Deuterium-Tritium-Reaktion

Kernphysik

Definition

Deuterium

• Ein Ausgangsteilchen ist ein Deuteriumkern, kurz 2H.
  

• Das ist ein Wasserstoffkern aus einem Proton und einem Neutron.
  

• Der Kern ist vollständig ioniert, also ohne Elektronenhülle.
  

• Die Masse von Deuterium beträgt 2.01355317 u.
  

• u = 1,660538921 mal 10 hoch -27 Kilogramm
  

Tritium

• Das andere Ausgangsteilchen ist ein Tritiumkern, kurz 3H.
  

• Das ist ein Wasserstoffkern aus einem Proton und zwei Neutronen
  

• Die Masse von Tritium beträgt 3.01550069 u.
  

• u = 1,660538921 mal 10 hoch -27 Kilogramm
  

Heliumkern

• Die zwei Ausgangsteilchen verschmelzen zu einem Heliumkern, kurz 4He.
  

• Der Heliumkern besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen.
  

• Der Heliumkern hat eine Masse von 4.00150608 u.
  

• u = 1,660538921 mal 10 hoch -27 Kilogramm
  

• Die kinetische Energie ist 3,5 MeV.
  

Freies Neutron

• Neben dem Heliumkern entsteht auch ein freies Neutron.
  

• Das freie Neutron hat eine Masse von 1.0086649 u.
  

• Die kinetische Energie ist 14,1 MeV.
  

Zusammenfassung

• Gesamtreaktion: 2D + 3T ⭢ 4He (3,5 MeV) + n0 (14,1 MeV)
  

• 1 MeV = 1,6021766208 mal 10 hoch -13 Joule
  

• 1 MeV = 0,00000000000016021766208 Joule
  

• 2D = Ein Deuteriumkern
  

• 3T = Ein Tritiumkern
  

• 4H = Ein Heliumkern
  

• n0 = Ein Neutron
  

Massendefekt

• Masse Ausgangsteilchen: 2, 01410175 u + 3, 01604927 u = 5, 03015102 u
  

• Masse Endprodukte: 4, 00260324 u + 1, 0086649 u = 5, 01126814 u
  

• Die Ausgangsteilchen waren in Summe schwerer als die Endprodukte, es gilt:
  

• ∆m = 5, 03015102 u − 5, 01126814 u = 0, 01888288 u
  

• Der Massendefekt ist 0,01888288 u.
  

• In kg: 3.1355757180573 mal 10 hoch -29
  

Energiegewinn

• Berechnung nach der Energiemasseformel [E=mc²] ↗
  

• Der Massendefekt kann in die freigesetzte Energie umgerechnet werden.
  

• m ist der Massendefekt, c ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum:
  

• c = 2,997925 mal 10 hoch 8 m/s
  

• E in Joule: 2.8181157045439 mal 10 hoch -12
  

• E in MeV: 17.589294887706
  

Fazit

• Die Angaben zu Massen, Energien und auch die Umrechnungsfaktoren stammen aus verschiedenen Quellen.
  

• In der Literatur findet man oft einen gerundeten Wert von 17,6 MeV.
  

• Der hier errechnete Wert passt dazu sehr gut.
  

Fußnoten

• [1] Alle Massen stammen von René Rausch [2019]: www.periodensystem-online.de