnen kann, worauf aufbauen)

2.Wie viel Energie ist nötig um die Bewegung eines Atom kräftig genug zu bekommen, damit es mit einem 2. Atom Fusioniert ?

Wie kann man das ausrechnen ?

Fusionale Grüße

Hawking

Die Mindest-Energie für die Fusion zweier Kerne liegt in erster Näherung (Hinreichende Näherung für Wasserstoff, für schwere Kerne muss der zunehmende Radius des Kerns bei steigender Temperatur als Korrekturfaktor eingeführt werden) (Kinetische Energie der Reaktanden größer als die Couloumb-Barriere):

E(kin) > (Z1*Z2*e^2)/[4*pi*epsilon0*(a1+a2)]

Für Wasserstoff (Z=1), (a=1,5*10^-15) ergibt sich eine E(kin) von >0,5 MeV. Setzt man dies als mittlere thermische Enrgie an, ergibt sich damit eine Temperatur von 6*10^9 K.

Freiwerdende Energien:

Proton-Proton-Reaktion:

p+p -> [2\1]H + e+ + nü(e) + 1,19 MeV

Neutron-Neutron:

d + d -> [3\2]He + n + 3,25 MeV

Tritium-Deuterium:

[3\1]H + [2\1]H -> [4\2]He + n + 17,6 MeV

Von Interesse ist vor allem die letzte Reaktion, da diese in stabiler Form das Ziel des ITER-Reaktors ist.

Quelle: Demtröder, Experimentalphysik, Band 4, Springer-Verlag