Warum benötigt die Fusion über Nickel 56 Energie?

Ich habe immer mit dem Konzept der Spaltung und Fusion gekämpft. Ich meine, ich kann mit Mathematik leicht ein Massendefizit nachweisen, aber ich hatte immer Probleme, das grundlegende Konzept zu verstehen, warum die Dinge so sind, wie sie sind ... vielleicht kann mir jemand helfen, den Fehler in meiner Argumentation zu finden. Bitte keine Mathematik- oder B/E-Diagramme in Ihren Erklärungen!

Wenn wir einen Kern bauen, müssen Sie die elektrostatische Abstoßung zwischen Protonen überwinden, aber nachdem Sie sie nahe genug gebracht haben, verbinden sie sich aufgrund der starken Kernkraft (Neutronen haben dieses Problem nicht). Frei schwebende Nukleonen haben eine höhere Energie als gebundene Nukleonen, genau wie ein Ball in der Luft eine höhere Energie hat als ein Ball auf dem Boden. Sobald die Bindung zustande kommt, gibt der Kern die überschüssige Energie gemäß der Energieerhaltung ab und der niedrigere Energiezustand wird als Masse reflektiert Defizit.

Wenn wir das Atom weiter wachsen lassen, nimmt die Kernkraft zunächst zu, weil unmittelbarere Nukleonnachbarn vorhanden sind, aber schließlich wird der Kern zu dick und die Auswirkungen der starken Kraft für jedes zusätzliche Nukleon werden aufgrund der Reichweite geringer, während die Abstoßung im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Schließlich werden die größten Atome hergestellt und sind instabil, weil die starke Kraft die elektrostatische Abstoßung mehr oder weniger perfekt ausgleicht.

Wenn die Atome vibrieren, ändern sie leicht ihre Form und Teile fliegen weg, weil sie so nahe daran sind, zu explodieren (natürliche Strahlung).

Das erklärt also, warum die Fusion Energie freisetzt und warum es eine maximale Atomgröße gibt. Was es nicht erklärt, ist, warum nach der Eisenspaltung Energie freigesetzt wird und die Fusion Energie benötigt.

Es scheint mir, als ob ein kleineres "ungebundenes" Teilchen immer Energie freisetzen sollte, wenn es gebunden ist, und zu sagen, dass nach der Nickel-56-Fusion Energie benötigt wird, scheint eine Umkehrung der Physik zu sein (offensichtlich nicht, aber ich verstehe nicht warum).

An einem Punkt dachte ich, ich hätte alles herausgefunden. Ich argumentierte, dass die Fusion aufgrund der starken Kraft, die viel stärker ist als die elektrostatischen Kräfte, ein unendlicher Potentialtopf ist. Die Spaltung war nicht das Ergebnis der Bindungsenergie, sondern eigentlich nur das Ergebnis der elektrostatischen Abstoßung, die freigesetzt wurde, dh Spaltung und Fusion haben wirklich zwei verschiedene Quellen, wo eine nukleare starke Kraft von der Bindung und eine elektrostatische Spannung ist, die aufgrund von Verformung freigesetzt wird. Ist das genau?

en.wikipedia.org/wiki/Semi-empirical_mass_formula ist ein guter Anfang. Insbesondere bevorzugt der Oberflächenterm größere Kerne (reduziert die Oberfläche), während der Coulomb-Term kleinere bevorzugt.
Sie haben vor ein paar Wochen im Grunde dieselbe Frage gestellt (oder jemand anderes mit sehr ähnlichen Formulierungen). Beginnen Sie mit physical.stackexchange.com/questions/482264/… und gehen Sie von dort aus weiter. B / E-Diagramme sind ziemlich nützlich, daher bin ich mir nicht sicher, warum Sie ihnen abgeneigt sind.
Sie erwähnen mehrmals, dass die Spaltung auf die Coulomb-Abstoßung zurückzuführen ist, die große Kerne gegenüber mehreren kleineren energetisch ungünstig macht. Warum sagen Sie dann, dass es nicht erklärt, warum nach der Ionenspaltung Energie freigesetzt wird?
Danke Jacob. Ich denke, ich denke, dass Spaltung und Fusion den gleichen Mechanismus haben. Ist es eine wahre Aussage, dass eine auf die starke Kernkraft und eine auf die Coulomb-Kraft zurückzuführen ist? ... Ich verstehe immer noch nicht, warum das Verschmelzen von zwei oder vier Nukleonen Energie freisetzt, aber das Verschmelzen von zwei Spaltfragmenten (Rückwärtsspaltung) Energie erfordert ... Sind es zwei separate Komponenten im Spiel? Führt die Kernkraft immer noch zu einer Energiefreisetzung während der Fusion großer Teilchen, aber das Nettoergebnis aufgrund der elektrostatischen Abstoßung macht es netto negativ?
Jon, ich konnte den, von dem Sie sprachen, nicht finden, aber wenn jemand darauf bereits geantwortet hat, funktioniert das.
Hier ist eine Antwort auf eine andere Frage von Niels Nielsen

Antworten (2)

Wenn Sie sich durch die Massen und Bindungsenergien arbeiten, werden Sie sehen, dass ein Alpha-Teilchen hinzugefügt wird 56 Ni ist tatsächlich exotherm.

Irgendwo muss dieses Alpha-Teilchen aber herkommen. Was endotherm ist, ist, ein Alpha-Teilchen von einem abzubrechen 56 Ni-Kern und füge ihn einem anderen hinzu. Mit anderen Worten, sobald Sie einen stellaren Kern haben 56 Ni ist dann die Konfiguration mit (ungefähr) der größten Bindungsenergie pro Nukleon, und um diese Nukleonen anders anzuordnen, ist Energie von irgendwo erforderlich (z. B. Gravitationskollaps, der zu höheren Temperaturen und Photozerfall der Kerne führt).

Sie fragen sich vielleicht, warum findet diese Fusion nicht an Orten statt, an denen bereits Alpha-Teilchen verloren gehen, wie zum Beispiel in einer Helium-brennenden Hülle? Die Antwort ist, dass die Temperaturen nicht hoch genug sind, um die Coulomb-Abstoßung zu überwinden und die Reaktion einzuleiten.

Hier ist die Bindungsenergiekurve.

Bindungsenergie

Dies ist eine experimentelle Kurve.

Was sagt diese Kurve für die zunehmende Anzahl von Nukleonen im Periodensystem aus?

Es besagt, dass der Kern bis zu Nickel56 im Durchschnitt so gebunden ist, dass das Zusammenfügen von zwei Kernen Energie freisetzt, und dies wird als Fusion bezeichnet. Nach Nickel gilt: Je höher die Anzahl der Nukleonen, desto höher die Bindungsenergie des durchschnittlichen Nukleons, es wird mehr Energie benötigt. Nur wenn ein Kern mit höherer A-Zahl in Fragmente mit niedrigerer A-Zahl zerbricht, wird Energie freigesetzt.

„Erklärt“ wird dies durch die beiden Kräfte der Nukleon-Nukleon-Wechselwirkungen, die starke Kraft und die elektromagnetische Kraft. Zwei Protonen stoßen sich gegenseitig ab, werden aber stark von der starken Kernkraft angezogen, einer Restkraft aus den starken Wechselwirkungen, die mit Pion-Austauschmodellen modelliert wurden. Wenn der Mischung Neutronen hinzugefügt werden, können die Atome stabil werden.

Bei einer Nukleonenzahl von über 50 ist die Bindung in einem Kern immer noch auf das Zusammenspiel der Kernkraft mit der elektromagnetischen Abstoßung zurückzuführen, aber um einen gebundenen Kern zu erhalten, muss mit zunehmender A-Zahl mehr Energie aufgewendet werden.

Somit gibt ein Kern mit hoher A-Zahl Energie ab, wenn er in Fragmente mit kleinerem A zerbricht, die eine niedrigere Bindungsenergie haben. Es ist ein Vielkörperproblem, das auf verschiedene Weise modelliert wird. Das Zusammenspiel von elektromagnetischen und nuklearen Kräften ist das gleiche, die Anzahl der Nukleonen ändert die Möglichkeit, Energie aus Fusion oder Spaltung zu gewinnen.

Das Hinzufügen von Alpha zu Nickel-56 ist exotherm .
Warum benötigt die Fusion über Nickel 56 Energie?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v