Kysymys Fuusiosta ja fissiosta

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Voipi olla tyhmäkin kysymys mutta kun on vaivannu jo jonkin aikaa.
Viitsiikö joku vaivautua ja selittää tietämättömälle.

Olen ymmärtänyt että fissiossa atomin ytimet hajoavat ja vapautuu energiaa. Fuusiossahan taas ytimet yhtyvät ja taas vapautuu energiaa. Kuinka molemmissa vapautuu energiaa enemmän kuin reaktio vaatii? Luulisin maallikkona että toinen vaatisi enemmän energiaa kuin tapahtuma tuottaa. Kun massan ja energian summa on vakio (eikö asia näin ollut?) niin jos tuotamme äärettömän paljon vuorotellen fissio- ja fuusioreaktioita jäljelle jää jossain vaiheessa pelkkää energiaa eikä materiaa ollenkaan?¨

Kiitos jo etukäteen viisaammille.

Kommentit (15)

Vierailija

Ei yhtään tyhmä kysymys. Fuusiosta saatava energia loppuu raudan kohdalla. Sitä korkeammalla olevat alkuaineet ovet sitten fissioituvia. Tai siis vain radioaktiiviset aineet. Näiden alkuaineiden tekemiseen tarvitaan energiaa ja ne ovatkin syntyneet supernovissa.

Vierailija
kabus
Ei yhtään tyhmä kysymys. Fuusiosta saatava energia loppuu raudan kohdalla. Sitä korkeammalla olevat alkuaineet ovat sitten fissioituvia. Tai siis vain radioaktiiviset aineet. Näiden alkuaineiden tekemiseen tarvitaan energiaa ja ne ovatkin syntyneet supernovissa.



Siis järjestysnumeroltaan rautaa olevien tekeminen vaatii energiaa.
Olen nyt niin kännissä, etten jaksa keskittyä vastaamiseen enempää.

CE-hyväksytty
Seuraa 
Viestejä29006
Liittynyt30.4.2005
Dredex
Mutta jotain aina kuitenkin tehdään tai puretaan. Nollasummapeli?

Nollasummapeli loppupeleissä. Meidän ihmisten vaan ei tarvinnu käyttää energiaamme maapallolla olevien energiavarastojen syntyyn.

Vierailija

voiko tästä sitten olettaa että joskus määrämättömän ikuisuuden päästä täällä maailmassa on pelkkää rautaa kun energiavajaukset ja -ylijäämät tasoittuvat?

Puuhevonen
Seuraa 
Viestejä5296
Liittynyt9.1.2011
kabus
Fuusiosta saatava energia loppuu raudan kohdalla.

Tämä on yleinen väärinkäsitys, joka kannattaa huomioida, koska minusta se on hauska knoppi. Eli itseasiassa nikkeli 62 isotooppi sisältää kaikkein vähiten hyödynnettävää sidosenergiaa. Yleensä vain kunnia annetaan raudalle koska fuusioreaktioiden reitit tähdessä on rajoittunut, joten nikkeliin on hankalampi päästä kuin rautaan.

Toinen yleinen väärinkäsitys on ettei rautaa raskaampien ytimien fuusioissa vapautuisi energiaa. Tämäkään ei pidä paikkaansa jos fuusioidaan kevyt ydin ja rautaydin. Esimerkiksi jos fuusioidaan nikkeli-62 ja vety, niin energiaa vapautuu huomattava määrä, koska vedyn sisältämä potentiaalienergia (tai massa) on paljon suurempi kuin mitä kupari-63 ja nikkeli-62:n massojen erotus. Eli vedyn ja nikkelin fuusiossa vapautuu energiaa.

No, piakkoin ihmisillä ei ole enää väärinkäsitystä tässä asiassa, joten luultavasti pääsen viimeisiä kertoja korjaamaan tämän.

Lisäys:

author="<a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel#Isotopes">Wikipeedia</a>" kirjoitti:
Ni-62 is the "most stable" nuclide of all the existing elements, with binding energy greater than both Fe-56, often incorrectly cited as "most stable", and Fe-58.

»According to the general theory of relativity space without aether is unthinkable.»

Vierailija
KuhanKattelen
voiko tästä sitten olettaa että joskus määrämättömän ikuisuuden päästä täällä maailmassa on pelkkää rautaa kun energiavajaukset ja -ylijäämät tasoittuvat?



Ei. Fuusioon tarvitaan energiaa. Fissiossa hajoavat vain radioaktiiviset isotoopit. Siis kummallakin tavalla saadaan tuotettua energiaa, mutta käynnistykseen tarvitaan energiaa. Auringon kokoiset tähdet tuottavat energiaa niin kauan, kuin kaikki materia on rautaa. Noin siis suurin piirtein yksinkertaistettuna.

Vierailija
Puuhevonen
kabus
Fuusiosta saatava energia loppuu raudan kohdalla.

Tämä on yleinen väärinkäsitys, joka kannattaa huomioida, koska minusta se on hauska knoppi. Eli itseasiassa nikkeli 62 isotooppi sisältää kaikkein vähiten hyödynnettävää sidosenergiaa. Yleensä vain kunnia annetaan raudalle koska fuusioreaktioiden reitit tähdessä on rajoittunut, joten nikkeliin on hankalampi päästä kuin rautaan.

Toinen yleinen väärinkäsitys on ettei rautaa raskaampien ytimien fuusioissa vapautuisi energiaa. Tämäkään ei pidä paikkaansa jos fuusioidaan kevyt ydin ja rautaydin. Esimerkiksi jos fuusioidaan nikkeli-62 ja vety, niin energiaa vapautuu huomattava määrä, koska vedyn sisältämä potentiaalienergia (tai massa) on paljon suurempi kuin mitä kupari-63 ja nikkeli-62:n massojen erotus. Eli vedyn ja nikkelin fuusiossa vapautuu energiaa.

No, piakkoin ihmisillä ei ole enää väärinkäsitystä tässä asiassa, joten luultavasti pääsen viimeisiä kertoja korjaamaan tämän.




Lähteitä pliis. Ja luotettavia sellaisia.

Puuhevonen
Seuraa 
Viestejä5296
Liittynyt9.1.2011

Katselin enemmän Wikipeediasta, niin itseasiassa väärinkäsityksen juuret eivät olekaan pelkästään tähtien fuusioprosesseissa, vaikka sekin toki auttaa, vaan laiskassa matematiikassa. Rauta-56 on julistettu tiheimmäksi sen vuoksi että sen massa / massaluku on kaikkein pienin. Ongelma on kuitenkin siinä, että neutronit ovat hiukkasen raskaampia kuin protonit ja nikkeli-62:ssa on enemmän neutroneita suhteessa protoneihin kuin rauta-56:ssa, joten tuo laskutapa suosii epäoikeudenmukaisesti rautaa. Näin jos lasketaan sidosenergia per protoni ja neutroni, niin silloin huomataan että nikkeli-62 on kaikkein tiiveimmin sidottu.

»According to the general theory of relativity space without aether is unthinkable.»

visti
Seuraa 
Viestejä6331
Liittynyt16.11.2009

E = mc^2. Fuusioituvat ytimet ovat yhteensä raskaampia kuin syntynyt tytärydin. Massojen erotus vapautuu energiana.
Kun ydin halkeaa ovat halkeamistuotteet keveämpiä kuin halkeava emoydin ja taas vapautuu energiaa.
Fissio rinnastuu hyvin palamiseen: Kaksi vetyatomia + happiatomi ovat hiukan vesimolekyyliä raskaampia. Nyt palamisessa vapautuva lämpö on juuri tuota "vapautuvaa" massaa. Vastaavasti vesimolekyylin repiminen rikki vaikkapa eloktrolyyttisesti sähköllä lihottaa atomit entisiin mittoihin. Nitroglyseriinimolekyylin hajoaminen (tuottaen räjähdyksen) rinnastuisi fissioon. Nyt syntyneet oksidit ovat välttämättä alkuperäistä molekyyliä keveämpiä yhteensä.

Vierailija
KuhanKattelen
Olen ymmärtänyt että fissiossa atomin ytimet hajoavat ja vapautuu energiaa.

Kyllä. Fissio voi olla joko spontaani tai indusoitu. Spontaanissa fissiossa äitiydin hajoaa itsestään samaan tapaan kuin alfahajoamisessa eli toinen tytärydin tunneloituu pois toisen vaikutuspiiristä Coulombin vallin läpi. Indusoidussa fissiossa äitiydin puolestaan kaappaa sisäänsä ammushiukkasen, yleensä neutronin, muodostaen aidosti epästabiilin väliytimen. Tämä väliydin hajoaa (tyypillisesti) kahdeksi tytärytimeksi sekä joukoksi uusia neutroneja.

Fissio on mahdollinen, koska Coulombin repulsion (~Z²~A²) vuoksi raskaiden ytimien sidosenergia (attraktiivinen ydinvoima ~A) massalukua kohden on pienempi kuin keskiraskaiden ytimien, joten raskaalle ytimelle on energeettisesti edullisempaa hajota. Vapautuva energia on suuruusluokkaa 200 MeV, joka jakautuu reaktiotuotteille kuten neutroneille, tytärytimien emittoimille betoille ja gammoille sekä erityisesti tytärytimien liike-energiaksi.

Fuusiossahan taas ytimet yhtyvät ja taas vapautuu energiaa.

Kyllä, fuusiossa energiaa vapautuu suuruusluokkaa > 10 MeV/reaktio. Tämä on seurausta siitä, että ytimen sidosenergia massalukua kohden kasvaa jyrkästi kevyiden ytimien yhtyessä. Jyrkkä kasvu jatkuu aina Fe-56:een saakka, joten periaatteessa kaikki rautaa kevyemmät alkuaineet voisivat fuusioitua, ja pienen massaluvun vuoksi kilosta fuusiopolttoainetta saisi paljon enemmän energiaa kuin vastaavasta määrästä esim. uraania.

Fuusion aikaansaamiseksi ytimien on päästävä ydinvoiman kantaman päähän toisistaan ts. niiden on ylitettävä MeV:n suuruusluokkaa oleva Coulombin potentiaalivalli. Käytännössä ei tarvita kuitenkaan aivan MeV:n energiaa vastaavaa lämpötilaa (~10^10 K), vaan n. 100 miljoonan asteen lämpötila (eli ~10 keV:n energia) riittää, koska ytimet voivat tunneloitua potentiaalivallin läpi. Tai vaihtoehtoisesti voidaan käyttää esim. fissiopommia apuna fuusion aikaansaamiseksi (vetypommi). Matalassa lämpötilassa ainoastaan myonikatalyysifuusio (jossa myoneita käytetään katalyytteinä saattamaan fuusioytimet yhteen) on toimivaksi todettu.

Vierailija

Et haluaisi tuosta myonikatalyysifuusiosta kertoa hiukan lisää?
Vai meneekö liian vaikeaksi selittää maallikolle.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26890
Liittynyt16.3.2005
KuhanKattelen
Et haluaisi tuosta myonikatalyysifuusiosta kertoa hiukan lisää?
Vai meneekö liian vaikeaksi selittää maallikolle.



Myoni on elektronin kaltainen hiukkanen (leptoni), mutta noin sata kertaa massiivisempi. Se voi sitoutua atomiydinten kanssa aivan kuten elektronit, mutta suuresta massasta seuraa se, että myonien tilat keskittyvät paljon pienemmälle alueelle ydinten ympärille. Vastaavasti mahdolliset molekyylit ovat hyvin pieniä. Fuusiossa pyritään aikaansaamaan deuteriummolekyyli, jossa on yksi myoni. Sellaisessa molekyylissä atomiytimet ovat nin lähellä, että on varsin suuri todennäköisyys että ne fuusioituvat ennen molekyylin hajoamista.

Myoneja voidaan tuotta hiukkaskiihdyttimillä. Se vaatii valtavan paljon energiaa ja toisaalta myonit ovat epästabiileja. Ne hajoavat mikrosekunnin suuruusluokkaa olevassa ajassa elektroniksi ja neutriinoiksi. Siksi myonikatalysoidusta fuusiosta ei ole toistaiseksi saatu lähellekään sitä energiamäärää, minkä myonien tuottaminen vaatii, eikä näköpiirissä ole teknistä keinoa tilanteen parantamiseksi. Koska myonien elinikään ei voida vaikuttaa, ainoa keino olisi keksiä menetelmä niiden tuottamiseksi paljon nykyistä pienemmällä enegialla.

Uusimmat

Suosituimmat