In diesem Artikel wird der Kernfusionsprozess Schritt für Schritt mit Erklärungen und Fakten dazu illustriert.
Bevor Sie beginnen, die detaillierten Fakten zu Kernfusionsprozess Wir sollten eine grundlegende Vorstellung von der Kernfusionsreaktion haben und wie sie sich von der Kernspaltungsreaktion unterscheidet. Die Kernfusion ist genau die entgegengesetzte Reaktion der Kernspaltung.
Wir alle wissen, dass wenn ein schwerer Kern von Uran 235 in zwei Fragmente von zwei verschiedenen leichteren Kernen von Barium und Krypton zerbricht, begleitet von 3 schnelleren Neutronen, diese Reaktion als Kernspaltung bekannt ist. Bei der Fusion verbinden sich zwei leichtere Kerne zu einem schwereren Kern.
Kommen wir zum Kern dieses Konzepts, dh der Bindungsenergie pro Nukleon.
Nach Angaben des Bindungsenergie Kurve haben vergleichsweise leichtere Kerne, die auf dem steilen Teil der Kurve angeordnet sind, geringere Werte der Bindungsenergie pro Nukleon als die Bindungsenergie pro Nukleon der Kerne mit mittleren Massenzahlen.
Das ist der Grund, wenn zwei leichtere Kerne miteinander verschmolzen werden, um einen schweren Kern zu bilden, dann würde die Bindungsenergie einen größeren Wert haben und die Kernmasse würde folglich abnehmen. Als Ergebnis erhält man daraus einen positiven Q-Wert, der eine Energiefreisetzung bedeutet.
Die oben erwähnte Kernreaktion wird als bezeichnet Kernfusion.
Der Wissenschaftler Eddington hat 1920 gezeigt, dass vier Wasserstoffatome miteinander verschmolzen werden können, um ein Heliumatom zu bilden. Es würde loslassen 7 MeV/Nukleon oder insgesamt 28 MeV für alle vier Atome.
Die Gleichung der Kernfusionsreaktion ist unten geschrieben:
1H1 + 1H1 → 1H2 + 1e0 + ???? + F Q = 0.42 MeV
1H2 + 1H2 → 2He3 + 0n1 + Q Q = 3.3 MeV
Q bezeichnet den Wert der freigesetzten Energie.
Die Faktoren, auf denen Kernfusion Der Prozess hängt ab von:
(i) Die Kollisionen müssen zwischen zwei sehr energiereichen Kernen stattfinden
(ii) Es besteht die Notwendigkeit, den Kern nachträglich neu anzuordnen
(iii) Die freigesetzte Energie sollte die kinetische Energie und Anregungsenergie der Produktkeime sein
Beide kollidierenden Kerne sind positiv geladen. Daher wirkt zwischen ihnen eine starke elektrostatische Abstoßungskraft, die versucht, sie voneinander zu trennen. Daher muss die kinetische Energie dieser kollidierenden Kerne sehr hoch sein, damit sie die elektrostatische Coulomb-Abstoßungskraft überwinden kann.
Es muss eine selbsterhaltende Reaktion sein, sodass die freigesetzte Energie größer ist als die Energie absorbiert bei der Auslösung der Reaktion.
Wenn der Wert der kinetischen Energie zunimmt, steigt auch die Temperatur. Damit wird den Sekundärkernen ausreichend Energie zugeführt. Aus diesem Grund werden Kernfusionsreaktionen auch als bezeichnet thermonukleare Reaktionen.
Die bei einem Kernfusionsprozess erzielte hohe Temperatur beträgt bis zu 10⁹ Grad Celsius. Wenn die Ordnungszahlen hoch werden, ist auch der Temperaturanstieg hoch. Hauptsächlich drei Isotope von Wasserstoff (1H1,1H2,1H3) werden im Kernfusionsprozess verwendet, insbesondere Deuterium (1H2).
Die Schritte des Kernfusionsprozesses sind unten angegeben:
Schritt 1:
Zunächst werden zwei leichtere Kerne, insbesondere zwei Deuteriumatome, einander angenähert.
Schritt 2:
Danach werden diese beiden Kerne auf eine sehr hohe Temperatur von 10⁹ Grad Celsius erhitzt.
Schritt 3:
Die Atome sollten mit sehr hoher Geschwindigkeit kollidieren, um die zwischen ihnen wirkende elektrostatische Coulomb-Abstoßungskraft zu überwinden (diese Abstoßungskraft wirkt, da beide positiv geladen sind).
Schritt 4:
Dann werden diese beiden Atome miteinander verschmolzen.
1H1 + 1H1 → 1H2 + 1e0 + ???? + F Q = 0.42 MeV
1H2 + 1H2 → 2He3 + 0n1 + Q Q = 3.3 MeV
Schritt 5:
Nach der Reaktion werden Neutronen gebildet und eine große Menge Energie freigesetzt.
Schritt 6:
Wir alle sind mit Einsteins Masse-Energie-Beziehung ziemlich vertraut. Das ist, E = mc² wobei E = Energie, m = Masse und c = Lichtgeschwindigkeit. Nun ist die Masse des Produktatoms kleiner als die Masse der beiden reagierenden Atome.
Diese überschüssige Masse geht während der Reaktion nicht verloren, sie wird nur gemäß der obigen Masse-Energie-Beziehung in Energie umgewandelt.
Aus diesem ganzen Prozess ist ersichtlich, dass wir eine sehr kleine Menge an Masse benötigen, um eine riesige Menge an Energie zu erzeugen.
13+ Kernfusionsprozess mit detaillierten Illustrationen sind unten angegeben:
- Kernfusionsprozess in den Sternen
- Kernfusionsprozess in der Sonne
- Stellare Reaktionen
- Kernfusionsprozess im Inneren des Erdkerns
- Unkontrollierter Kernfusionsprozess
- Kontrollierter Kernfusionsprozess
- Kernfusionsreaktoren
- Proton – Protonenzyklus
- Kohlenstoff-Stickstoff-Kreislauf
- Kernfusion
- Trägheitselektrostatischer Kernfusionsprozess
- Trägheitseinschluss Kernfusionsprozess
- Strahl-Target-Kernfusionsprozess
Kernfusionsprozess in den Sternen
Sterne enthalten meist dicht gepackte Wasserstoff- und Heliumatome. Da sie sehr dicht aneinander gepackt sind, erzeugen sie einen enormen Druck im Kern der Sterne. Aufgrund dieses hohen Drucks und der Temperatur um die 10⁹ Grad Celsius kommt es hier zur Kernfusion.
Bei der Kernfusionsreaktion verschmelzen zwei leichtere Atome miteinander. Im Kern der Sterne verbinden sich zwei Wasserstoffatome zu einem Heliumatom. Obwohl es viel Energie braucht, um eine Kernfusion zu initiieren, produziert sie, sobald sie gestartet ist, eine riesige Menge an Energie.
Der Kernfusionsprozess findet kontinuierlich in den Sternen statt. Zuerst verbinden sich zwei Wasserstoffe zu Helium, danach Beryllium usw. Da in einem Wasserstoffatom ein Proton steckt, wird die Verschmelzung von Wasserstoffatomen in Sternen auch als Proton-Proton-Fusion bezeichnet.
Kernfusionsprozess in der Sonne
Kernfusion findet auch in der Sonne statt. Auch hier verbinden sich Wasserstoffatome zu Heliumatomen. Vier Wasserstoffatome werden miteinander verschmolzen, um jedes Heliumatom zu bilden. Ein Teil der Masse der Produkte wird während dieses Kernfusionsprozesses in Energie umgewandelt.
Stellare Reaktionen
Alle Elemente, die zu diesem Universum gehören, waren in früheren Situationen Wasserstoff. Protonen und Neutronen, die zu einigen leichteren Kernen gehören, werden miteinander kombiniert, um neue Elemente innerhalb der Sterne zu bilden. Der Prozess, durch den dies geschieht, ist als stellare Nukleosynthese bekannt.
Wasserstoff wird durch den Kernfusionsprozess in Helium, Wärmeenergie und Strahlungsenergie umgewandelt. Durch diese Reaktionen werden also grundsätzlich neue Kerne aus den bereits vorhandenen Kernen in den Sternen gebildet.
Bei der primordialen Nukleosynthese werden H, He und Li-7 im heißen frühen Universum produziert. Heute findet die stellare Nukleosynthese durch thermonukleare Reaktionen in der stellaren Umgebung und Neutroneneinfang in der stellaren Umgebung statt.
Kernfusionsprozess im Inneren des Erdkerns
Die Quelle, aus der der Kernfusionsprozess im Inneren der Erde erfolgt, muss noch gefunden werden. Daher wird von den Wissenschaftlern angenommen, dass Zerfall radioaktiver Elemente können hier eine der Quellen der Kernfusion sein.
Hier erhöht diese Kernfusion, die von den Deuteronen ausgeht, die Reaktionsgeschwindigkeit bei einem sehr hohen Druck von 364 GPa und eine sehr hohe Temperatur von 5700 K. Die benötigte Reaktionsgleichung lautet:
2D + 2D + 2D → 2 1H1 + 2He4 + 20.85 MeV
Die Rate, mit der Wärme erzeugt wird, beträgt 8.12 x 10¹² J/m3
Unkontrollierter Kernfusionsprozess
In einem Wasserstoff-Brandsatz finden sowohl Kernspaltungs- als auch Fusionsreaktionen statt. Der Spaltteil darin enthält Uran 235 und Plutonium 239. Eine Atmosphäre aus Deuterium und Tritium hat sie umgeben. Dieser Spaltteil spielt zunächst die Rolle einer zündenden Lunte und sorgt für eine hohe Temperatur von 107-108 Grad Celsius.
Diese extrem heiße Umgebung hilft bei der Einleitung des Prozesses der Kernfusion. Diese Temperatur wird dann gehalten, damit der Prozess weiterlaufen kann.
Kontrollierter Kernfusionsprozess
Wir wissen, dass Kernfusion nicht in einem Labor erreicht werden kann, da sie eine sehr hohe Temperatur zum Starten erfordert. Daher wurde zur Lösung dieses Problems der Prozess der Verwendung von Partikeln mit hohen kinetischen Energien eingeleitet.
Ein weiterer Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, die Kernfusionsbrennstoff in Plasma.
Kernfusionsreaktoren
Der Kernfusionsreaktor ist eine Anwendung der kontrollierten Fusionsreaktion. In diesem Reaktortyp wird grundsätzlich Kernenergie in elektrische Energie umgewandelt. Sein Mechanismus ähnelt der normalen Kernfusionsreaktion.
Eine unbedeutende Menge an Masse wird gemäß Einsteins Masse-Energie-Beziehung E=mc² in eine enorme Menge an Energie umgewandelt.
Proton – Protonenzyklus
Dies ist im Grunde eine Art Sternreaktion. Bei dieser Reaktion werden Protonen zu Heliumkernen verschmolzen. Bei dieser Reaktion wird auch Stellarenergie freigesetzt. Die Gleichungen des Proton-Proton-Zyklus lauten:
1H1 + 1H1 → 1H2 +1e0 + v + 0.42 MeV
1H2 + 1H1→ 2He3 +γ + 5.5 MeV
2He3 + 2He3 → 2He4 + 2 1H1 + 12.8 MeV
Kohlenstoff-Stickstoff-Kreislauf
Dies ist eine andere Art von stellarer Reaktion. Es wird in den Sternen als Alternative zum Proton-Proton-Zyklus verwendet. Die darin freigesetzte Energie ist auch die gleiche wie im vorherigen Zyklus.
Die Gesamtgleichung dafür lautet:
4 1H1 → 2He4 + 2 1e0 + 2v+ 3γ + 26.72 MeV
Kernfusion
Diese Art der Kernfusion wird in thermonuklearer Munition verwendet. Bei dieser Art von Reaktion gehen die Atome bei sehr hoher Temperatur in den Plasmazustand über. Extrem hohe kinetische Energien verhelfen den Teilchen zur Kollision. Daher kommt es zur Verschmelzung.
Trägheits-Kernfusionsprozess mit elektrostatischem Einschluss
In diesen Geräten wird ein elektrisches Feld verwendet, um die Ionen zu erhitzen, was wiederum beim Auftreten einer Kernfusionsreaktion hilft. Dieses Konzept wird in einem Fusor verwendet.
Trägheitseinschluss Kernfusionsprozess
Hier wird ein Brennstofftarget erhitzt und komprimiert, sodass Fusionsenergie freigesetzt werden kann. Das Brennstoffziel enthält ein Pellet aus Deuterium und Tritium.
Strahl-Target-Kernfusionsprozess
Bei diesem Verfahren werden Beschleuniger verwendet, um hohe kinetische Energien zu erreichen, damit Leichtionen-Fusionsreaktionen stattfinden.
Erfahren Sie mehr über 7 Fakten zu Ist Kernfusion möglich?.
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Hallo ... ich bin Ankita Biswas. Ich habe meinen B.Sc. in Physik und meinen M.Sc. in Elektronik mit Auszeichnung abgeschlossen. Derzeit arbeite ich als Physiklehrer an einer weiterführenden Schule. Ich bin sehr begeistert vom Bereich der Hochenergiephysik. Ich liebe es, komplizierte physikalische Konzepte in verständlichen und einfachen Worten zu schreiben.
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