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Physik » Atom-, Kern-, Quantenphysik » Endprodukt von Kernfusion und -fission?
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Kein bestimmter Bereich J Endprodukt von Kernfusion und -fission?
mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2020-03-26


Hallo zusammen!




Die Abbildung dort zeigt, dass alle Fusions- und Fissionsreaktionen auf Eisen hinauslaufen, da bei diesem Element das Extremum der Kurve erreicht ist.




Die Graphik dort zeigt Nickel am höchsten Punkt.



Also was ist nun das Endprodukt der Atomfusion? Was werden alle Sterne irgendwann mal sein, wenn man ihnen genug Zeit gibt?
Nickel (Laut Wiki) oder Eisen (laut physikunterricht-online.de und meinem bisherigen Wissen)?



Viele Grüße und Dank im Voraus,
Max Hipp :-)




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lula
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2020-03-26


Hallo Max
die Graphik in wiki zeigt Ni nur in der Nähe des Max, das ja recht flach ist, da sind nur einige Elemente angezeigt, die aber nicht unbedingt an ausgezeichneten Stellen liegen, dazu musst du schon Tabellen nehmen und dann gewinnt Fe
Gruß lula


-----------------
Mein Leben ist zwar recht teuer,  aber dafür bekomm ich jedes Jahr umsonst eine Reise einmal um die Sonne



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zippy
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, eingetragen 2020-03-26


2020-03-26 21:17 - lula in Beitrag No. 1 schreibt:
die Graphik in wiki zeigt Ni nur in der Nähe des Max, das ja recht flach ist, da sind nur einige Elemente angezeigt, die aber nicht unbedingt an ausgezeichneten Stellen liegen, dazu musst du schon Tabellen nehmen und dann gewinnt Fe

Neben dieser Graphik steht wörtlich: Die maximale Bindungsenergie pro Nukleon wird bei Nickel-62 erreicht. Das schränkt den möglichen Interpretationsspielraum, den du hier ansprichst, doch schon etwas ein.

Und dass diese Aussage auch ernst gemeint ist, zeigt der Abstract des dort zitierten Artikels: It seems to be widely believed that $^{56}\rm Fe$ is the most tightly bound atomic nuclide. Data are compiled showing that this is not so: Both $^{58}\rm Fe$ and $^{62}\rm Ni$ are more strongly bound than $^{56}\rm Fe$, with $^{62}\rm Ni$ having the highest mean binding energy. Reasons for the erroneous favoring of $^{56}\rm Fe$ are canvassed.

--zippy



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, vom Themenstarter, eingetragen 2020-03-26


Hallo ihr beiden!

Also ist es gar nicht wahr, dass Sterne am Ende Eisenkugeln sind? Werden sie schlussendlich zu Nickel?



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DrStupid
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, eingetragen 2020-03-27


2020-03-26 21:27 - zippy in Beitrag No. 2 schreibt:
Neben dieser Graphik steht wörtlich: Die maximale Bindungsenergie pro Nukleon wird bei Nickel-62 erreicht. Das schränkt den möglichen Interpretationsspielraum, den du hier ansprichst, doch schon etwas ein.

Die Bindungsenergie pro Nukleon ist nicht das einzige Kriterium für das bevorzugte Endprodukt der Fusion. Man muss auch die Energie der Nukleonen selbst berücksichtigen und die ist bei 62Ni höher also bei 56Fe.



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.5, vom Themenstarter, eingetragen 2020-03-27


Welchen Diagramm kann man das entnehmen bzw. Was ist der Unterschied zwischen Bindungsenergie und Energie selbst?



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DrStupid
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.6, eingetragen 2020-03-27


2020-03-26 22:42 - mhipp in Beitrag No. 3 schreibt:
Also ist es gar nicht wahr, dass Sterne am Ende Eisenkugeln sind?

Nein. Wenn die Fusion bis zu Eisen geht, dann explodieren sie.

2020-03-26 22:42 - mhipp in Beitrag No. 3 schreibt:
Werden sie schlussendlich zu Nickel?

Es entsteht zwar auch viel Nickel, aber die Menge des gebildeten Eisens ist größer. Das sieht man beispielsweise am Masseverhältnis von Eisen und Nickel im Erdkern, das bei mindestens 9:1 liegt.

[Die Antwort wurde nach Beitrag No.4 begonnen.]



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.7, vom Themenstarter, eingetragen 2020-03-27


Du sagst, sie explodieren.

Hier eine potentielle Gegenquelle:

(5:13)


Harald Lesch hingegen sagt ab 7:00, dass es sogar bis zum Uran gehen kann:





Was stimmt denn nun?



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DrStupid
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.8, eingetragen 2020-03-27


2020-03-27 08:30 - mhipp in Beitrag No. 5 schreibt:
Welchen Diagramm kann man das entnehmen bzw. Was ist der Unterschied zwischen Bindungsenergie und Energie selbst?

Die Bindungsenergien pro Nukleon sind

-8.7945 MeV für 62Ni
-8.7903 MeV für 56Fe

Das bedeutet, dass bei 62Ni mehr Energie frei wird, wenn man beide Elemente aus bereits fertigen Nukleonen herstellt.

Die Gesamtenergien pro Nukleon sind

930.417 MeV für 62Ni
930.412 MeV für 56Fe

Das bedeutet, dass man für die Herstellung von 62Ni insgesamt mehr Energie benötigt, wenn man auch die dafür notwendigen Nukleonen herstellen muss.

Natürlich müssen bei der Fusion nicht alle Nukleonen produziert werden weil schon vorher welche vorhanden sind. Aber wenn man von Wasserstoff ausgeht (als extremes Beispiel), dann hat man erst einmal nur Protonen. Die Neutronen müssen aus Protonen und Elektronen erzeugt werden und dafür braucht man jeweils 1,293 MeV.

Der Anteil von Neutronen pro Nukleon beträgt

34/62 = 54,8 % für 62Ni
30/56 = 53,6 % für 56Fe

Die für die Erzeugung dieser Neutronen benötigte Energien sind pro Nukleon

0,7091 MeV für 62Ni
0,6927 MeV für 56Fe

Zusammen mit der Bindungsenergie ergibt das am Ende

-8.0854 MeV für 62Ni
-8.0976 MeV für 56Fe

Damit liegt das Eisen vorn.

Natürlich ist das Ganze in Wirklichkeit viel komplizierter, weil die Fusion nicht direkt vom Wasserstoff zum Eisen läuft und nebenbei noch jede Menge andere Produkte entstehen. Aber das Prinzip sollte deutlich geworden sein: Der alleinige Blick auf die Bindungsenergie zwischen den Nukleonen führt in die Irre. Man muss die gesamte Energiebilanz berücksichtigen.

[Die Antwort wurde nach Beitrag No.6 begonnen.]



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.9, vom Themenstarter, eingetragen 2020-03-27


Vielen Dank!

Ohne alles nachgerechnet zu haben, habe ich jetzt doch das Prinzip verstanden!


Frage:
"Die für die Erzeugung dieser Neutronen benötigte Energien sind pro Nukleon

0,7091 MeV für 62Ni
0,6927 MeV für 56Fe"



Woher kommen diese Zahlen? Messwerte oder berechenbar?



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DrStupid
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2020-03-27 08:50 - mhipp in Beitrag No. 7 schreibt:
Hier eine potentielle Gegenquelle:

(5:13)

Das ist spekulativ und gilt nur für weiße Zwerge. Wenn die Fusion in einem Hauptreihenstern bis zu Eisen geht, dann wird er ganz sicher zur Supernova und es bleibt ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch übrig.

2020-03-27 08:50 - mhipp in Beitrag No. 7 schreibt:
Harald Lesch hingegen sagt ab 7:00, dass es sogar bis zum Uran gehen kann:



Er sagt dort ganz deutlich, dass das nicht mit Kernfusion allein geht.

[Die Antwort wurde nach Beitrag No.8 begonnen.]



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DrStupid
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2020-03-27 09:21 - mhipp in Beitrag No. 9 schreibt:
Frage:
"Die für die Erzeugung dieser Neutronen benötigte Energien sind pro Nukleon

0,7091 MeV für 62Ni
0,6927 MeV für 56Fe"

Woher kommen diese Zahlen? Messwerte oder berechenbar?

Anteil an Neutronen * Energie pro Neutron



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.12, vom Themenstarter, eingetragen 2020-03-27


Meinst du AnTEIL oder AnZAHL an Neutronen?



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gonz
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.13, eingetragen 2020-03-27


"Er sagt dort ganz deutlich, dass das nicht mit Kernfusion allein geht"

... und irgendwo muss das Uran, das man auf der Erde findet, ja auch hergekommen sein.



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2020-03-27 09:52 - mhipp in Beitrag No. 12 schreibt:
Meinst du AnTEIL oder AnZAHL an Neutronen?

Anteil



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.15, vom Themenstarter, eingetragen 2020-03-27


Aber warum denn Anteil?

Wenn man für die Erzeugung von einem Neutron 1,293 MeV benötigt, und in 56Fe 30 Neutronen sind, sollte man ja 30*1,293 MeV benötigen und nicht (30/56)*1,293 MeV, oder?!



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.16, vom Themenstarter, eingetragen 2020-03-27


Auch verstehe ich deine Sprechweise nicht so ganz..."Der Anteil von Neutronen pro Nukleon beträgt"

Was soll denn "Neutronen pro Nukleon" heißen? Neutronen SIND doch (wie Protonen) Nukleonen?!



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2020-03-27 10:58 - mhipp in Beitrag No. 16 schreibt:
Auch verstehe ich deine Sprechweise nicht so ganz..."Der Anteil von Neutronen pro Nukleon beträgt"

Was soll denn "Neutronen pro Nukleon" heißen? Neutronen SIND doch (wie Protonen) Nukleonen?!

Ja, Neutronen sind Nukleonen, aber nicht alle Nukleonen sind Neutronen. Gemeint war natürlich der Anteil an Neutronen an der Gesamtmenge von Nukleonen im jeweiligen Kern. Der Rest sind Protonen.



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2020-03-27 10:54 - mhipp in Beitrag No. 15 schreibt:
Aber warum denn Anteil?

Weil sich alle Angaben auf Nukleonen beziehen und nicht auf komplette Kerne.



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Aaah, langsam beginne ich, zu verstehen...Danke!



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Eine Frage noch an DrStupid:

"Die Neutronen müssen aus Protonen und Elektronen erzeugt werden und dafür braucht man jeweils 1,293 MeV."

Woher kommt diese Zahl?



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2020-03-27 16:27 - mhipp in Beitrag No. 20 schreibt:
"Die Neutronen müssen aus Protonen und Elektronen erzeugt werden und dafür braucht man jeweils 1,293 MeV."

Woher kommt diese Zahl?

Das ist die Differenz der Ruheenergien von Neutron und Proton. Allerdings habe ich dabei das Elektron vergessen. Hier nochmal die korrigierte Rechnung:

Ruheenergien (laut Wikipedia):

En = 939,56542053 MeV für das Neutron
Ep = 938,27208816 MeV für das Proton
Ee =   0,51099895 MeV für das Elektron

Differenz:

En - Ep - Ee = 0,78233342 MeV

Damit ändern sich die für die Erzeugung der Neutronen notwedigen Energien pro Nukleon auf

0.42902 MeV für 62Ni
0.41911 MeV für 56Fe

und das ergibt zusammen mit der Bindungsenergie

-8,36548 MeV für 62Ni
-8,37119 MeV für 56Fe

also eine Differenz von 5,71 keV zugunsten des Eisens.

Die Rechnung wird einfacher, wenn man die Atommassen kennt:

57685,8881 MeV für 62Ni
52103,0645 MeV für 56Fe

Das bedeutet für die Energien pro Nukleon

930,41755 MeV bei 62Ni
930,41187 MeV bei 56Fe

was zu einer Differenz von 5,68 keV zugunsten des Eisens führt.



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mhipp
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Danke!



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