Gibt es Kernspaltung im All?Endet alles im Eisen ?

    Hallo Sternfreunde!


    Das Universum strebt nach immer größeren Atomkernen, oder nicht?
    Gas und Staub akumuliert/aggregiert und formt Sterne, welche beginnen, den Wasserstoff zu fusionieren. Je nach Größe des Sterns geht die Fusion nur bis zum Sauerstoff, maximal jedoch bis zum Eisen.
    Nur Supernovae bringen dann noch größere Atomkerne, wie etwa Gold hervor. (Letzteres findet sich auch in unserer Sonne wieder.)
    Wenn es keine Kernspaltungen im Universum gibt, müsste der "Verbrauch" all der Sonnen die Atommassen im Weltall immer weiter ansteigen lassen und dabei das Kernfusionsmaterial irgendwann aufgebraucht haben.
    Ich stelle mir das so vor, habe aber nie irgendetwas derartiges gehört/gelesen.
    Können größere Atomkerne auch wieder zerlegt werden?
    Wann?
    Bei welchen Prozessen?
    Herrscht Gleichgewicht zwischen Kernspaltung und Kernfusion?
    Wenn die Kernfusion all der Sterne gegenüber der Kernspaltung überhand haben sollte, so führt dies, wenn auch langfristiger, auch zu dem von mir genannten Szenario, das ich so formulieren möchte:
    Die so alltägliche Kernfusion des Universums hat irgendwann zur Folge:
    "Alles endet im Eisen oder in noch hochwertigeren Atomen!"
    Und dann wird es dunkel!


    Warum ist dem nicht so! Ich freue mich über eure Antworten!


    Viele Grüsse, Helmut

    Hallo Helmut,


    genau, die Fusion geht nur bis zum Eisen. Alle Elemente darüber werden über sog. Neutroneneinfänge gebildet. Ich kann mir aber gut vorstellen, dass es im Laufe der Einfänge es dann zu schwereren Atomen kommt, die instabil sind und zerfallen --> also Kernspaltung.


    Auch ist es richtig, dass der für die Fusionen notwendige Sprit, also Wasserstoff, irgendwann einmal verbraucht sein wird - dies passiert bei unserer Sonne in etwa 5 Mrd. Jahren.


    Ich glaube auch, dass es irgendwann einmal "dunkel" wird im Universum, nur wird es halt noch sehr, sehr, also wirklich sehr lange dauern.

    Hallo Helmut,


    im Universum gelten dieselben physikalischen Gesetze wie auf der Erde. Insofern, wenn die Bedingungen für Kernspaltung vorhanden sind, dann findet diese auch statt. Da passieren noch ganz andere Dinge und das Zusammenspiel möglicher Prozesse macht die Situation komplex.


    Nimm zum Beispiel das Ende des Lebens eines massereichen Sterns. Der konnte friedlich bis zum Eisen fusionieren und bei jeder Reaktion Energie gewinnen, daher fand die Fusion ja überhaupt statt. Damit ist nun Schluß, weitere Fusionsreaktionen brauchen Energiezufuhr, also fällt letztlich der Kern in sich zusammen. Vorher ist es aber durchaus schon zum Gegenteil gekommen: Hochenergetische Photonen zerstören die schwereren Kerne durch Photodesintegration. Genauso führen aber auch Wege an der Eisen"grenze" vorbei, schon vor dem Sterntod der s-Prozess und "währenddessen" der r-Prozeß. So entstehen die Elemente schwerer als Eisen und reichern sich im Universum an.


    Aber auch für die gilt natürlich wo auch immer sie dann später hingelangen: Hat man es mit einem radioaktiven Isotop zu tun, dann zerfällt es irgendwann. Und da liegt dann auch die Grenze, nämlich bei der sogenannten Grenze der Stabilität. Immer schwerere und schwerere Elemente lassen sich nicht erzeugen, weder künstlich noch in der Natur, denn ab einer gewissen Kernladungs- und Massenzahl gibt es keine stabilen Isotope mehr.


    Der Anteil schwerer Elemente im Universum steigt in diesem Sinne kontinierlich, ebenso wie die durchschnittliche Massenzahl eines Atomkerns. Aber bis ins Unendliche läßt sie sich nicht steigern.


    Viele Grüße
    Caro

    Hallo Helmut,


    es gibt eine ganze Reihe von Elementen die stabil sind und nicht durch natürlichen Zerfall wieder zerbröseln. Das ist dagegen bei den ganzen radioaktiven Materialien der Fall- aus denen wird häufig irgendwann Blei oder ein ähnlich stabiles schweres Element.


    Ob bei einer Novae stabile Elemente auch gespalten werden können weiß ich nicht. Aber vom Prinzip werden die leichten wie Wasserstoff und Helium irgendwann aufgebraucht sein.


    Gruß Stefan

    In natürlicher Weise ist beim Uran Schluß. Im Labor kann es dann noch weitergehen, aber halt auch nur begrenzt, da die Atome in der Regel instabiler werden mit steigender Ordnungszahl.

    Hallo Frank,


    natürlich können auch in der Natur Elemente schwerer als Uran entstehen. Sie zerfallen nur irgendwann, das ist alles. Da sind aber durchaus einige Halbwertszeiten von Millionen Jahren dabei...


    Viele Grüße
    Caro

    Hallo Caro,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">natürlich können auch in der Natur Elemente schwerer als Uran entstehen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    Was meinst Du genau mit "Natur"? Was ich eigentlich sagen wollte, ist, dass Uran innerhalb aller NATÜRLICH vorkommenden Elemente dasjenige ist, welches die höchste Ordnungszahl besitzt.


    Die Transurane (also alles größer als Uran) kommen ja so in der Natur nicht vor (abgesehen von vielleicht geringsten Mengen Plutonium), können aber im Labor erzeugt werden.

    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Caro</i>
    <br />Da sind aber durchaus einige Halbwertszeiten von Millionen Jahren dabei...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Das wäre mir eigentlich auch neu. Welche Atome sind dies denn?


    Plutonium als sehr geringer Bestandteil in der Pechblende hat eine Halbwertszeit von etwa 24000 Jahren.

    Hallo Frank,


    schau dich mal unter http://de.wikipedia.org/wiki/N…Ordnungszahlen_81_bis_100 bzw. http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Isotope/7._Periode um.


    Pu-244 zum Beispiel hat 80 Millionen Jahre, du dagegen beziehst dich auf Pu-239.


    Und nochmal. Auch Elemente schwerer als Uran können in Neutroneneinfangprozessen in den Endstadien der Sternentwicklung erzeugt werden. Natürlich zerfallen diese Isotope irgendwann, und ob man sie nachweisen kann, ist letztlich eine Frage dessen, wieviel Zeit seit dem Tod des Sterns vergangen ist und der Statistik.


    Viele Grüße
    Caro

    Hallo Frank, Caro, Stephan,


    ich wollte gar nicht bis zu den radioaktiven Atomen hinaus, die selbstverständlich zerfallen. Ich wollte Prozesse, die dem dunklen Universum entgegenwirken. Caro erwähnt die Photonendesintegration, aber keine Kernspaltung auch wenn es die bei den komplexen Vorgängen vielleicht gibt. Ich dachte, meine Vorstellung sei falsch und ich würde korrigiert werden! Aber dem ist nun doch nicht so!


    "Der Anteil schwerer Elemente im Universum steigt in diesem Sinne kontinierlich, ebenso wie die durchschnittliche Massenzahl eines Atomkerns. Aber bis ins Unendliche läßt sie sich nicht steigern."


    Letzteres hatte ich auch nicht behauptet, nur wollte ich mich, wegen des von mir erwähnten Goldes nicht ausschließlich auf das Endprodukt Eisen festlegen. Aus dem von Caro zitierten Satz schließe ich also:


    Der Anteil schwerer Elemente im Universum steigt kontinuierlich, ebenso wie die durchschnittliche Massenzahl eines Atomkerns und wird schließlich, in sehr sehr langer Zeit beim Eisen oder in noch größeren stabilen Atomen enden. Das Weltall wird dann dunkel sein.


    Diese, meine Erkenntnis, überrascht mich schon, da ja immer die Zukunft des Alls prognostiziert wird (entweder es expandiert unendlich oder es zieht sich wieder zusammen...etc.) aber es bisher noch niemand auf diesen, meinen Punkt gebracht hat.


    Wir haben es hier also eindeutig mit einem in Zukunft erlöschenden Universum zu tun!
    Selbst eine Physikerin widerspricht mir nicht und ich habe ihre Aussage dazu nur noch konsequent zu Ende gedacht, wobei ich stillschweigend annahm, dass ohne Kernfusion Dunkelheit im All herrscht.


    Gibt es niemanden, der mir widerspricht? Das kann ich nicht glauben!


    Grüsse, Helmut

    Hallo zusammen,


    wie Caro sagte, alles, aber auch alles was im Labor und theoretisch geht passiert auch in der Natur. Jedes Element das die Physiker im Reaktor oder Beschleuniger herstellen und als "künstlich" bezeichnen kommt in Wahrheit auch im Universum vor. Nur oft eben so selten und/oder kurzlebig dass man es nicht oder kaum *beobachtet*. Daher sind Aussagen wie "kommt in der Natur nicht vor" eigentlich nicht richtig. Auch Kernspaltung kommt im Universum regelmässig vor, und spielt eine Rolle bei manchen Sorten der Supernova, und auch für kosmische Strahlung. Ist aber weniger augescheinlich als die Fusion, was einfach auch daran liegt dass es viel viel mehr Wasserstoff und Helium als alles andere gibt.


    Was nun die schweren Elemente angeht: Eisen 56 hat die niedrigste Masse pro Nukleon.


    Achtung: _nicht_ wie oft zu lesen ist die größte _Bindungs_energie pro Nukleon, diese Ehre steht dem Nickel zu, das deshalb auch in Supernovae so viel produziert wird. Da sind die entsprechenden Isotope aber instabil und zerfallen recht schnell zu Eisen. Das ist der Grund dafür dass in unerem unermesslich jungen (mehr dazu weiter unten) Universum schon jetzt so viel Eisen. Die wahre Eisenzeit, die kommt nämlich erst!


    Generell ist nämlich stabil oder nicht meist nur eine statistische Aussage, bezogen auf die uns vertrauten Zeiträume. Solange es Zustände mit niedrigerer _Gesamt_energie gibt, wird alles sich irgendwann in diesen Zustand begeben. Heisst also im Endeffekt: Wenn man unendlich lange wartet werden es die Sterne und Co. irgendwann schaffen, alle leichten Elemente zu Eisen 56 zu verbrennen, und alle schwereren Kerne (auch wenn sie uns stabil scheinen) werden zu Eisen 56 zerfallen.


    In diesem Sinne könnte man sagen kein Element/Isotop (ausser Eisen 56) ist wirklich stabil, und für alles eine Halbwertszeit ausrechnen.


    Die längste bisher wirklich gemessene Halbwertszeit ist momentan die des Tellur 128: 7700 Trilliarden Jahre, oder etwa 700 Billionen Mal das momentane Alter des Universums. Die 24 000 Jahre des Plutoniums, naja, im Vergleich nichtmal ein Kindergeburtstag [;)] Trotzdem, das ist ein Wimpernschlag.


    Ich schrieb alles zerfällt zu Eisen. Das stimmt aber nur, wenn auf diesen langen Zeitskalen die Protonen in den Kernen wirklich stabil sind. Auch hier kann man nur sagen dass man bisher keinen Protonzerfall beobachtet hat, und aus dieser extremen Seltenheit eine minimale Halbwertszeit ableiten: etwa zehn Billionen Trilliarden Jahre. Da ist auch das Tellur schon lange weg, und wenn das die Lebensdauer des Protons ist, dann verschwinden nach dieser Zeit alle Elemente.


    Wenn das Proton aber "stabil" ist, wie lange dauert es denn dann wirklich bis alles zu Eisen 56 wird? Auch das kann man ausrechnen. Das Ergebnis ist 10^1500, eine 1 gefolgt von 1500 Nullen. Wie die Zahl heisst weiss ich nicht...


    Also ja, irgendwann wirds dunkel im Universum. Das weiss man aber eigentlich bereits mindestens seit man die steady-state Kosmologie vor Jahrzehnten ad acta gelegt hat.


    Viele Grüsse,
    Dominik

    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: DK279</i>
    <br />Eisen 56 hat die niedrigste Masse pro Nukleon.


    Achtung: _nicht_ wie oft zu lesen ist die größte _Bindungs_energie pro Nukleon
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Aber die Bindungsenergie ergibt sich doch aus dem Massendefekt? Wie ergibt sich dieser Unterschied?

    Hi Frank,


    wenn wir schon bei den Details sind: Nickel 62, und garnicht Nickel 56, hat die höchste Bindungsenergie pro Nukleon von allen Isotopen. Durch unterschiedliche Einfangquerschnitte und Anfälligkeit für Photodesintegration stellt sich dann aber in der Supernova ein Gleichgewicht zu Gunsten des Nickel 56 ein, das dann wiederum zu Eisen 56 zerfällt...

    Moin Helmut,
    warum soll nur beim Eisen deshalb Schluss sein, weil es den niedrigsten Energiezustand hat?
    Maßgeblich ist langfristig doch eher, wie stabil ein einmal erzeugtes Element ist und ob nicht vielleicht in seiner Nähe nicht Teilchen/Energien freigesetzt werden, die es zur Spaltung/Fusion bringen. Das kann nämlich auch einem Eisenkern dann passieren. Der nimmt dann einen Teil der Energie dazu.


    Die Frage ist doch letztlich, kann am Ende soviel Energie (der insgesamt im Universum vorhandenen) in Eisenteilchen gebunden werden, dass exotherme Kernprozesse ausgeschlossen sind. Und da vermute ich: NEIN, entweder sind die Masseansammlungen der dann vorhandenen Eisenkerne klein und vereinzelt (und haben dann ein großen Potential an Gravitationsenergie, mit dem man sie auch wieder zerlegen könnte) oder sie sind groß und fallen dann in einen Neutronenstern bzw. SL zusammen. (Mal die diversen kosmologischen Expansionsszenarien außer Acht lassend.)


    Gruß


    PS: Mindestens so stabil wie Eisenkerne sind Massenansammlungen in Neutronensternen. (quasi ein Trans-Uran der Sonderklasse [:D])

    Huhu Kalle,


    bei so langen Zeiten kommen viele auf den ersten Blick kontraintuitive Sachen dazu. Neutronensterne entstehen z.B. ja unseres Wissens nur durch stellare Aktivität, sprich Supernovae. Sie sind also selten, nur ein winziger Teil aller Materie wird je zum Neutronenstern. Schon in ~hundert Billionen Jahren wird aber sogar die Sternentstehung zum Erliegen kommen. Ab dann verschwinden auch die Neutronensterne, einfach weil sie z.B. zu Schwarzen Löcher kollabieren, oder von SL verschluckt/zerrissen werden, oder mit normalen Sternen kollidieren. Genauso die SL, auch die massereichsten davon vergehen wohl schon nach 10^100 Jahren durch Hawkingstrahlung. Daher, diese ganzen Prozesse, die uns so endgültig scheinen, stoppen das Eisen wohl nicht wirklich...


    DK

    Hallo Caro,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Caro</i>
    <br />Pu-244 zum Beispiel hat 80 Millionen Jahre, du dagegen beziehst dich auf Pu-239.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Ja, aber ich habe mich doch eindrücklich auf die Atome bezogen, die in der Natur vorkommen, nicht wahr? Pu-244 kommt in der Natur nicht vor, wenn ich mich nicht täusche. Und falls doch, dann wirklich nur in absolut geringsten Mengen, so dass man nicht von natürlichem Vorkommen reden kann.


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><br />Und nochmal. Auch Elemente schwerer als Uran können in Neutroneneinfangprozessen in den Endstadien der Sternentwicklung erzeugt werden. Natürlich zerfallen diese Isotope irgendwann, und ob man sie nachweisen kann, ist letztlich eine Frage dessen, wieviel Zeit seit dem Tod des Sterns vergangen ist und der Statistik.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Ja, das zweifle ich ja auch nicht an, da ich mich immer auf die Natur, d. h. natürliches Vorkommen bezogen habe.


    Es gibt in der Natur mit Ausnahme von Pu-239 nun mal keine Atome, die schwerer als Uran sind.

    Hallo Helmut,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: HelmutLang</i>
    <br />Wir haben es hier also eindeutig mit einem in Zukunft erlöschenden Universum zu tun!<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Ich widerspreche Dir nicht, denn ich glaube das auch.

    Hi Frank,


    wie gesagt, es gibt in der Natur insgesamt eine gewaltige Menge an Pu 244 (Halbwertszeit übrigens etwa 80 Millionen Jahre); und auch an allem anderen was einem so einfällt. Relativ gesehen an vielen Stellen nicht viel, verglichen mit den leichten Elementen. An anderen Stellen aber, zum Beispiel in der Schale einer gerade stattfindenen Supernova, wird Pu 244 genauso effizient erzeugt wie in einer Kernwaffenexplosion (der Hauptquelle des Zeugs hier auf der Erde).


    Viele Grüsse,
    DK

    Hallo Dominik,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: DK279</i>
    <br />wie Caro sagte, alles, aber auch alles was im Labor und theoretisch geht passiert auch in der Natur. Jedes Element das die Physiker im Reaktor oder Beschleuniger herstellen und als "künstlich" bezeichnen kommt in Wahrheit auch im Universum vor. Nur oft eben so selten und/oder kurzlebig dass man es nicht oder kaum *beobachtet*. Daher sind Aussagen wie "kommt in der Natur nicht vor" eigentlich nicht richtig.
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Ja sicher, irgendwo gibt es von allem irgendwie ein Atom. Auch jetzt gerade sitzt mit Sicherheit ein einzelnes Goldatom auf meiner Nase aber trotzdem muss man doch unterscheiden zwischen dem, was in der Natur vorkommt, und dem, was sich künstlich im Labor unter besten Bedingungen, die es so in der Natur nun mal nicht gibt, herstellen lässt.

    Hi,


    nein, da ist eben kein Unterschied! Erstens, alle, wirklich alle Bedingungen die man im Labor erstellen kann, gibts auch im Universum. Und viel extremere dazu. Zweitens, dass es im Vergleich zum Rest winzige Mengen sind, das gilt gerade auch für die Herstellung im Labor! Von vielen der schweren Elemente machte man im Labor gerade mal einige wenige Atome(!) Vergleich das doch mal mit der gigantischen Anzahl an Atomen allein in der Raumluft des Labors!


    DK

    DK,
    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Daher, diese ganzen Prozesse, die uns so endgültig scheinen, stoppen das Eisen wohl nicht wirklich...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    ... solange es Eisen gibt, kann es zu SLs zusammenfallen. [;)]

    Hallo Frank,


    der Punkt ist denke ich, daß ich unter "natürlich vorkommen" etwas anderes verstehe als du. Die Erde, die nun mal seit einer ganzen Weile kein frisches Material von Supernovaexplosionen abgekriegt hat, ist etwas ganz anderes als der gesamte Kosmos, und um den geht es hier. Denk dir ein älteres Sonnensystem in ferner Zukunft, in dem es auch kein Uran mehr gibt, nachdem alles zerfallen ist. Deren Bewohner sagen dann auch "Uran kommt hier nicht vor". Aber im Universum wird es fleißig auf natürliche Weise produziert, zusammen mit Plutonium und anderen noch schwereren Elementen.


    In diesem Sinne: Es kann in der Natur = dem Universum durchaus Atome (besser Isotope) schwerer als Uran geben, die nicht künstlich hergestellt wurden = von Menschen gemacht sind. Nicht mehr und nicht weniger.


    Viele Grüße
    Caro

    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...künstlich hergestellt wurden = von Menschen gemacht<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote"> Sind wir jetzt "künstlich"?

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