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THEMA: Myonen-katalysierte Kernfusion mit natürlichen Myonen

Myonen-katalysierte Kernfusion mit natürlichen Myonen 10 Mär 2018 20:07 #29099

  • Manu
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Die Frage ist, gibt es natürliche Myonen die man nicht selber erzeugen muss um eine Myonen-katalysierte Fusion zu betreiben. Muss man vielleicht die Myonen noch weiter abbremsen (Myonen Moderator), und wenn ja, um wieviel und wieviel Energie kostet dieser Prozess, um mit diesen abgebremsten Myonen eine Myonen-katalysierte Fusion zu betreiben.

Beim Eintreten in die Erdatmosphäre in einer Höhe um 20 km über der Oberfläche erzeugt die kosmische Strahlung Teilchenschauer. Aus einem Proton der Energie von 1015 eV entstehen mehr als eine Million Sekundärteilchen. Nur ein kleiner Teil von ihnen erreicht auch die Erdoberfläche.
10 hoch 15 eV draus entstehen in 20 km rund 2.000.000 Teilchen
Die Sekundärteilchen, zum Beispiel Pionen zerfallen auch wider, in tertiäre Teilchen, in Myonen und werden dadurch auch langsamer. Es gibt sehr viele Möglichkeiten wie die Myonen durch Zerfälle und Streuprozesse entstehen. Bei jeden zerfall und Streuprozess verlieren die Teilchen an Energie und erzeugen mehr Teilchen mit weniger Energie pro Teilchen.

Π0 →γ + γ
Π-→µ- + νμ
Π+→ µ+ + v̅μ

10 hoch 15 eV / 2.000.000 Teilchen =500 MeV pro Teilchen

Aus Wikipedia
„Myonen-katalysierte Fusion
Überlegungen dazu stellten Ende der 1940er Jahre Frederick Charles Frank und Andrei Sacharow an, die aufgrund theoretischer Ansätze postulierten, dass Myonen die Einleitung von Fusions-Kernreaktionen in der Art eines Katalysators erleichtern könnten. Sacharow prägte 1948 dafür auch den Begriff „kalte Fusion“. Luis W. Alvarez, der 1968 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde, entdeckte 1956 auf Blasenkammer-Aufnahmen ungewöhnliche Spuren. Zusammen mit Edward Teller kam er zu dem Schluss, dass Myonen Kernfusionen ausgelöst hätten.
Wenedikt Petrowitsch Dschelepow fand Mitte der 1960er Jahre am Kernforschungsinstitut in Dubna heraus, dass die Anzahl der durch Myonen katalysierten Fusionen in Deuterium mit steigender Temperatur zunimmt. Eine Erklärung lieferte bald darauf 1967 der damalige Student E. A. Wesman (der mit Semjon Solomonowitsch Gerschtein zusammenarbeitete) durch Resonanzen mit komplizierteren Molekülkonfigurationen (wie drei Deuteronen mit sowohl myonischer als auch elektronischer Bindung). 1975 fand Leonid Iwanowitsch Ponomarjow, der führend in der Sowjetunion an der immer genaueren Berechnung der Energieniveaus solcher mesonischer Moleküle war, einen besonders starken Resonanzeffekt in Deuterium-Tritium-Molekülen. Der Effekt konnte in Dubna 1979 durch Dschelepow bestätigt werden, was zur Wiederbelebung des Interesses an Myon-katalysierter Fusion auch im Westen beitrug (insbesondere Steven Jones in Los Alamos).
Nach einem Ergebnis aus der Atomphysik ist der Bahnradius eines Myons um einen Atomkern umgekehrt proportional zur reduzierten Masse des Atomkerns und des Myons. Da ein Myon im Vergleich zu einem Elektron eine wesentlich höhere Masse besitzt, liegt sein Orbital wesentlich dichter am Atomkern als bei einem Elektron. Da in die reduzierte Masse zusätzlich auch die Masse des Atomkerns eingeht, führt eine höhere Masse des Atomkerns ebenfalls zu einem dichter liegenden Orbital des gebundenen Teilchens. Trifft nun ein negativ geladenes Myon auf ein DT-Molekül (aus einem Deuterium- und einem Tritiumatom), kann es vorkommen, dass das Myon ein Elektron aus den Molekülorbitalen verdrängt und ein neues Molekülorbital bildet. Durch die enge Abschirmung der Ladung des Tritiumkerns durch das Myon werden dabei die Atomkerne rund 200-mal enger gebunden als bei dem ursprünglichen Molekül. Daher kann es vergleichsweise leicht zur Kernverschmelzung (Fusion) kommen, durch die aus dem myonischen DT-Molekül ein myonisches Helium-5-Atom entsteht. Dieses zerfällt mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,4 % in ein Helium-4-Atom, ein Myon und ein Neutron, wobei Energie freigesetzt wird:
DμT → 2He + n + μ + 17,6 MeV
Das freigesetzte Myon kann nach dieser Reaktion die gleiche Reaktion erneut auslösen und somit einen Fusionsprozess kettenreaktionsartig am Laufen halten. Das Myon wirkt dabei ähnlich wie ein chemischer Katalysator. Mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,6 % bleibt das Myon aber auch am Helium-4-Atom haften (engl. sticking) und steht dann für weitere Fusionsvorgänge nicht mehr zur Verfügung:
DμT → 2Heμ + n + 17,6 MeV
Der gesamte Zyklus vom Myoneneinfang bis zur Fusion geschieht in etwa 10 hoch −9 s. Die kurze Lebensdauer des Myons von etwa 2,2 µs begrenzt damit die Zahl der katalysierten Einzelreaktionen prinzipiell etwa auf 2000. Danach zerfällt das Myon wieder gemäß:
μ− → e− + v̅e + νμ
Für die Herstellung eines Myons mit einem Teilchenbeschleuniger werden rund 3 GeV benötigt. Eine Netto-Energiegewinnung durch den Einschuss der erzeugten Myonen in ein Deuterium-Tritium-Gasgemisch erschien zunächst möglich. Dass dies trotzdem nicht der Fall ist, liegt an dem oben beschriebenen zweiten Folgeprozess, bei dem das Myon haften bleibt und damit keine weiteren Fusionsreaktionen katalysieren kann. Aufgrund des zweiten Prozesses reduziert sich gemäß den Gesetzen der Wahrscheinlichkeitsrechnung die durchschnittliche Anzahl der katalysierten Fusionen auf

Das Ergebnis dieser geometrischen Reihe ist

Bei dieser geringeren Anzahl an Fusionen werden nur mehr 2,9 GeV Fusionsenergie erzeugt, also weniger, als zur Herstellung eines neuen Myons nötig ist. Daher lässt sich mit diesem Prozess im statistischen Mittel keine Nutzenergie gewinnen, insbesondere wenn die zusätzliche elektrische Energie berücksichtigt wird, die zur Herstellung und zum Grundbetrieb des Teilchenbeschleunigers erforderlich ist.“

Quellen: Wikipedia

Manuela Erdmann, Leipzig den 23.02.2018
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Myonen-katalysierte Kernfusion mit natürlichen Myonen 10 Mär 2018 20:30 #29100


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