Kernfusion

[Challenger]

Jetzt auf die Gefahr hin Blödsinn zu schreiben:
Die Kernfusion ist die zweiteffizienteste Energiegewinnungsmethode, die momentan bekannt ist (Materie/Antimaterievernichtung wäre die effektivste)

Mal angenommen wir haben 2*H² und verschmelzen dies zu 1He. Normal müsste man annehmen, dass das Helium-atom genau dieselbe Masse hat wie die Ausgangsmaterialien - dem ist aber nicht so; Das He-Atom hat eine geringfügig kleinere Masse. Das nennt man den Massendefekt, und dieser Massedefekt äussert sich in Energieabgabe (frag mich jetzt nicht in welcher Fomr der geschieht)

Das bei der Kernfusion Plasma entsteht ist eher ein Nebeneffekt der hohen Temperaturen die dazu nötig sind; Erhitzt du etwas genug wird alles in den vierten Agreggat-zustand 'Plasma' übergehen, d.H. dass die Elektronen von ihren Atomkernen getrennt werden ('ionisiert'). Demnach müsste der Übergang vom gasförimgen Zustand 'ionisieren' nennen. Einer der Physik/Chemie-gurus hier möge meine Ausführungen korrigieren

[FirstBorg]

Da gibts nichts zu Korrigieren
Bei der (ertragreichen) Fusion von zwei Elementen, bzw zwei Atomen eines Elementes, kommt immer ein Element dabei raus, das weniger Masse, als die "Eltern" hat. Diese fehlende Masse wird als Energie abgegeben (ich nehme an das es zum großteil EM Strahlung ist die dabei Frei wird.. oder simple Hitze).
Errechnen kann man diesen Massendefekt übrigens über meine lieblingsformel: E=mc²

Dadurch hab ich grade heute in der Uni ausgerechnet, das die Sonne ca 170000 (wenn ich mich richtig an das Ergebnis erinnere ) Tonnen an Masse pro Sekunde verliert.


Denkbar wäre es auch, das man aus zwei Atomen per Fusion ein neues Atom macht, das Mehr masse hat als seine Eltern.. aber dann müsste man diese Massedefekt als Energie erstmal hinzugeben... weiss nicht ob das schonmal gemacht wurde.

[Bynaus]

Ja, alles korrekt, Challenger. Die Energie wird jedoch in Form von Gammastrahlen frei, also hochenergetischer EM-Strahlung. Erst die Abbremsung dieser Strahlung kann dann zur Erzeugung von Hitze genutzt werden. Die "geringere Masse" ist eigentlich eine "geringere Energie" (was ja ohnehin äquivalent ist), Bindungsenergie zwischen Neutronen und Protoenen, die geringer ist, wenn es mehr "Nachbarn" gibt, die mithelfen, den Kern zusammen zu halten. Dieser Effekt lässt Energiegewinnung bei der Fusion bis zum Eisen zu - darüber überwiegen die Abstossenden Kräfte im Kern, so dass es wieder mehr Energie braucht, um den Kern zusammen zu kitten - folglich lässt sich diese nicht durch Fusion "befreien" und nutzen.

Die Energie kommt nicht von der Ionisierung, sondern von der Gammastrahlung - es braucht eben Energie, um ein Gas zu ionisieren, so dass die "Nutzung" der Strahlung, die bei der Rekombination eines ionisierten Gases frei würde, ein Nullsummenspiel ist.

[Spocky]

AFAIK wird ja nicht alle Energie als Strahlung abgegeben. IIRC entstehen bei der Fusion ja auch Neutrinos. Allerdings sind die nicht so leicht nutzbar zu machen. Insofern ist es schon die Gamma-Strahlung, die die wichtigste Form darstellen.

[Borg-Alien]

Die Neutronen und Protonen eines Atomes werden doch durch Elektronen, die Bindungselektronen, zusammengehalten, oder?

[Spocky]

Bindungselektronen? Elektronen sind negativ geladene Teilchen. Wenn die im Atomkern wären, säßen wir mit Sicherheit nicht hier

[Borg-Alien]

Aber die Bindungsenergie der Protonen und Neutronen muss doch aus irgendwelchen Teilchen bestehen.

Ich hab das übrigens mit den Elektronen, die Atome zusammenhalten verwechselt.

[notschefix]

Die Kernteilchen (also Protonen und Neutronen) werden durch die sogenannten Gluonen zusammengehalten. Das sind sie Wechselwirkungsteilchen der Starken Wechselwirkung, welche für den Verbund der Atome zuständig ist.

[Bynaus]

Ja, die Protonen und Neutronen werden von den Bindungsteilchen der Schwachen Kernkraft (W- und Z-Bosonen) zusammen gehalten.

Und ja, @Spocky, es werden natürlich auch Neutrinos abgegeben, aber die kann man nicht nützlich machen, weil sie praktisch nicht mit der Materie interagieren.

[notschefix]

@Bynaus
Die Schwache Wechselwirkung hat mit der Bindung der Nukleonen nichts zu tun. Sie ist vielmehr für den Beta-Zerfall verantwortlich.

[Bynaus]

Ja, aber die Gluonen halten die Quarks in den Neutronen / Protonen zusammen, nicht aber die Protonen / Neutronen untereinander.

Was das die Schwache Kernkraft angeht: echt? Dann hab ich mich vertan. Sehe das nach.

http://de.wikipedia.org/wiki/Atomkern

Die Wikipedia meint dazu, dass die Anziehung zwischen den Nukleonen durch den Austausch von Pionen zustande kommt.

[notschefix]

Na ja, das is so wie mit der Van-de-Walls-Kraft, die is ja auch nur ne Folge aus den fluktuierenden Elektronen. Und genau so ist der zusammenhalt der Nukleonen nur durch ne Art Restwechselwirkung der Gluonen erklärbar.
Das Ganze läßt sich gut mit den Pionen erklären, stimmt, das hatte ich vergessen, aber die Pionen entstehen auch nur durch die Ausfragmentierung einzelner Gluonen durch das Confinement. <-Hammersatz

Also ja, Pionen ist richtig! (aber unvollständig)

[Bynaus]

Ich werd mich wohl damit abfinden müssen, dass du einiges besser weisst als ich.

[EREIGNISHORIZONT]

Interessant das hier zu lesen, erst recht für mich als Laien auf diesem Gebiet.

Mich würde in diesem Zusammenhang interessieren, was genau der Begriff "Kalte Fusion" bedeutet und wie nah oder realistisch ist diese Energieform als Nutzungsquelle?

Dank im Vorraus!

[Bynaus]

Kalte Fusion ist der Begriff für Kernfusion quasi "bei Zimmertemperatur" und "Normaldruck". Die Heisse Fusion (wie sie auf der Sonne stattfindet) ist möglich, doch vielleicht ist es auch möglich, Kerne "kalt", also unter "normalen Bedingungen" fusionieren zu lassen. Es gab einige Berichte über mysteriöse Energiefreisetzungen + Spuren von Helium, die gemessen wurden, als man Wasserstoff durch ein Platin-Gitter fliessen liess, negative Gegentests, Anschuldigungen, Gehässigkeiten... derzeit prüft das DOE (Departement of Energy, USA) die tatsächlichen Erfolgsaussichten der kalten Fusion.

Der Konsens ist heute, dass kalte Fusion nicht machbar ist (etwa so wie die "Gravitationsabschirmungsscheiben" der Russen), aber ich denke persönlich, dass das letzte Wort hier noch nicht gesprochen ist.