Resonante und nicht-resonante Kernfusion

  • Hallo,


    ich habe ein kleines Problem mit den Kernreaktionen in Sternen.


    Bei der nicht-resonanten Kernreaktion ist die Wahrscheinlichkeit, dass bspw. ein Proton in einem Kern verbleibt, gegeben durch das Produkt aus Maxwell-Boltzmann-Verteilung (Wie viele Teilchen haben welche Energie) und Gamow-Faktor (Wahrscheinlichkeit bei gegebener Energie durch den Coulombwall des Kerns zu tunneln). Hat ein Proton jetzt die richtige Energie (bei Gamow-Peak) so kann es irgendwie in den Kern eingebaut werden.


    Bei der resonanten Reaktion ist die Einbauwahrscheinlichkeit wesentlich größer, da dann bei der Energie des Protons ein freies Kernenerie-Nievau liegt und das Proton dort direkt eingebaut werden kann (Das Proton "passt" ins Potential). Das Proton besetzt diesen energietisch höherliegenden Platz und der Kern geht per Gamma-Zerfall in den Grundzustand über.


    Die Frage:
    Was passiert im Vergleich mit dem Proton bei der nicht-resonanten Reaktion? Es wird ja auch in den Kern eingebunden - die Frage ist bloß "wo"? Es kann ja kein Kernniveau besetzen? Was geschieht mit der überflüssigen Energie? Kommt es bei nichtresonanten Reaktionen zu einem Gamma-Kontinuum oder wie muss man sich das vorstellen?

  • Hallo FrankTheTank
    Hatte noch nicht von der resonanten Fusion gehoert. Sieht man denn Peaks z.B. in der n-Produktionsrate bei den Resonanzenergien? Warum sollte die Energiedifferenz nicht freigesetzt werden?
    Clear Skies,
    Gert

  • Ja, man sieht Peaks bei der Produktionsrate! Insbesondere sind dadurch bestimmte Kernfusionen schon bei geringeren Temperaturen schneller, als man durch die Maxwell-Boltzmann-Verteilung erwarten würde.


    Die Energienievaus des Kerns haben bestimmte Drehimpulse und Parität und diese müssen bei Abgabe eines Photons erhalten bleiben.
    Edit: Wieso sollte ein nicht-Energienievau und ein Energieniveau mit einem elektromag. Übergang verknüpft sein?


    Bsp: Beim Helium-Brennen eines Sterns geschieht folgendes:
    He+He+He -> C12
    Da Drei-Körperstöße allerdings sehr, sehr unwahrscheinlich sind, lässt sich so einfach die Reaktionsrate nicht erklären.
    In Wirklichkeit geschieht folgendes:
    He+He <-> Be8 befindet sich im Gleichgewicht. Be8 zerfällt nach 10^-16s wieder in 2He. Diese Zeit reicht offensichtlich aus für
    Be8 + He -> C12.
    Die Reaktionsrate des Gesamtprozesses kann jetzt nur dadurch erklärt werden, dass das Beryllium und das Helium zusammen einen angeregten C12-Kern bilden und so dieser Prozess wegen der Resonanz "schnell" geschieht.

  • <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Wieso sollte ein nicht-Energienievau und ein Energieniveau mit einem elektromag. Übergang verknüpft sein?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Im Prinzip kann das passieren, der Unterschied ist ja "nur", dass ein gebundener Zustand diskret ist (in diesem Sinne ein Niveau) und ein nicht gebundener Zustand nicht zwangsläufig quantisiert ist. Beispielsweise kann ein freies Elektron mit einem Ion rekombinieren und dabei Energie abgegeben. Das Elektron ist vorher nicht gebunden und kann daher alle möglichen Energien gehabt haben, die Energie im gebundenen Zustand ist aber fest. Ein bisschen auspassen muss man noch mit so Schweinereien wie Impuls- und Paritätserhaltung, was das ganze etwas einschränkt.
    Oder habe ich diese Frage jetzt falsch verstanden?

  • Die Frage ist: in welchen Zustand tunnelt das Proton, wenn es bei dieser Energie keinen gebundenen Zustand gibt.


    Argumentiert man hier (ähnlich wie bei der Ramanspektroskopie) mit virtuellen Energieniveaus (die es also eigentlich garnicht gibt)? Wenn das Proton in ein virtuelles Energieniveau kommt, kann es seine Energie durch Strahlung abgeben und würde dann in einen energetisch tieferliegenden, richtigen Zustand kommen.
    Oder noch einfacher: das Proton überträgt den überschüssigen Teil seiner kinetischen Energie einfach an den Kern.

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