Warum wird Wasserstoff oder Helium bei der Kernfusion verwendet?

Ich bin kein Physikstudent. Nur aus eigenem Interesse studiere ich über Spaltungs- und Fusionsreaktionen. Wo ich bei der Fusion festgestellt habe, verwenden die Wissenschaftler entweder Wasserstoffisotope oder Helium-3 als Brennstoff (genauso wie es in der Sonne und den Sternen passiert). Aber meine Suche nach warum nicht etwas anderes als diese beiden - ergibt nichts Konkretes, außer dass Wasserstoff das leichteste Element ist.

Ich hätte gerne eine wissenschaftliche Antwort, warum möglicherweise kein anderes Material für einen Fusionsreaktor in Frage kommt? Gibt es aber auch theoretische Möglichkeiten, andere Materie zu nutzen, z. B. Hg?

Jede Antwort wird sehr geschätzt.

Mögliches Duplikat von Fusion: Warum Deuterium und Tritium?
Bevor ich antwortete, sah ich mir das Duplikat an, das Rob anzeigt, aber ich denke, es bleibt nur bei Isotopen von H und nicht bei dieser obigen Frage, in der OP fragt, warum wir keine Reihe von Elementen verwenden können.

Antworten (2)

Für eine effiziente Fusionsreaktion müssen Sie mehr Energie herausholen, als Sie hineinstecken. Die Fusion von Wasserstoff gibt mehr Energie ab, sobald Sie es schaffen, sie zu kontrollieren und zu komprimieren (was der schwierige Teil ist), als die damit verbundene Energiezufuhr beim "Zusammendrücken" der Teilchen.

Sobald Sie dieses Ziel erreicht haben, erhalten Sie einen Nettoenergiegewinn.

Ein Hinweis auf die der kontrollierten Kernenergie innewohnenden Probleme wird durch diesen Kommentar von David Hammen illustriert.

Die kontrollierte Kernfusion verwendet Temperaturen, die viel höher sind als die im Zentrum der Sonne, aber bei einem im Vergleich zum Zentrum der Sonne stark verringerten Druck. Die kontrollierte Fusion umgeht auch den anfänglichen Proton-Proton-Fusionsschritt, der der Engpass bei der Fusion in einem Stern mit einer Sonnenmasse ist. Dieser Engpass ist der Grund, warum die Sonne, obwohl sie 4,6 Milliarden Jahre alt ist, weniger als die Hälfte des Wasserstoffs im Kern verbraucht hat.

Kernbindungsenergien

Bildquelle: Wikipedia Kernbindungsenergien

Auf diesem Diagramm können Sie sich ein Bild von den Kräften machen, die wir überwinden müssten, um andere Elemente in Fusionsreaktionen zu nutzen, und Sie werden vielleicht bemerken, dass es bei Eisen abflacht.

Ich hätte gerne eine wissenschaftliche Antwort, warum möglicherweise kein anderes Material für einen Fusionsreaktor in Frage kommt? Gibt es aber auch theoretische Möglichkeiten, andere Materie zu nutzen, z. B. Hg?

Bei anderen Elementen ist das Verhältnis von zugeführter zu abgegebener Energie viel geringer, sodass sie nicht so effizient sind. In der Tat, wenn Sie im Periodensystem bis zum Eisen gehen, werden Sie nicht mehr herausbekommen, wenn Sie sie miteinander verschmelzen. Das ist einer der Gründe, warum wir heute hier sind. Sterne wandeln Elemente um, beginnend mit Wasserstoff bis hin zu Eisen, dann explodiert der Stern, weil es keine Nettoenergieabgabe gibt, durch den Druck der Schwerkraft von außen, dem der Stern nicht widerstehen kann, ohne dass Kernenergie aus Fusionsreaktionen hervorgeht.

Wie die Kernbindungsenergiekurve der stabilsten Kerne mit jeder Ordnungszahl zeigt. Es macht auch Spaß, mit dieser interaktiven Nuklidkarte zu spielen , in der Sie sich vorstellen können, dass der Graph der Bindungsenergie im Grunde entlang dieser schwarzen Kästchen verläuft.
Wir kopieren nicht die Sonne. Die Fusion in der Sonne beruht auf der Proton-Proton-Kettenreaktion, die sehr langsam ist. Ein warmer Komposthaufen produziert ungefähr die gleiche Energiemenge pro Volumeneinheit wie der Kern der Sonne. Entwickler von Fusionsreaktoren wollen einen warmen Komposthaufen unbedingt übertrumpfen.
Die kontrollierte Kernfusion verwendet Temperaturen, die viel höher sind als die im Zentrum der Sonne, aber bei einem enormen Druck im Vergleich zum Zentrum der Sonne. Die kontrollierte Fusion umgeht auch den anfänglichen Proton-Proton-Fusionsschritt, der der Engpass bei der Fusion in einem Stern mit einer Sonnenmasse ist. Dieser Engpass ist der Grund, warum die Sonne, obwohl sie 4,6 Milliarden Jahre alt ist, weniger als die Hälfte des Wasserstoffs im Kern verbraucht hat.

Da der Kern des Wasserstoffs die niedrigste Ladung enthält. Bei der Fusion werden zwei leichte Kerne durch Kollision in neue umgewandelt. Alle Kerne sind positiv geladen. Bei der Fusion müssen zwei Ladungen gleichen Typs kollidieren andere. Die Abstoßungskraft ist direkt proportional zu ihren Ladungen. Wenn die Ordnungszahl höher ist, je mehr Protonen, desto mehr Ladungen, desto mehr Abstoßungskraft. Es ist schwierig zu kollidieren, wenn es eine große Abstoßungskraft gibt. Also, um zu haben Stabile Fusionsreaktion durch weniger Energieeinsatz, Wasserstoff ist am besten.

Hallo Sulyman, bitte beachten Sie, dass im Englischen auf alle Satzzeichen ein einzelnes Leerzeichen folgt.
Warum wird Wasserstoff oder Helium bei der Kernfusion verwendet?
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