Spaltung und Fusion koppeln und alle Masse verschwinden lassen. Warum passiert das nicht?

Ich bin verwirrt darüber, dass bei einem Spaltungsprozess die Massen der "Produkte" geringer sind als die Masse der "Reaktanten". Und bei einem Fusionsprozess sind die Massen der „Produkte“ kleiner als die Massen der „Edukte“.

Meine erste Frage ist dann: Kann ich ein Atom haben, es spalten, dann fusionieren, dann spalten usw. usw. Und zu keiner Masse und reiner Energie gelangen? Ich weiß, dass das falsch ist, aber ich weiß nicht, warum das so ist.

Wenn Sie mir sagen, dass dieser Prozess möglich ist, wie ist es dann möglich, ein bestimmtes Isotop von Uran zurückzugewinnen? Ich sehe dies als Problem an, da weniger Masse in den "Produkten" als in den "Reaktanten" zeigt, dass Kernprozesse nicht umkehrbar sind, es sei denn, ich injiziere Masse auf irgendeine Weise.

Meine zweite Frage ist: Äußert sich der Massenunterschied zB als „Nukleonen wiegen jetzt weniger“ oder wie in „ X Zahl der Nukleonen ist verschwunden".

Was ist übrigens Ihrer Meinung nach reine Energie? (Photonen?) Teilchen zerfallen in ihre Produkte, und die Zerfallsprodukte erfüllen zahlreiche Bedingungen. Dieser Link listet einige davon auf: profmattstrassler.com/articles-and-posts/…
Nun, es könnte sein, dass Sie erhalten M C 2 Arbeitsmenge wo M ist die Masse der ursprünglichen Masse, die gespalten wird.
Die nutzbare Energie wäre viel viel geringer! (Das heißt, bei Spaltung und Fusion. Materie-Antimaterie-Vernichtung würde dies jedoch tun.)
Du hast recht, hehe. Wie soll ich das denn formulieren?
Sie sollten sich auch die Mechanismen dieser Prozesse ansehen, damit Sie wissen, warum Sie falsch liegen.
Alle diese Prozesse unterliegen ebenfalls den Gesetzen der Thermodynamik, was bedeutet, dass man ihre innere Energie nicht vollständig als Arbeit entnehmen kann. Nur weil etwas ein kern- oder teilchenphysikalischer Prozess ist und kein chemischer, heißt das nicht, dass die Thermodynamik nicht anwendbar ist, es könnte nur gewöhnungsbedürftig sein, wie die Thermen in diesen Fällen definiert werden.
Wo kann ich sehen, wie Thermen hier definiert werden? Ich sehe es nicht.

Antworten (3)

Es stimmt nicht, dass bei allen Fusions- und Spaltungsprozessen die Masse der Produkte kleiner ist als die Masse der Reaktanden. Dies gilt nur für exotherme Reaktionen.

Die Massenänderung ist auf die Änderung der Bindungsenergie der Nukleonen zurückzuführen (beachten Sie, dass die Änderung der Bindungsenergie in der Größenordnung von 1 MeV liegt, während die Masse der Nukleonen etwa 940 MeV beträgt). Die Gesamtmasse des Kerns ist die Summe der Massen seiner Nukleonen abzüglich der Bindungsenergie, sodass eine engere Bindung eine kleinere Masse bedeutet. Die Bindungsenergie eines Kerns kann mit der semi-empirischen Massenformel von Weizsäcker berechnet werden:Bindungsenergie pro Nukleon

In diesem Diagramm sehen Sie die Bindungsenergie pro Nukleon. Bei Isotopen, die leichter als Eisen sind, können Kerne stabiler werden, wenn sie verschmelzen (sie bewegen sich im Diagramm nach rechts) und dabei Energie freisetzen (ihre Masse verringern). Auf der anderen Seite findet die Spaltung in schwereren Kernen statt (sie gehen nach links) und setzt auch Energie frei. Aber in beiden Fällen ist die maximal freigesetzte Energie durch das obige Diagramm gegeben: Sie können nur insgesamt erhalten, egal welche Zwischenschritte Sie machen, die 9 MeV/Nukleonen-Differenz dazwischen 56 Fe und 1 H, was der Verschmelzung von 26 Protonen und 30 Neutronen zu einem Eisenkern entspricht. Und offensichtlich haben Eisenkerne Masse!

Ja ! schön mit der grafik

Meine erste Frage ist dann: Kann ich ein Atom haben, es spalten, dann fusionieren, dann spalten usw. usw. Und zu keiner Masse und reiner Energie gelangen? Ich weiß, dass das falsch ist, aber ich weiß nicht, warum das so ist.

Nein, du kannst nicht. Zusätzlich zur speziellen Relativitätstheorie, bei der unveränderliche Massen komplexer Objekte die "Länge" ihres Energieimpulses sind, summiert mit vier Vektoren, was den Energiegewinn ermöglicht, ist die atomare/nukleare Ebene quantenmechanisch, nicht klassisch.

In der Quantenmechanik haben wir zusätzlich zur Erhaltung des Energieimpulses und des Drehimpulses die Erhaltung der Quantenzahlen, und in diesem speziellen Vorschlag ist es die Erhaltung der Baryonenzahl, die das Szenario nicht zulassen wird.

Im besten/schlechtesten Fall kann ein Atom mit der Ordnungszahl A A-Nukleonen (Neutronen/Protonen) frei haben.

Darüber hinaus sind einige der Fragmente bei der Spaltung stabil, wiederum aufgrund quantenmechanischer Regeln: wie die Energieniveaus im effektiven Kernpotential angeordnet sind.

Bei der Fusion bleiben wiederum die Baryonenzahlen erhalten und wiederum dürfen aufgrund des Kernpotentials nicht alle Zustände gebunden werden.

Meine zweite Frage ist: Äußert sich der Massenunterschied zB als "Nukleonen wiegen jetzt weniger" oder als "x Nukleonen sind verschwunden".

Die überschüssige Energie erscheint als kinetische Energie der Fragmente und könnte auch als Gammastrahl (Photon) erscheinen, wenn die Spinquantenzahlen dies zulassen. Wieder verschwinden keine Nukleonen, die Baryonenzahl bleibt erhalten.

In Bezug auf den zweiten Teil Ihrer Antwort wollte ich etwas über den Massenunterschied wissen. In einem Spaltungsprozess haben Nukleonen möglicherweise KE, und ich denke, das nennen Sie "Überschussenergie", aber sie haben auch weniger Masse. Handelt es sich dann um „Nukleonen wiegen weniger“? Bleibt die Baryonenzahl immer erhalten? Danke.
Bei einem Spaltungsprozess zerfällt der Kern in Bruchstücke, die die Baryonen (in diesem Fall Protonen und Neutronen) in gebundenen Zuständen der Kernkraft enthalten. Gebunden bedeutet, dass "Bindungsenergie" pro Nukleon zugeordnet werden kann, indem die Differenz der aufsummierten Masse freier Nukleonen zur Masse des Kerns genommen und diese Differenz durch die Anzahl der Nukleonen dividiert wird. en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_binding_energy . Die Erhaltung der Baryonenzahl bleibt innerhalb der Genauigkeiten unseres Experiments absolut erhalten. Es wurde kein Protonenzerfall beobachtet.

Wenn Uran gespalten wird, sind seine Produkte zu massiv, um bei der Fusion Energie freizusetzen. Atome müssen kleiner als Eisen sein, um durch Fusion Energie freizusetzen.

Spaltung und Fusion koppeln und alle Masse verschwinden lassen. Warum passiert das nicht?
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