Kernphysik mit kikka

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Ein alter Blogartikel, in dem es mit Kernfusion beginnt und mit dem CERN und der Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest nicht aufhört.

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Kernphysik mit kikka

  1. 1. Kernphysik mit Kikka Die wunderbare Welt von Isotopp Donnerstag, 18. September 2008 Kernphysik mit Kikka Channelkind Kikka fragte nach Hilfe bei den Physikhausaufgaben. Und da ich gerade mit dem E90 alleine in Amsterdam bei einem Hamburger und einem Bier saß, dachte ich,  ich  erklär  ihm  mal  den  Teil  meiner  Schulphysik,  an  den  ich  mich  ein  halbes Leben  und  zwei  Bier  später  noch  erinnere.  Das  Ergebnis  ist  zwar  nicht  unbedingt eine Antwort auf seine Frage, aber vielleicht trotzdem nützlich. kikka> Moo, ich muss was über Kernspaltung und Fusion schreiben. Isotopp> Mach doch einfach. Welches Fach? kikka>  Physik.  Ich  weiß  nicht,  ob  ich  das  kann.  Und  ob  ich  mich  da ausdrücken kann. Isotopp> Klar kannst Du. Geht es auch genauer? Was ist der Kontext? Was habt ihr zu dem Thema behandelt? Was ist das Ziel? Weisst Du was Alpha, Beta, Gamma Zerfall ist? kikka>  Eine  sehr  gute  Frage.  Das  haben  wir  mal  nebenbei angeschnitten. Isotopp>  Was  Fusion  und  e  =  mc^2  miteiander  zu  tun  haben?  Wer Feynman ist? kikka> Nope, nope Isotopp>  Feynman  war  cool.  Atombombenerfinder,  Safeknacker, Trommler,  Nobelpreisträger,  Physiklehrer  und  Space  Shuttle Debugger. kikka> Ne, das hatten wir nicht. Wir hatten was mit Bindungsenergie in meV von geladenen Nukleonen oder so. Isotopp> Wie lautet die Aufgabe denn genau? Ich meine, das ist ein weites Feld. kikka>  Moment.  Text:  "Warum  lässt  sich  durch  Kernspaltung  bzw Kernfusion Energie freisetzen?" Isotopp>  Ah.  Da  kann  man  dann  ja  ein  paar  Stunden  zu  berichten. Also, wenn Du ir mal die verschiedenen typischen Zerfälle anguckst, wie sie in Reaktoren stattfinden, U235 zerfall etc. Dann siehst du ja, dass  die  Summe  der  Reaktionsprodukte  leichter  ist  als  die  der Ausgangsmaterialien  ist,  und  da  e  =  mc^2,  bumm.  Ditto  bei  Fusion.
  2. 2. Jetzt  muss  man  nur  noch  die  typischen  Fissions­  und Fusionsreaktionen aufmalen. kikka>  Dazu  sollen  wir  ein  Diagramm  beschreiben  und  mit  Bezug darauf Kernspaltung und Kernfusion unterscheiden. Isotopp> Dein Diagramm enthält mit Sicherheit Spaltprodukte, so was wie U235 plus Neutron werden zu irgendwas plus Gammaquant. Das Gamma ist ein Photon, also Energie. Fission ist im Grunde simpel, du haust wahlweise einen Heliumkern (alpha), ein Elektron (beta) oder ein Photon (gamma) raus, und hast dann ein neues Element. kikka>  Wir  hatten  die  Massezahl  gegen  die  Energie  in  MeV aufgetragen gehabt. Und seltsamerweise finde ich meine verdammten Aufzeichnungen  nicht.  http://www.kernenergie­ wissen.de/images/pictures/Bindungsenergie.jpg ­ Exakt das. Möh.  Doofes  E90  kann  kein  Cut  und  Paste  im  Putty.  Sonst  hätten  wir  hier  auch abkürzen können. Isotopp>  kannst  du  ja  ausrechnen.  Masse  m,  Lichtgeschwindigkeit  c und dann energie in MeV umrechnen. Du kriegst J, Du willst MeV. kikka> Was hat denn die Lichtgeschwindigkeit und die Masse damit zu tun? Isotopp> e = mc^2? kikka> Damit haben wir garnichts gemacht Isotopp>  Nein,  aber  das  liegt  zugrunde.  Wenn  du  die  Massezahlen vorher und nachher aufsummierst stellst du fest, das dir eine winzigkeit Masse  pro  Atom  fehlt.  Was  doof  ist,  wir  haben  im  Universum  ja Masseerhaltung,  und  energieerhlaltung,  und  Ladungs­  und Spinerhaltung. Isotopp>  Guck  mal  en.wikipedia.org  nach  Decay_chain.  U235  ­> Thorium­231 plus ein Alphateilchen und die Summe von Th231 plus 2n plus 2p ist kleiner als die Masse von U235. kikka> Wir haben nichts mit Alpha, Betateilchen gemacht. Isotopp>  Sondern?  Also  U235  ist  jedenfalls  Actinium  series  decay chain und dann Alphazerfall zu Th231. kikka> Wir haben auch noch nichts mit Verfall gemacht. Wir waren mit Bindungsenergie beschaeftigt und Kernenergie. Isotopp> Du sagtest was von Diagramm? kikka>  http://www.kernenergie­ wissen.de/images/pictures/Bindungsenergie.jpg <­ Das. Ich tippe die URL ab.
  3. 3. Isotopp> Hm, ja. Fe ist doof. Habt ihr schwache und starke Kernkraft gemacht? Die 4 Grundkraefte? kikka> Nein. Isotopp>  Warum  fliegt  ein  Alphateilchen/Heliumkern  nicht auseinander?  Da  sind  2  Protonen  drin,  also  zwei  +­Ladungen.  Die stossen sich doch ab? kikka>  Dachte  ich  auch.  Oder  ist  das  wieder  so  komisch,  dass  die Huelle den Kern anzieht und die andere Huelle den anderen Kern? Isotopp> Nein, es gibt andere Kraefte, die Teilchen aneinander kleben lassen und die sind viel staerker als elektromagnetuische Abstossung, aber  die  reichen  weniger  weit,  sie  nehmen  also  auf  Entfernung schneller ab als Elektromagnetismus. Auf kleine Distanzen kleben also Nukleonen  aneinander,  auf  Abstand  aber  stoßen  Protonen  einander ab. kikka> Ich glaube das ist viel zu weit für Sek I. Isotopp> Der Punkt ist: die Dinger stossen einander ab, aber es gibt Kurzdistanzkleber.  Der  Kurzdistanzkleber  sind  die  starke  und schwache  Kernkraft,  in  englisch  strong  und  weak  force.  Und  mit  der weak force spielt man genau bei Fission. Isotopp> Sorry, strong force sogar, glaub ich. Strong force ist komisch, das  ist  eine  Kraft,  die  um  so  staerker  wird,  je  groesser  der  Abstand wird. Das ist genau anders als bei den anderen Kraeften. Jedenfalls, wenn  du  weiter  da  rein  bohren  willst,  jenseits  von  Bindungsenergien und  Massezahlen,  dann  willst  du  Standardmodell,  LHC,  Starke Wechselwirkung,  Schwache  Wechselwirkung,  und  Decay  Chain, Alphazerfall,  Betazerfall  (b+  und  b­)  und  Gammazerfall  als Suchbegriffe. Wikipedia ist da gar nicht übel zum Nachlesen. kikka>  So,  ich  hab  Unterlagen  wieder.  OK,  effektiv  sehe  ich  nur  ein Diagramm,  ergo  kann  ich  nur  eines  beschreiben.  Ein  Satz  verwirrt mich: (Aus einem Referat) kikka>  "Die  pro  Kernspaltung  nutzbare  Energie  von  190  MeV  ist  so klein, dass rund 33 Mrd Urandkerne gespalten werden müssen, um 1 J Wärme zu erzeugen" kikka> Ist 1J viel oder wenig? :) Isotopp>  Ja  und?  Was  ist  den  die  Definition  von  1J?  Und  wieviel  J brauchst du pro Tag zum Leben? Und sind 33 Mrd. Kerne viel? Wieviel kerne sind ein mol? Was ist die Avogadrozahl genau? kikka>  Ah,  uh,  übersehen:  1J  =  6,24210^18  eV.  Und  was  ist  die avogadrozahl? Isotopp> Was ist ein mol, kikka ? kikka> Eine Stoffmenge. Isotopp> 1J ist die Energie die du brauchst um 1g = 1ml Wasser um 1C zu erwärmen.
  4. 4. Nein, das ist eine Kalorie. Eine Kalorie sind außerdem 4,1868 Joule. Die folgende Rechnung ist also um den Faktor 4.einbischen falsch. Danke, Ingo. kikka> Ah, das. kikka> Ich kann mir da immer nur das ^23 merken, den Rest nicht. Isotopp> 6.023 mal 10 hoch dreiundzwanzig von was genau? Ba|rog> Teilchen Isotopp> Ba|rog: Bäh, ich will das kikka seine Arbeit selber macht. Ba|rog> oh. 'zeihung. kikka> Ja, gut, jetzt hat Ba|rog es verraten ;) Isotopp> kikka: ein Mol U235 sind 6.023 * 10^23 Atome. Wieviel Mrd atome sind das? Isotopp> Also 6.023 * 10^23 / 10^9 = ? Isotopp> 10^23 / 10^9 = 10^(23­9) = 10^(14) Isotopp> Also 100 Billionen Mrd, also 10 Billionen * 10 Mrd, also etwa 3 billionen * 30 Mrd, also etwa 3 Billionen Joule. Isotopp>  ein  Mol  U235  setzt  also  3  Billionen  J  frei,  wenn  man  es komplett spaltet. Isotopp> Wieviel g ist ein mol U235 schwer? kikka> Wie komme ich denn jetzt auf g? Isotopp>  kikka:  lies  mal  http://de.wikipedia.org/wiki/Mol.  Es  ist  U235, also: genau 235g. Ein Mol von einem reinen stoff mit Atomgewicht x wiegt  genau  x  Gramm  und  hat  genau  A  teilchen  drin,  A  ist  die Avogadro­zahl. Isotopp> U235 ­> 1 mol wiegt genau 235g Isotopp> U238 ­> 1 mol sind 238g Isotopp> C12 ­> 1 mol sind 12g Isotopp> Wenn es ein Gas wär, wüßtest du auch, es sind 22.4l. kikka> Ah, OK. Isotopp> Aber Uran ist ein festes Metall mit einer Dichte von 19.2. Was heißt Dichte 19.2? Isotopp> Wasser hat dichte 1, ein Liter wasser = 1 Kilo. Isotopp> ein Liter Uran = 19.2 Kilo Isotopp> Wieviel Volumen haben 235g Uran? Isotopp> 235g/19.2g/ml = 12.2 ml Isotopp> ein Schnapsglas = 20ml = 2cl Isotopp>  ein  halbes  Schnapsglas  U235  =  3  Bio  Joule  Bumm  bei vollständiger Kernspaltung. Isotopp> ein Joule = 1ml wasser wird ein Grad heißer als vorher. Isotopp> Wenn du also ein halbes Schnapsglas U235 hast, wiegt das 235g, so viel wie ein Becher Milch. Und wenn du das spaltest, gibt es einen  fiesen  Blitz,  weil  das  100g  wasser  um  30  mrd  grad  aufheizen würde. Und am Ende hast du einen Haufen Alphateilchen und Thorium 231. Vermutlich als Dampf. :) Eher als Plasma. Das ist Dampf, der so
  5. 5. heiß ist, daß den Atomen die Elektronen wegfliegen, weils zu warm ist. kikka> Und warum würde sowas passieren? Isotopp> Was? kikka>  Warum  würde  es  sich  spalten?  Was  braucht  man  für  eine Spaltung? Isotopp> Oh, da schaust du mal Kettenreaktion kikka> http://de.wikipedia.org/wiki/Kettenreaktion#Nukleare_Kettenreaktionen Da? Isotopp> Genau. Der punkt da ist: um einen Zerfall auszulösen braucht es etwas, etwa ein Neutron mit der richtigen Energie. Und der Zerfall, der dann stattfindet setzt wieder Neutronen frei, ggf. mehr als eins. Die treffen  dann  stabile  Atome  im  Umkreis,  die  dann  zerfallen  und  die setzen wieder Neutronen frei, noch mehr. Manchmal passt es genau, dann koennen die freigesetzten Neutronen direkt auf die umliegenden Atome einwirken. Manchmal passt es nicht, dann sind die freigesetzten Neutronen zu schnell, um bei den umliegenden Atomen den Zerfall zu triggern. Dann fuegt man noch einen weiteren Stoff dazu, im umfeld, eine  Neutronenbremse.  Das  nennen  wir  einen  Moderator.  Das  kann Wasser sein, oder Kohlenstoff. kikka> Ansonsten könnte sich das unguenstig ausbreiten, oder wie? Isotopp>  Der  Moderator  soll  auch  dazu  dienen,  generell  Neutronen aufzusaugen, weil wir ja nicht wollen, daß sich in Sekundenbruchteilen 3  Bio  J  freisetzen  und  bumm.  Sondern  weil  wir  wollen,  dass  unser Reaktor mal so grad Wasser am kochen haelt, das dafuer aber fuer viele jahrhunderte. Isotopp> "unguenstig ausbreiten" exakt. kikka>  Okay.  So,  ich  versuch  dann  mal  mit  meinen  Wörtern  den Unterschied zwischen Spaltung und Fusion beschreiben. Isotopp> Ich hoere. kikka> Also, bei der Fusion kommt ja noch das Neutron dazu und bei der Spaltung wird dazu ja nur hohe Rahmenbedingen vorrausgesetzt, oder so. Isotopp> Du meinst als Ausloeser? kikka> Ja. Isotopp> Ja, aber das ist nur ein technisches Detail. Schau noch mal auf deine Zeichnung mit der "Bindungsenergie". In der Natur gibt es etwas,  das  heisst  "Entropie".  Alle  natuerlichen  Prozesse  haben  eine Richtung,  alles  in  der  Natur  versucht  immer  den  energieaermsten Zustand  einzunehmen.  Dinge  werden  von  Natur  aus  immer unordentlicher und nie von selbst ordentlicher. Isotopp> Du hast Kernreaktionen, also Umwandlungen von Elementen
  6. 6. in andere Elemente. Bei Fusion entsteht etwa aus Wasserstoff Helium, und  bei  Fission  aus  Uran  Thorium.  In  beiden  faellen  wird "Bindungsenergie"  frei,  das  heisst  das  Reaktionsprodukt  hat  weniger Masse als die Summe der Ausgangsstoffe. Die fehlende Masse, das ist Energie, viel Energie. Isotopp> In Deiner Zeichnung kannst du am linken Rand von H2 auf He4 über gehen. Das He ist aber etwas leichter als 2 Stück H. kikka> Ja. Isotopp> Das ist die Fusionsenergie, die frei wird. kikka> Also 1 MeV? Isotopp> mehr. kikka> Ah, 6 MeV Isotopp>  Ja,  von  H2  nach  He4  in  http://www.kernenergie­ wissen.de/images/pictures/Bindungsenergie.jpg. Jetzt begriffen? kikka> Ja. Isotopp> Okay. kikka> Das haben wir auch schonmal gemacht. Isotopp> Die Sonne. Wie generiert sie Energie? Isotopp>  so: http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion#Kernfusion_in_Gestirnen Isotopp> Also, in der Sonne entsteht Helium kikka> Deuteriumkerne fusionieren zu Heliumkernen? Isotopp> Ja kikka> Hmm. Isotopp> Also 2H + 3H ­> 4He + 1N + ein Haufen MeV kikka> Sag mal, die Spaltung, gebraucht die schwerere Kerne als die Fusion. Die benutzt ja leichte. Isotopp>  Ja.  Schau  noch  mal  in  die  Zeichnung  mit  der Bindungsenergie. Die Kurve hat ein Minimum. Wo liegt das? kikka> Zwischen Fe und Sr? Isotopp> Ziemlich genau bei Fe. Das ist Eisen. Ok, ich habe vorhin das Wort  Entropie  gebraucht  und  daß  alles  im  universum  immer  den energieärmsten  zustand  einnehmen  will.  He  ist  energieärmer  als  H. Durch Fuson entsteht aus 2H + 3H ­> 4He + 1n + MeV. Es wird also Energie frei, das Resultat ist um 17 MeV energieärmer. Leichter, denn Energie ist Masse, sagt Einstein. Isotopp>  durch  Fission  kommen  wir  ebenfalls  auf  einen energieärmeren  Zustand.  Aber  nur,  wenn  wir  mit  dicken  Kernen
  7. 7. anfangen. Und beim Eisen ist alles aus. Da ist deine Bindungsenergie zwischen den Nukleonen minimal. Soweit klar? kikka> Da gehts nicht mehr runter, oder wie? Isotopp>  Nein.  Siehst  du  ja  am  Diagramm.  Du  kannst  von  unten  an Eisen ran mit Fusion, oder von oben an Eisen ran durch Fission. Ok? kikka> Ja. Isotopp>  Ok,  Urknall.  Das  Universum  entsteht.  Grosser  Blitz,  alles Plasma,  Dinge  kühlen  ab,  wir  haben  Wasserstoff.  Wie  ist  das  Uran entstanden? Isotopp> Erst mal, wie ist das Helium entstanden? Das ist leicht. kikka> Durch Fusion von dem Wasserstoff? Isotopp> Exakt. Isotopp> Und Sauerstoff? Isotopp> http://de.wikipedia.org/wiki/Bethe­Weizs%C3%A4cker­Zyklus Isotopp>  Auch  durch  Fusion,  aber  eine  komplizierte.  Diese  Fusion wurde  1938  oder  so  zuerst  beschrieben  und  zwar  von  Bethe  und  cf Weizäcker. Das ist der Bruder von Richard Weizäcker, und ein Kieler. Isotopp> Kiel hat jede Menge tolle Atomphysiker. Der Max Planck zum Beispiel kommt auch aus Kiel. Isotopp> Planck ist ein Supergott der Physik. Isotopp> Planck fragte sich: Wenn so ein Elektrom um einen Atomkern kreist, wieso wird es dann nicht langsamer und fällt in den Kern? kikka> Weil es abgestoßen wird, oder so? Isotopp>  Der  Kern  hat  positive  Ladung,  das  Elektron  negative.  Die ziehen  sich  an.  Drum  kreist  das  Elektrom  ja.  Das  ist  ja  nicht  wegen Gravitation so, dafür sind die Teile viel zu leicht. Isotopp> Es gibt keine Erklärung dafür, wenn man nicht eine annahme macht. Isotopp> Und das geht so: Isotopp>  Die  Umlaufbahn  von  einem  Elektron  um  den  Kern  wird bestimmt durch die energie. Je mehr "Schwung" Du da rein drückst, um so weiter draußen kreist das Elektron. Wenn es Energie verliert, kreist es näher am Kern, es wird dichter angezogen. kikka> Kann man da Schwung reindruecken? Isotopp> Ja, das Elektron kann zum Beispiel ein Photon (licht, energie) absorbieren. Dann gewinnt es Energie. Das Photon ist weg, und das Elektron  schneller,  kreist  weiter  draussen.  Oder  das  Elektron  geht näher an den Kern, dazu muß es Energie los werden, abstrahlen. Das Elektron  gibt  ein  Photon  ab.  Wenn  das  Photon  die  richtige  Menge Energie  hat,  ist  es  im  Bereich  des  sichtbaren  Lichtes,  dann  leuchtet das material. Isotopp> Planck hat jetzt festgestellt: Atome brechen nicht zusammen. Das  kann  nicht  sein.  Er  kann  berechnen,  dass  ein  Energie  verloren gehen müßte, daß Elektronen langsamer werden müßten. Und danach wären wir alle tot, weil es keine kreisenden Elektronen mehr gibt. Das
  8. 8. ist aber nicht der Fall ­ offensichtlich. Isotopp>  Daher  mußte  Planck  annehmen,  daß  es  Energie  nicht  in stufenlosen  Größen  gibt,  sondern  nur  in  Energieeinheiten.  Es  gibt Energieatome. Isotopp>  Und  jede  Form  von  Photon,  die  du  siehst,  kann  nur  eine Energie von x * Grundeinheit sein. Die Grundeinheit von Energie nennt man  ein  Wirkungsquantum  h.  Und  das  ist  das  nach  Max  Planck benannte  plancksche  Wirkungsquantum.  Das  Elektron  würde  also gerne  Energie  abgeben  und  näher  an  den  Kern  ran,  aber  es  kann nicht. Es muss mindestens ein h abstrahlen. Isotopp>  Das  war  um  1900,  und  die  Geburtsstunde  einer  neuen Physik,  nicht  stufenlos,  sondern  auf  der  Basis  von  Energieteilchen, Wirkungsquanten. Wir nennen das Quantenphysik. Isotopp> Dummerweise paßt die Mathematik der Quantenphysik nicht zur Mathematik von Einstein, der Relativitätstheorie. Isotopp> Da wird es dann kompliziert, unter anderem, weil wir heute, mehr  als  100  jahre  später  immer  noch  keine  Lösung  haben.  Und darum,  lieber  kikka,  haben  wir  letzte  woche  den  LHC  in  betrieb genommen. Wegen Einstein und wegen Planck. kikka> Und der wird dann etwas Neues hervorbringen? Isotopp> Ja. Wir wissen seit Planck, dass Licht, Wärme und Radio von Teilchen  erzeugt  werden.  Die  Kraft,  die  wir  da  haben  ist  die elektromagnetische  Kraft,  Kraft  3  von  4.  Und  sie  wird  ausgeübt  von Photonen. Isotopp> Auch für die weak und die strong force haben wir teilchen, von  denen  wir  wissen,  daß  es  sie  gibt,  und  daß  sie  die  Kraft übertragen. Isotopp> Nur für die Gravitation, Kraft Nummer 4, haben wir das nicht. kikka> Ich nehme an, sowas kommt im LK Physik in der Oberstufe? Isotopp> Wo auch immer das Standardmodell besprochen wird. Isotopp> http://de.wikipedia.org/wiki/Standardmodell Isotopp>  In  dem  Artikel  heisst  es:  "Das  SM  ist  eine  relativistische Quantenfeldtheorie". Das kannst du nun verstehen. Isotopp> Relativistisch ist die Mathematik von Einstein. Isotopp> Quantentheorie ist die Mathematik von Planck. Isotopp> Beide passen nicht zusammen. Isotopp> eine relativistische Quantenfeldtheorie, wenn wir sie hätten, würde  beides  miteinander  vereinen.  Und  ("feldtheorie")  erklären,  wie die  4  Grundkräfte  des  universums  miteinander  zusammenhängen. Also  was  Gravitation,  Elektromagnetismus,  Weak  und  Strong  force miteinander  zu  tun  haben.  Es  wäre  eine  great  unified  theory  (GUT). Die physik der letzten 100 Jahre, seit Planck, hat nichts anderes zu tun gehabt als eine GUT zu finden. Aber uns fehlt dazu ein Teilchen. kikka> Hm, da von haben die auch in The Big Bang Theory geredet. I sotopp>  Wie  haben  Teilchen  die  elektromagnetische  Kraft  (licht, wärme, radio) übertragen, die Photonen. Wir haben Gluonen und so. Aber uns fehlt das teilchen, das Schwerkraft erzeugt, das Graviton. Isotopp>  Im  Standardmodell  heisst  das  Graviton  das http://de.wikipedia.org/wiki/Higgs­Boson  und  der  LHC  wurde  gebaut,
  9. 9. um  das  Higgs  zu  finden.  Wenn  wir  es  finden  und  wissen  wieviel Energie es besitzt, dann koennen wir die mathematischen Werkzeuge, die  wir  haben,  kalibrieren,  also  die  passenden  naturkonstanten einsetzen.  Und  dann  haetten  wir  eine  GUT.  Und  die  physik  haette endlich fertig. Nach 100 jahren! kikka> Und dann, würde das wieder neue Fragen aufwerfen? Isotopp> Aber ja! kikka> Hmm. Und dann währet ihr wohl sehr glücklich, oder so? Isotopp> Jeder der mal Physik gemacht hat in den letzten 100 jahren wär dann sehr sehr glücklich kikka> Hm. Dann kann dieser LHC ja gutes bringen. kikka> Was passiert, wenn es dieses Higgs­Boson aber nicht gibt, und der LHC das nicht findet? Isotopp> Dann können wir eine ganz Menge mathe weg schmeissen. kikka> Ich mache lieber Hausaufgaben zu Ende. Isotopp> Zu deinen Hausaufgaben: Du siehst dass durch Fusion aus Wasserstoff neue Elemente entstehen. Aber nur bis Eisen rauf. Isotopp>  http://www.kernenergie­ wissen.de/images/pictures/Bindungsenergie.jpg Isotopp> Fusion ­> Eisen. Danach muss man Energie aufwenden. Das passiert nicht, normalerweise, wegen Entropie. Isotopp> Wir haben Urknall, wir haben Wasserstoff, wir haben Fusion, also haben wir Helium Isotopp> Wir haben bethe­weizäcker, also kriegen wir aus Helium auch C, N und O, und dann durch noch kompliziertere Prozesse auch alles andere bis Fe rauf. Isotopp> aber: Uran existiert. Wo kommt das Uran her? kikka> Sorry, ich kann momentan nicht mehr denken. Isotopp> Hatten wir auch noch nicht. Irgendwann einmal besteht der Kern  eines  sterns  aus  eisen.  Eisen  brennt  nicht  mehr  durch  Fusion. Nix  im  Stern  erzeugt  noch  Energie,  der  stern  bricht  zusammen,  weil nichts  mehr  die  Masse  des  Sterns  auseinander  drückt.  Durch  das Zusammenbrechen,  das  sehr  sehr  schnell  passiert,  heizt  sich  das Plasma im kern noch mehr auf. Ein riesiger Blitz entsteht. Isotopp>  http://de.wikipedia.org/wiki/Supernova#Kernkollaps­ _oder_hydrodynamische_Supernovae Isotopp> "Beim Eisen, dem 26. Element, stoppt die Fusionskette, da Eisenatomkerne die höchste Bindungsenergie aller Atomkerne haben und weitere Fusionen Energie verbrauchen statt erzeugen würden. Bei der  Explosion  selbst  treten  allerdings  Bedingungen  auf,  die  zur Entstehung  schwerer  Elemente  wie  Gold,  Blei,  Thorium  und  Uran führen." Isotopp> kikka: Alles in der Welt, das du siehst, das schwerer ist als
  10. 10. Eisen,  ist  im  Universum  in  Supernovas  entstanden.  Du  trägst  in deinem Körper die Teile von explodierten Sternen. kikka> Das ist ... weird. Isotopp> Sterne durchlaufen beim Brennen verschiedene phasen, und mit diesen Phasen auch verschiedene Größen und Temperaturen (die sich als Farben erkennen lassen). Man kann das aufmalen: Isotopp> http://de.wikipedia.org/wiki/Hertzsprung­Russell­Diagramm Isotopp> unsere Sonne ist ein Hauptreihenstern der Spektralklasse G2 Isotopp> Schau auf die X­Ache des HR­Diagramms. kikka> Also in der Mitte? Isotopp> ja kikka> OK. Isotopp> http://de.wikipedia.org/wiki/Spektralklasse#Einteilung Isotopp> Farbe gelb, Temperatur 5000­5900K Isotopp> mit Linien von Ca, FE und anderen Metallen kikka> Das wird sich dann aber aendern, in einigen Jahren. Isotopp>  http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Morgan­ Keenan_spectral_classification.png&filetimestamp=20060905153134 Isotopp> Das brennt schon 5 mrd Jahre, Minimum. Isotopp> und wird mindestens noch mal so lange so bleiben. kikka> Ach. kikka> Okay. Isotopp>  Der  Punkt  ist:  Teile  der  Energie  einer  Nova  gehen  in  den Blitz, andere in die Gewinnung schwerer Elemente. In den Bruchteilen einer Sekunde, die den eigentlichen Novablitz ausmachen, wird durch Fusion von eisenkernen und Energie neue, schwerere Masse erzeugt. Alles  im  Universum,  was  schwerer  als  Eisen  ist,  ist  so  entstanden. Praktischerweise  wird  es  durch  die  Explosion  auch  gleich  im Universum verteilt. So eine nova bläst ja jede menge dreck raus. Ich meine, da fliegt ein ganzer Stern in die luft. Isotopp>  Und  diese  Energie,  die  bei  der  Supernova  durch  diese unnatuerliche,  Energie  kostende  Fusion  gebunden  worden  ist,  kann spaeter  wieder  freigesetzt  werden,  durch  Fission.  Der Energieerhaltungssatz ist also nicht verletzt worden, es entsteht nicht energie aus dem Nichts. kikka> Okay. Ich denke, das war genug Physik für eine ganze Woche. :) Danke dafür. Isotopp> Und jetzt weisst du was Fusion mit Fission zu tun hat, und was sterne mit Nukleonen zu tun haben, was die Physik so ueberhaupt die letzten 100 jahre gemacht hat, wer Feynman, Planck, Einstein und Weizäcker  waren,  wieso  Kiel  toll  ist,  und  wieviel  ein  Mol  ist,  was Gramm mit Mol zu tun haben, was Gramm mit Milliliter zu tun haben über Dichte, und wie Gross der Blitz ist, den ein Mol U235 macht. Du
  11. 11. weisst  was  Alpha,  Beta  und  Gamma­Zerfall  ist,  was  die  vier Grundkräfte  im  Universum  sind,  und  was  die  Worte  GUT  und relativistische  Quantenfeldtheorie  bedeuten.  Und  wieso  das  mit  dem LHC letzte Woche wichtig war. kikka> Ich denke, das ganze muss ich nochmal ins Gehirn einprägen. Auf jedenfall. Aber 100 Jahre, und nicht viel hat sich geändert. Ist das normal? Gab es das öfters? Isotopp> Nein. Das ist ein super hartes Problem. Darum ja der ganze Aufstand  mit  dem  LHC.  Du  musst  dir  mal  vorstellen,  die  schweizer Alpen, 27 km Tunnel, vier Stockwerke hoch, 100 Meter unter der Erde und  das  ist  nur  der  Grosse  Ring.  Die  staerksten  Magnete  der  welt, elektromagnete, super hoch gepowered, so viel strom da drin wie in einer ganzen Stadt. Damit das geht, alles runter gekuehlt auf 2K (­271 Grad C), damit der Mist supraleitend wird. Dann einen Protonenstrahl bauen und da reinschleudern, auf mehrere GeV beschleunigen, einen links  rum,  einen  rechts  rum.  Ein  Protonenpaket  hat  dabei  so  viel Masse  wie  ein  auf  27km  breit  gezogenes  Sandkorn,  aber  so  viel Energie  wie  ein  Jumbojet  voll  TNT.  Und  dann  nimmt  man  zwei  so grosse pakete und läßt die aufeinander zu rasen, so genau fokussiert, daß  die  einander  tatsächlich  treffen,  und  zwar  genau  da  wo  man  so einen Detektor stehen hat und nicht irgendwo im Tunnel. Isotopp> Such mal bilder von einem CERN ATLAS Detektor. kikka> Habe ich schon gesehen. Kai reicht mir CMS Detector Assembly und Particle Hunters rein. Isotopp>  Während  der  Explosion  entstehen  trümmer,  neue  Teilchen. Das dauert Femtosekunden. Und in der zeit zeichnen die Dinger daten auf, digital, die werden gespeichert und ausgewertet. CERN generiert Terabytes  an  Daten  pro  Sekunde,  alles  irrelevanter  Scheiß.  Und irgendwo  da  drinn  steckt  das  Event,  das  beweist,  daß  das  Higgs existiert und wieviel GeV es hat. kikka> ... OK. Und die müssen es dann raussuchen? Isotopp> Ja. Und das ueberhaupt zu bauen. Die Physik, die Technik, die IT. Das geht nur heute. Mit technik von 1997, 1987, 1907 geht das nicht.  Und  wie  aufwendig  das  ist!  Was  meinst  du,  wie  unglaublich wichtig Physiker das finden, um sich so was an zu tun? kikka> Krass, darum der große Aufwand. Isotopp>  Ganz  nebenbei  entsteht  natuerlich  noch  jede  menge praktische  Materialwissenschaft.  Um  150  gev  auf  Protonengröße  zu fokussieren  und  das  auszuwerten  brauchst  Du  absolute  Präzision, supraleitende  Magnete,  Steuertech  und  dann  das  Netz.  Alleine  der Storage. Die haben fuer CERN neue verteilte Filesysteme entwickelt, neue steuerungs­ und filertechnik, besseres Internet. HTTP und HTML sind  1994  am  CERN  erfunden  worden  von  Tim  Berners­Lee,  damit Physiker auf Forschungsergebnisse zugreifen konnten. Isotopp> Das schafft also auch reale Werte. Isotopp>  Aber  eigentlich  ist  cern  und  jeder  andere
  12. 12. Teilchenbeschleuniger nur gebaut worden weil wir eine relativistische Quantenfeldtheorie, eine grand unified theory, haben wollen. Weil wir nicht wissen, wieviel GeV das Higgs hat. kikka> Okay. :) kikka> giga elektronenvolt, nehme ich an. Isotopp> Das war in etwa das, was man als Laie und ohne Mathe vom universum im Grossen und im Kleinen wissen kann. kikka> wie fein :) Isotopp> Und wenn man nicht noch mal einen Wikipedia­Dive machen will. kikka> Ja. :) .oO(Man, bin ich froh letztes Jahr gewechselt zu haben, jetzt ist das sehr viel härter.) Isotopp> Mit Mathe wirds dann Unistoff. kikka> brrr. Isotopp>  Du  siehst,  wieso  ich  meine,  man  hat  da  leicht  Stoff  für  ein Referat von ein paar Stunden, auch ohne Vorbereitung. Die Frage, die Dein Physiklehrer da gestellt hat, ist naemlich am Ende die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest. kikka> Ich denke nicht, dass er das beabsichtigt hat. kikka> Naja, nochmal danke. kikka> Und gute Nacht! Isotopp> Jetzt muss jemand dieses IRC Protokoll nur noch aufbereiten und bloggern. Geschrieben von Kristian Köhntopp in Schulung um 20:58 | Kommentare (17) | Trackback (1) Trackbacks Trackback­URL für diesen Eintrag Nachhilfe in Kernphysik Da soll noch einmal jemand sagen das Chatsystem IRC wäre ein alter Hut. Mit ein wenig gutem Willem taugt es als Plattform für die Physiknachhilfe. Wobei es schon entscheidender ist, dass sich jemand die Zeit nimmt etwas zu erklären, der Kanal über den das Weblog: Die_Farmblogger Aufgenommen: Sep 19, 06:17 Kommentare Ansicht der Kommentare: (Linear | Verschachtelt) Beeindruckend. Sehr spannend und angenehm zu lesen, vielen vielen dank! Und noch beeindruckender: du hast den ganzen text auf einem E90 geschrieben? #1 Julian am 18.09.2008 22:25
  13. 13. Den größeren Teil davon. Gegen Ende bin ich irgendwann im Hotel gewesen und habe auf den Laptop gewechselt. #1.1 Isotopp (Link) am 19.09.2008 05:27 Toller Text, verzeih, wenn ich noch ein wenig klugscheissere: Kernspaltung ist nicht der Alphazerfall (Siehe Reaktionsgleichungen hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Kernspaltung). Das Higgsboson gibt den Austauschteilchen Masse, während das Graviton nochmal jemand anderes ist, der dann für eine quantentheoretische Erklärung der Gravitation sorgt. Das erste ist für die Gültigkeit des Standardmodells nötig, das letztere ein hypothetisches Teilchen für die TOE. So stehts zumindest in der Wikipedia, bin auch keine Teilchenphysikerin. #2 Sophie am 19.09.2008 07:38 Vielen Dank fuer die interessante Lektion. Ich wuenschte, unsere Profs haetten das damals auch so einfach erklaert.. mir war bis eben naemlich auch noch nicht so ganz klar, was die da in CERN momentan wirklich erreichen wollen. Ich mein.. dass die da irgendwelche Teilchen aneinanderschmeissen, das tun die ja seit Jahren.. aber warum da jetzt auf einmal so ein Brimborium drum gemacht wird, versteh ich erst jetzt. #3 Woo (Link) am 19.09.2008 09:10 Hm, um es mal mit den Worten von Zefram Cochrane zu sagen: "Schulwissen?!?". Hab LK Physik gehabt und das Zeug sogar drei Semester lang studiert. Trotzdem sind nicht so viele Details hängen geblieben. Also gib zu: wieviel hast du selbst zwischendurch nachschauen müssen ;­)? #4 Cybso (Link) am 19.09.2008 12:44 Ich habe nebenbei immer mal in die Wikipedia geblinzt, um die richtigen Worte zu finden und zu schauen, ob die Erklärungen da auch für einen 14/15­Jährigen zugänglich wären. Aber die Zusammenhänge und wieso man LHC haben will etc. sind schon so grob im Kopf. Natürlich Schulwissen. Wir haben ja nicht Texas hier, bei uns wird kein Kreationisten­Aberglaube gelehrt. Noch. Und das bleibt besser auch so, sonst haben wir 3050 hier wirklich ComStar. #4.1 Isotopp (Link) am 19.09.2008 12:55 Ich glaube das buchstabiert man "Saffron Cockring." #4.2 Azundris (Link) am 20.09.2008 10:45 Pfft. Wenn der Lehrer schon DIE Frage stellt, dann gib wenigstens auch die richtige Antwort. :­) #5 Balu (Link) am 19.09.2008 17:10 Für Jugendliche gibt's die Rapversion: http://www.youtube.com/watch? v=j50ZssEojtM ;­) #6 Ryu am 20.09.2008 16:45 Hut ab, das war richtig gut, sozusagen "Gala" für Männer: "Champagner zum Lesen". Richtig gut war der Text nicht nur deswegen, weil er viele Gebiete streifte, sondern regelrecht einen Bogen darüber spannte. Minimaler Mecker am Rande: J cal. Ansonsten hätte ich es ­ auch schon als Schüler ­ sehr begrüßt, wenn wir auch nur 1/5
  14. 14. dieses Stoffes behandelt hätten. Aber im ganzen zwei nichtzusammenhängende Halbjahre Physik in 14 Jahren auf einem neusprachlichen Gymnasium ließen dies nicht zu. Wenn dann noch der Physikleerer nicht erklären kann, warum es sinnvoll ist, Geschwindigkeit als Vektor zu definieren ... Whatever, danke für einen schönen Abend mit spannendeer Lektüre. #7 Hans Bonfigt am 20.09.2008 19:46 am besten gefällt mir diese stelle ­­snip­­ Isotopp> Wenn du also ein halbes Schnapsglas U235 hast, wiegt das 235g, so viel wie ein Becher Milch. Und wenn du das spaltest, gibt es einen fiesen Blitz[..] Das ist Dampf, der so heiß ist, daß den Atomen die Elektronen wegfliegen, weils zu warm ist. ­­snapp­­ das tolle, das klappt auch mit alloholl. aber warum muss man mehr als ein halbes schnapsglas davon kippen? liegt das an der kritischen masse? ;­) grüssle #8 rm am 23.09.2008 12:21 > Hut ab, das war richtig gut, sozusagen "Gala" für Männer: "Champagner zum Lesen". > Richtig gut war der Text nicht nur deswegen, weil er viele Gebiete streifte, sondern regelrecht einen Bogen darüber spannte. full ack, danke fürs bloggen des ganzen! #8.1 Finkregh (Link) am 24.09.2008 13:53 "Gala" für Männer: nein. Für Männer vielleicht (die überschätzen eindeutig den Lesegenuss, der sich aus einer Gala ergibt), für Frauen nicht (für die, die wissen, was in der Gala steht). "Champagner zum Lesen": ja, stimmt. Und sehr nah dran an "Bis Einstein kam" ­ ein Buch, das den Spirit dieser Konversation enthält. #8.1.1 Judith Andresen (Link) am 25.09.2008 07:58 Manchmal bin ich ganz froh, daß ich mit Physik nie wirklich viel am Hut hatte. #9 Mark (Link) am 30.09.2008 09:07 http://www.sciencedaily.com/releases/1997/09/970918045841.htm #10 Isotopp (Link) am 20.11.2008 12:18 Hi Kris, sehr cool danke ­ so habe ich den CERNTV­channel auf YT gefunden... cheers GG #11 Guy Gaz am 28.01.2011 12:59 Hatte wirklich gute Lehrer, aber das hier ist so was von großartig! :) #12 vera (Link) am 13.12.2011 12:14
  15. 15. Kommentar schreiben Name E­Mail Homepage Antwort zu [ Ursprung ] Kommentar Umschließende Sterne heben ein Wort hervor (*wort*), per _wort_ kann ein Wort unterstrichen werden. Um maschinelle und automatische Übertragung von Spamkommentaren zu verhindern, bitte die Zeichenfolge im dargestellten Bild in der Eingabemaske eintragen. Nur wenn die Zeichenfolge richtig eingegeben wurde, kann der Kommentar angenommen werden. Bitte beachten Sie, dass Ihr Browser Cookies unterstützen muss, um dieses Verfahren anzuwenden.  Hier die Zeichenfolge der Spamschutz­Grafik eintragen:  BBCode­Formatierung erlaubt   Daten merken?   Kommentar abschicken   Vorschau

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