Wie werden die Elektronen bei der Fusion in Sternen (Sonne) oder sehr heißen Gasen gebunden und was ist mit Tritonen und DDD-TTT vs. DDD-DDD-Fusion?

Die meisten Texte, die ich gelesen habe, konzentrieren sich zunächst nur auf die Kerne, sprechen aber schließlich über Atome und Isotope von Helium (oder anderen). Ein paar Aspekte sind mir nicht klar und ich wäre dankbar für ein paar Erklärungen. Mein Verständnis unten kann in Teilen fehlerhaft sein. Eine gute Referenz für einen Anfänger, die klare phänomenologische Erklärungen enthält, würde ebenfalls helfen.

Ich verstehe, dass in sehr heißem Plasma wie dem Kern der Sonne Elektronen existieren, aber ebenso wie Protonen ungebunden sind und sich beide mit sehr hohen Geschwindigkeiten (hohe Temperatur) bewegen, wobei sich Elektronen aufgrund der geringeren Masse schneller bewegen als Protonen. Nun kann eine Frontalkollision zweier sehr schneller Protonen mit geringer, aber nicht null Wahrscheinlichkeit, sie zusammenhalten und eines von ihnen kann in ein Neutron (plus Neutrino plus Positron) zerfallen und so zu einem Deuteron (dem Kern von ein Deuterium). Da Deuteronen schwerer und größer als Protonen sind, können sie durch ihre größere Größe leichter mit anderen Protonen zusammenstoßen, und die größere Masse und damit die größere Trägheit helfen ihnen, die Coulomb-Barriere leichter zu überwinden, um weiter mit einem Proton zu fusionieren (* ). Das ist in Ordnung, aber bisher haben wir immer noch nur einen Kern, nämlich einen 3He-Kern (2 Protonen, 1 Neutron). Texte I'

An welcher Stelle werden Elektronen gebunden und wie oder werden sie überhaupt gebunden? Liegt es daran, dass dieser Kern, sobald wir ein Deuteron haben, viel langsamer ist und daher ein vorbeiziehendes Elektron sofort von der Coulomb-Kraft erfasst wird? Dies würde bedeuten, dass jedes Mal, wenn ein neues Proton fusioniert, ein vorbeiziehendes Elektron eingefangen und gebunden wird.

(*) Mir ist unklar, ob eine Deuteron-Proton-Fusion wahrscheinlicher ist als eine Proton-Proton-Fusion. Ein Deuteron ist ziemlich schwach gebunden, also kann ein Proton, das es klopft, es auch spalten. Das Verhältnis von Split vs Fuse ist unklar, ebenso wie die Bedingungen für das Eintreten des einen und des anderen (Geometrie, Rotation, Schwingungszustand?).

Ein weiterer weniger klarer Aspekt betrifft die Tritium- und DT-Fusion.

Erstens, wie genau entstehen Tritonen in der Sonne? Liegt es an (*) oben? dh der Deuteronkern ist ziemlich wöchentlich gebunden, daher erzeugt ein Proton, das ihn spaltet, ein freies Neutron, das dann mit einem vorhandenen Deuteron verschmelzen kann?

Angenommen, wir haben D Und T . Texte behaupten, wenn a D Und T kollidieren sie immer kleben (Sicherung) während wann D Und D kollidieren sie fast nie, da dies erfordern würde, dass ein Photon emittiert wird, um zu haften, was normalerweise nicht der Fall ist (bei diesem Teil der Photonenemission bin ich mir nicht sicher). Warum ist D - T fast garantiert zu einer Fusion führen und D - D ist nicht?

en.wikipedia.org/wiki/Proton%E2%80%93proton_chain_reaction ist ziemlich gut. Ja, Sie haben Recht, es ist zu heiß im Kern (und im größten Teil der Sonne), als dass Elektronen an Kerne binden könnten. Wenn also Texte über Atome im Kern sprechen, gehen sie etwas locker mit der Sprache um.
Ich habe diese Referenz gelesen und sie beantwortet meine Fragen nicht. Wollen Sie sagen, dass sowohl vor als auch nach der Fusion (alle) keine Elektronen an irgendwelche Kerne gebunden sind, dh es gibt nur Kerne und alle Texte missbrauchen effektiv die Notation, wenn sie von "Helium-3" oder "Helium-4" sprechen oder "Wasserstoff" usw.? Keine Atome?
Ja das ist richtig. Es gibt nur nackte Kerne, keine neutralen Atome. Aber ich nehme an, man könnte sie als vollständig ionisierte Atome bezeichnen. Sicher, dieser Wikipedia-Artikel beantwortet Ihre Fragen nicht vollständig, aber IMHO ist es eine gute Referenz, die einige Dinge für Sie klären kann.
Vielen Dank. Zeigt, dass es manchmal die bessere Idee ist, eine Frage früh zu stellen (ich habe einige Zeit gebraucht, um nach einer Antwort zu suchen).
Ihre Frage deckt viel Gebiet ab! Wir bevorzugen Fragen, die stärker fokussiert sind, aber ich werde in Kürze eine Antwort posten, die einige Ihrer Bedenken anspricht.

Antworten (1)

Wie ich in den Kommentaren erwähnt habe, ist das Plasma im Inneren eines Sterns vollständig ionisiert: An die Kerne sind keine Elektronen gebunden.

Der Hauptengpass in der Proton-Proton-Kette ist nicht die Verschmelzung zweier Protonen zu einem Diproton, sondern die Umwandlung des Diprotons in ein Deuteron. Die Temperatur des Sonnenkerns ist mehr als ausreichend, um die Coulomb-Abstoßung zwischen zwei Protonen zu überwinden, wenn man das Quantentunneln berücksichtigt, wie es von George Gamow entdeckt wurde. Siehe den Gamow-Faktor für Details.

Das Diproton ist jedoch sehr instabil und fällt meistens kurz nach seiner Bildung einfach auseinander. Es bleibt also nur ein kurzes Zeitfenster, bis eines der Protonen durch Beta-Plus-Zerfall in ein Neutron umgewandelt wird . Aber diese Reaktion beinhaltet die schwache nukleare Wechselwirkung, die relativ langsam ist. Es wird geschätzt, dass (im Sonnenkern) die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Diproton in ein Deuteron umwandelt, in der Größenordnung von liegt 10 − 26 . Und deshalb beträgt die durchschnittliche Zeit für die erfolgreiche Fusion eines Protons im Sonnenkern etwa 9 Milliarden Jahre.

Das macht übrigens eine reine Wasserstofffusion für ein terrestrisches Fusionskraftwerk äußerst unpraktisch. Aber es bedeutet auch, dass Sterne lange brennen können, was sehr gut ist. :)

Ich darf nicht positiv abstimmen, aber ich kann hier danke sagen, also danke. ps Immer noch interessiert an der Tritium-Seite der Dinge im 2. Teil meines Beitrags, wenn Sie Zeit haben (vielleicht eine klare Referenz?)
Keine Sorge, @qeuntinz. Ihren Angaben zufolge haben Sie noch nicht genügend Repräsentanten, um abzustimmen. Aber wenn Sie möchten, können Sie meine Antwort akzeptieren . ;) Wir ziehen es vor, uns auf Stack Exchange-Sites an die Regel "eine Frage pro Frage" zu halten, aber da das Tritium-Zeug irgendwie verwandt ist, werde ich versuchen, in den nächsten Tagen oder so einige Informationen darüber hinzuzufügen. Ich muss zuerst ein wenig weiter recherchieren, um sicherzustellen, dass ich die relevanten Fakten richtig verstehe.
Vielen Dank im Voraus. Sie könnten mich auf Ressourcen verweisen, die ich selbst lesen könnte (wenn sie nicht auf Expertenniveau sind - ich bin noch nicht dort). Ich wollte anderen nicht noch mehr Zeit aufbürden.
@qeuntinz en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power#Fuels hat einige relevante Informationen, obwohl der Schwerpunkt auf terrestrischen Fusionsreaktoren liegt. Natürlich ist das Brennen von Deuterium Teil der pp-Kette, die ich zuvor verlinkt habe. Tritium wird aufgrund des Mangels an freien Neutronen normalerweise nicht in den üblichen Sternfusionsreaktionen produziert.
„Die Temperatur des Sonnenkerns ist mehr als ausreichend, um die Coulomb-Abstoßung zwischen zwei Protonen zu überwinden.“ – Meine Erinnerung daran ist verschwommen, aber IIRC, die klassische Annäherung an massive Punktladungen, hatte nicht den nötigen Schwung, um die Protonen in die starker Wechselwirkungsbereich über der Coulomb-Abstoßung um etwa 10 Größenordnungen. QM musste die Saugnäpfe selbst bei der langsamen Geschwindigkeit, die sie tun, zusammenhalten lassen. Ich frage mich, ob ich nicht schwafele – auf meiner Astrophysik sind 25 Jahre Rost gewachsen. :)
@kkm Du hast Recht. Ich habe diesen Punkt in meiner Antwort ursprünglich beschönigt. George Gamow fand heraus, dass Quantentunneln es Protonen ermöglicht, bei der relativ niedrigen Temperatur des Sonnenkerns zu verschmelzen.
Danke für die Bestätigung, PM, ich war mir nicht sicher, ob ich mich richtig daran erinnert habe! Ha, schau, ich erinnere mich noch an etwas! Wahrscheinlich gerade genug, um gefährlich zu sein ... (Einfügen :( oder :), Ihre Wahl.)
@kkm Der Punkt wird durch die Tatsache veranschaulicht, dass das Brennen von Deuterium trotz derselben Coulomb-Barriere bei einer um eine Größenordnung niedrigeren Temperatur als die der pp-Kette erfolgt.
@ProfRob, ich würde es eher auf die resultierende ³He-Kernstabilität im Vergleich zum instabilen Diproton zurückführen. Was vermisse ich?
@kkm Die Stabilität dessen, was produziert wird, sagt Ihnen, wie hoch das Potenzial auf der anderen Seite der Barriere ist. Hat das einen großen Einfluss auf die Tunnelwahrscheinlichkeit? Es erscheint nicht in der Gamow-Spitzenformel.
@ProfRob, jetzt habe ich verstanden, was du meinst, danke: allein die Tunnelwahrscheinlichkeit. Eine Größenordnung niedriger T bedeutet, dass die Barriere von "außen" extrem höher ist. Die Boltzmann-Verteilung fällt sehr steil ab, und auch die Gamow-Wahrscheinlichkeit fällt exponentiell ein E − 1 . Es wird ein bisschen verschwommen, um von hier aus eine klare Illustration zu sein, IMO: Eine p + D-Fusion erfordert keinen schwachen Prozess, der die viel geringere Tunnelwahrscheinlichkeit stark überkompensiert.
@ProfRob Oh, es sei denn, Sie meinen mit dem "Punkt" die stark vs. schwach vermittelte Fusion. Ich bin etwas verwirrt darüber, was genau der Punkt ist, den Sie veranschaulichen wollen. :)
@kkm Mein Punkt war, dass die D + p-Fusion, die genau dieselbe Potentialbarriere hat, bei niedrigeren Temperaturen abläuft als die p + p-Fusion, da letztere auch eine schwache Wechselwirkung von p zu n erfordert. Daher muss die Barriere mit einer viel höheren Geschwindigkeit durchdrungen werden, um eine Chance zu haben, dass die schwache Wechselwirkung ihr Ding macht.
@ProfRob, ja, danke, das ist mir aufgefallen, nachdem ich die vorletzte Nachricht gesendet hatte. Ich bin ein Langweiler. :) Wirklich, vielen Dank, dass Sie mir geholfen haben, ein bisschen von dem 25-jährigen Rost von meiner Kernphysik zu säubern. Ich habe eine Weile gebraucht, um deinen Kommentar zu würdigen!
Wie werden die Elektronen bei der Fusion in Sternen (Sonne) oder sehr heißen Gasen gebunden und was ist mit Tritonen und DDD-TTT vs. DDD-DDD-Fusion?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v