Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 6 KERNREAKTIONEN
6.7.2 Entstehung der Elemente mit A > 56
Durch Fusion energetisch nicht möglich. → Bildung durch hohe n-Flüsse während Supernovae
Reaktionen: S-Prozess (Slow Neutron Capture)
A
z X → n A+1
z X ∗ β− → A+1
z+1 Y → n A+2
z+1 Y β− → A+1
z+2 Z . . .
Bildung von Nukliden bis zu A≈210
R-Prozess (Rapid n Capture) (Überwiegend für A 210)
A
z X → n A+1
z X ∗ n →
A+2
z X ∗ → . . . β− →
6.8 Kontrollierte Kernfusion
= kontrollierte Verschmelzung kleiner Kerne in Reaktoren
derzeit: Forschungsphase: Plasmen sind gezündet worden, aber bisher kein Energiegewinn.
Erwartung: in ca. 10a Machbarkeit geklärt
Probleme:
• Einschluss des Plasmas mit T≈ 10 8 K
• Auskopplung der freigesetzten Energie
• + sehr hohe Energieausbeute pro Reaktion / pro Masse
• + Nur wenig und kurzlebiger radioaktiver Abfall
• + Brennstoff unbegrenzt vorhanden, p, d, t
• - funktioniert noch nicht
6.8.1 Anforderungen an Fusionsreaktoren
Überwindung der Coulomb-Barriere
E Coul ≈ 500keV → 5 · 10 9 K, Einsatz der Reaktion bei ca. 10 8 K
Da:
(i) tunneln durhc Coulomb-Barriere (≈ inverser α-Zerfall)
(ii) V Kern ist Maxwell-Boltzmann verteilt → hochenergetischer Schwanz
Maxwell-Boltzmann: P (v)dv =
√
2
π
( ) 3
)
m 2 −( mv
2
e
2k B T
v 2 dv
k B T
mit P (v)dv Reaktivgeschwindigkeit der Reaktionspartner
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