Kärfusioun

Kärfusioun verbënnt liicht Atomkären zu méi schwéiere Kären. Bei genuch liichten Elementer kënnen d’Produkter pro Nukleon méi staark gebonne sinn, sou datt d’Reaktioun Energie fräisetzt. Déi zentral Schwieregkeet ass, positiv gelueden Käre genuch no beieneen ze bréngen, fir datt déi kuerzreechend Kärkraaft wierke kann.

D’Coulomb-Barrière

Zwee positiv gelueden Käre stoussen sech elektresch of. Eng méi héich Temperatur erhéicht déi typesch kinetesch Energie vun den Ionen an d’Zuel vun enke Rendez-vousen, mee si läscht d’Barrière net. Quantentunnelen ass entscheedend: Käre kënnen eng endlech Wahrscheinlechkeet hunn, Fusiounsdistanzen z’erreechen, och wann hir klassesch Energie ënner dem Maximum vun der elektrostatescher Barrière läit.

Héich Temperatur hëlleft, mee Tunnelen bleift en Deel vun der Physik. Fusioun geschitt nëmmen, wann d’Kären op ganz kleng Distanzen unenee kommen.

Eng Referenzreaktioun: Deuterium an Tritium

Eng dacks diskutéiert Laborreaktioun ass ²H + ³H → ⁴He + n. Si setzt ronn 17,6 MeV fräi: ongeféier 3,5 MeV ginn un den Heliumkär an 14,1 MeV un den Neutron. Den Neutron ass neutral an dofir net zesumme mam geluedene Plasma magnetesch agespaart.

Fusioun setzt Energie fräi, wann se liicht Kären a méi staark gebonne Produkter ëmwandelt. „Kären zesummeféieren“ eleng ass net de Grond.

Temperatur, Dicht a Confinement si sämtlech wichteg

E Fusiounsplasma muss genuch reagéierend Ionen mat enger passender Energieverdeelung enthalen, an dat laang genuch, fir datt d’Fusiounsproduktioun mat den Energieverloschter konkurréiere kann. Dat ass d’Logik hannert dem Lawson-Kritär an ähnlechen Dräifachprodukt-Moossen. Eng spektakulär Temperatur eleng ass kee Beweis, datt e Plasma netto Energie produzéiert.

Stären a Laborplasmen sinn net deeselwechte Fall

D’Sonn gëtt duerch d’Gravitatioun zesummegehalen a verwandelt Waasserstoff haaptsächlech iwwer d’Proton-Proton-Kette an Helium. Fusiounsfuerschung op der Äerd konzentréiert sech dacks op aner Reaktiounen a benotzt magnetescht Confinement oder séier Kompressioun. Dës Systemer hunn aner technesch Weeër, mee déi fundamental Physik bleift déiselwecht: genuch enk Kärbegegnunge mussen optrieden, ier de Plasma seng nëtzlech Energie verléiert.

Duerchgerechent Beispiller

1. Nukleonebilan kontrolléieren

Léisung

Fir ²H + ³H → ⁴He + n ginn d’Massenzuelen 2 + 3 = 5 lénks an 4 + 1 = 5 riets. Och d’elektresch Ladung bleift erhalen: 1 + 1 = 2 + 0.

2. Firwat geet Temperatur eleng net duer?

Léisung

D’Temperatur beschreift d’Energieverdeelung vun den Ionen, mee d’Fusiounsausbezuelung hänkt och of vun Dicht a Confinement-Zäit. E waarmen, mee extrem dënnen a kuerzliewege Plasma kann nach ëmmer nëmme wéineg Fusioun produzéieren.

3. E Q-Wäert benotzen

Léisung

Wann eng Reaktioun e Massendefekt vun 0,010 u huet an 1 u c² ≈ 931,5 MeV, dann ass Q ≈ 0,010 × 931,5 = 9,32 MeV.