Ist Proton-Tritium-Fusion möglich?

Angenommen, wir haben einen einzelnen Tritiumkern ( 1 3 H also zwei Neutronen und ein Proton). Tritium ist eine äußerst instabile Nukleinkonfiguration und zerfällt daher in 2 3 H e mit einer Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. 2 4 H e (das Alphateilchen) andererseits ist eine sehr stabile Konfiguration und zerfällt überhaupt nicht. Wenn wir also genau ein einzelnes Proton auf den Tritiumkern feuern sollten, müssten wir eine Fusionsreaktion und eine Freisetzung von Energie (in Form von Photonen oder kinetischer Energie der resultierenden 2 4 H e Kern ?), da der Kern die günstigere und stabilere Konfiguration erreicht 2 4 H e .

Diese Reaktion sollte etwas von der Form aussehen

P + + 1 3 H → 2 4 H e + X 0 M e v
Wo X 0 M e v ≠ 0 ist eine positive (vermutlich große) Energiemenge. Meine Frage lässt sich einfach so formulieren: Ist diese Reaktion überhaupt möglich und wenn ja, warum wird sie in Texten nicht verwendet oder erwähnt, da sie doch die denkbar einfachste Form einer Fusionsreaktion zu sein scheint? Wenn diese Reaktion möglich ist, wird Energie in Form von Photonen oder kinetischer Energie oder vielleicht beides freigesetzt? Der Grund, warum ich frage, ist, dass ich dieses Beispiel verwenden möchte, um meine Gedanken über die Freisetzung von Energie bei Fusionsreaktionen zu formulieren, und dies scheint aufgrund seiner Einfachheit das perfekte Beispiel zu sein. Jede Hilfe dazu wäre sehr willkommen!

Sie sollten versuchen zu rechnen X 0 und nehmen Sie es in Ihre Frage auf.

Antworten (1)

Ihre Formel hat ein kritisches Problem damit - den Begriff "Energie" auf der rechten Seite. Wenn Sie sich Fusionsformeln ansehen, neigen sie dazu, mehrere Partikel auf der rechten Seite zu haben. Dies liegt daran, dass im Zentrum des Impulsrahmens, wenn es nur ein Teilchen auf der rechten Seite gibt, dieses Teilchen keinen Impuls und somit keine kinetische Energie hat. Diese Energie müsste also auf andere Weise freigesetzt werden.

Stellen Sie sich vor, dass Proton und Triton zusammenkommen, um eine angeregte Form von Helium-4 zu bilden, 4 H e ∗ . Dieses Teilchen könnte durch Emission eines Photons in stabiles Helium-4 zerfallen, oder es könnte durch die starke Kraft in ein Proton und ein Triton zerfallen. Da die elektromagnetische Wechselwirkung viel schwächer ist als die starke Kraft, würden Sie erwarten, dass die letztere Wechselwirkung viel häufiger auftritt, wodurch die Wechselwirkung erhalten bleibt P + 3 H → 4 H e + γ nicht leicht auftreten.

Eine Interaktion wie 2 H + 3 H → 4 H e + N + K . E . ist insgesamt viel einfacher, da die kinetische Energie zwischen den beiden Teilchen geteilt werden kann, sodass Sie sich keine Gedanken darüber machen müssen, wie die Energie herauskommt.

(1/2) Danke für die tolle Antwort! Ich denke, Sie haben so ziemlich alle meine Probleme behandelt. Bevor ich Ihre Antwort akzeptiere, ist mein Verständnis richtig (was sich wie folgt zusammenfassen lässt): Wenn ein Proton beschossen wird und zunächst mit einem Tritium verschmilzt, entsteht das 4 H e muss sich notwendigerweise in einem angeregten Zustand befinden, da das System (Proton + Tritium) vor der Kollision einen von Null verschiedenen Wert hatte E K in der Mitte des Impulsrahmens. Nach der Kollision haben wir nur noch eine 4 H e was trivialerweise Null hat E K im Impulszentrum RF. Die kinetische Energie muss also in die Anregung geflossen sein 4 H e ...
(2/2). Unmittelbar nach der Kollision haben wir also eine Aufregung 4 H e ∗ Kerne. Da nun die starke Kraft viel stärker ist als die EM-Kraft, ist sie günstiger für die 4 H e ∗ sofort wieder in ein Proton und ein Tritium zu zerfallen, anstatt einen Gammastrahl zu emittieren, und so tritt die in meinem ursprünglichen Beitrag beschriebene Fusion nicht ohne weiteres auf?
@SalahTheGoat Ja, im Grunde. Die Teilchen können auch ein Photon emittieren, ohne tatsächlich einen angeregten Zustand zu bilden (und ein solcher angeregter Zustand kann tatsächlich nicht existieren), aber das wäre aus dem gleichen Grund, aus dem die elektromagnetische Kraft viel schwächer ist als die starke Kraft, auch selten. Es ist im Grunde der gleiche Grund, warum wir zwei Protonen nicht verschmelzen können, nur mit der schwachen Kraft, die die elektromagnetische Kraft ersetzt. Im Allgemeinen verlangsamen Sie eine starke Wechselwirkung drastisch, wenn Sie anfangen, elektromagnetische Wechselwirkungen hinzuzufügen.
Ich möchte darauf hinweisen, dass beim Neutroneneinfang durch ein Proton am Ende der Reaktion auch nur ein Teilchen beteiligt ist und diese Reaktion nicht häufig zerfällt, sondern meistens zur Emission eines Gammastrahls führt.
Außerdem, @Chris, hatte ich den Eindruck, dass der Grund, warum sich zwei Protonen nicht verbinden, obwohl die starke Kraft viel stärker als die EM-Kraft ist, im Eigenimpuls der Teilchen liegt, der einen Entartungsdruck erzeugt, der sich mit dem elektrischen kombiniert Abstoßung, überwindet die starke Kraft (Dineutronen sind aus dem gleichen Grund nicht möglich). Wenn Ihre Erklärung wahr wäre, warum bleiben ein Proton und ein Neutron schließlich intakt, nachdem sie verschmelzen?
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