Ich bin mir bewusst, dass während der Kernfusion für leichte Elemente und der Kernspaltung für schwere Elemente die resultierenden Elemente aufgrund der Unterschiede in ihren Bindungsenergien pro Nukleon weniger Masse haben als die ursprünglich reagierenden Elemente (dh der Massendefekt). Dadurch können sie Energie freisetzen.
Nun, nach meinem Verständnis aus dem Online-Lesen entsteht dieser Massendefekt aufgrund der starken Kernkraft – ein Teil der Masse der Nukleonen wird verbraucht, um die starke Kernkraft zu bilden, um den Kern intakt zu halten.
Wenn also der Massendefekt im Wesentlichen gleich der Bindungsenergie des Kerns ist und diese Energie gleich der starken Kernkraft ist, die den Kern zusammenhält, warum wird diese Energie dann nach der Spaltung/Fusion als nutzbare Energie freigesetzt ? Ist das nicht die Energie, die den Kern intakt hält? Wie kann es freigesetzt werden und dennoch den Kern unter dem Einfluss der starken Kernkraft verlassen?
Sie scheinen anzunehmen, dass die Energie, die erforderlich ist, um die Kerne „intakt“ zu halten, proportional zur Anzahl der Nukleonen ist, die vor und nach der Spaltung/Fusion (ungefähr) gleich ist.
Im Allgemeinen sind physikalische Modelle des Kerns nicht leicht zu verstehen. Aber das sogenannte „Flüssigkeitstropfenmodell“ vermittelt eine gewisse Intuition der Materie. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Semi-empirical_mass_formula .
Bei diesem Modell ist ein Faktor, dass die Oberfläche der Kerne vor und nach der Fusion/Spaltung nicht gleich ist. Diese beeinflussen aber die Gesamtenergie, weil die Nukleonen an der Oberfläche eine andere Bindung „spüren“ als die im Kern, vergleichbar mit den Molekülen in einem Wassertropfen. Dabei entsteht wie im Wasser eine Oberflächenspannung, auch Oberflächenenergie genannt .
Auf diese Weise und mit vielen weiteren Effekten gibt das Wassertropfenmodell die Massen von Atomkernen recht gut wieder.
Was den Kern zusammenhält, ist die Tatsache, dass die Bindungsenergie negativ ist . Je negativer die Bindungsenergie ist, desto stabiler ist der Kern.
Bei Fusions- oder Spaltungsreaktionen sind die endgültigen Kerne stabiler als die ursprünglichen und haben daher eine negativere Bindungsenergie. Der positive Saldo (negativ minus mehr negativ ) wird freigegeben.
Zu den Details, wie genau diese Energie negativ ist, hat Dir Hartmut Braun einige Erklärungen gegeben, die im Grunde richtig sind. Aber es ist tatsächlich viel komplizierter als das. Diese Details sind wichtig, um genau zu berechnen , wie viel Energie freigesetzt wird, aber nicht, um Ihre Frage zu beantworten.
Die Hauptidee ist, wenn Sie von schwach gebundenen Kernen (Deuterium und Tritium für die Fusion vs. Uran oder Plutonium für die Fusion) ausgehen und mit stärker gebundenen Kernen (Helium vs. Spaltprodukte) enden, wird Energie freigesetzt.
Nur 1 % der Masse des ursprünglichen Kerns wird als Spaltenergie freigesetzt, meist in Form der kinetischen Energie der Spaltelemente, die mit 3 % Lichtgeschwindigkeit auseinanderfliegen.
Die verbleibenden Tochterkerne haben 99% der Masse des ursprünglichen Kerns, aber die Tochterkerne sind noch intakt, was bedeutet, dass sie immer noch eine starke Wechselwirkung in sich haben, die sie in einem Stück hält.
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Jon Kuster
Andy
Jon Kuster