Forum: Offtopic Kernfusion durch extremes elektr. Feld - möglich oder nicht?


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von Fragender (Gast)


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Nur mal rein gedanklich....wenn man (ohne Durchschlag) eine wirklich 
extreme elektrische Feldstärke erzeugen könnte, wäre es dann denkbar, 
daß es zur Kernfusion kommt?
Es geht bei der Frage nicht darum, daß man solche Felder sowieso nicht 
aufbauen kann. Nur, ob angenommene, EXTREM ausgleichswillige Elektronen 
ggf. auch auf die Kerne einen entsprechend starken Einfluss haben 
würden.

: Verschoben durch User
von Phase (Gast)


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von Hp M. (nachtmix)


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Fragender schrieb:
> wenn man (ohne Durchschlag) eine wirklich
> extreme elektrische Feldstärke erzeugen könnte

Also im Vakuum.

Wo sollen da die Atomkerne herkommen, die du fusionieren willst?

von ??? (Gast)


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vermutlich aus den Elektroden...
obwohl das theoretisch gehen sollte. Da nehmen wir ein unendliches oder 
zumindest räumlich großes Vakuum in dem sich zwei elektroden in genügend 
großem Abstand befinden. zwisch diesen Elektroden erzeugen wir eine 
genügend große Spannung. Nun geben wir einige geladene Teilchen 
(vorzugsweise Lithium-Ionen o. ä.) zwischen diese Elektroden. Die 
Anordnun wirkt nun als Linearbeschleuniger. Prallen die geladenen 
Teilchen nun aufeinander oder auf eine der Elektroden und sind sie dabei 
schnell genug und haben wir viel Glück ...
So ähnlich macht man das auch in real.

von Vancouver (Gast)


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Dafür brauchst Du kein extremes Feld. Es gibt ein Verfahren namens 
Intertial Electrostatic Confinement (Elektrostatischer 
Trägheitseinschluss), mit dem Du mit relativ wenig Aufwand eine 
Kernfusion einleiten kannst. Leider ist der Wirkungsgrad so schlecht, 
dass man immer mehr Energie reinstecken muss als herauskommt. Ein paar 
Verrückte in USA (wo sonst) haben das sogar mal im Bastelkeller 
aufgebaut

von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Hp M. schrieb:
> Fragender schrieb:
>> wenn man (ohne Durchschlag) eine wirklich
>> extreme elektrische Feldstärke erzeugen könnte
>
> Also im Vakuum.

Warum gibt es im Vakuum keinen Durchschlag?

von M.N. (Gast)


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Johann L. schrieb:
> Warum gibt es im Vakuum keinen Durchschlag?

Weil es keine freien Ladungsträger gibt. Abgesehen von den sich 
hypothetisch bildenden und wieder zerstrahlenden Teilchen und 
Antiteilchen. [1] Die Ladungsträger würden da nur durch Feldemission aus 
den Elektroden herkommen.

Aber so extrem kann die Feldstärke gar nicht sein, um die Coulomb-Kraft 
zu überwinden. Selbst unsere Sonne würde nicht funktionieren ohne den 
Tunnel-Effekt. [2]



[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Casimir-Effekt
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Coulombwall

von Fragender (Gast)


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Die Frage soll wirklich rein theoretisch sein. Natürlich bekommt man 
auch im Vakuum nicht derartige Feldstärken hin. Aber es gibt schon ein 
paar Tricks, die Durchschlagspannung leicht zu erhöhen. Ob auf zur 
Fusion nötige Werte, soll erstmal einerlei sein. Mir geht es um die 
Frage, ob ein extremes Feld überhaupt zur Fusion führen kann. Ggf. sind 
ja nur die Elektronen quängelig, evtl. interessiert das die Kerne aber 
rein gar nicht, auch bei unendlicher Feldstärke?!

Also, angenommener Aufbau:

2 Elektroden mit 1um Abstand, mit Super-Isolator X dazwischen, der 
Billiarden Volt ohne Durchbruch verträgt. Interessiert das die Kerne 
überhaupt, oder nicht?

von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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M.N. schrieb:
> Johann L. schrieb:
>> Warum gibt es im Vakuum keinen Durchschlag?
>
> Weil es keine freien Ladungsträger gibt.

Ladungsträger können aber erzeugt werden, etwa durch Produktion von 
Elektron-Positron-Paaren.  Das ist natürlich jenseits klassischer 
Elektrodynamik, die sowas wie Paarerzeugung nicht kennt.

https://en.wikipedia.org/wiki/Schwinger_limit

Die Potentialdifferenz müsste mindestens 2·511 kV sein damit sich 
überhaupt Paare bilden können.

: Bearbeitet durch User
von M.N. (Gast)


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Wie genau stellst du dir jetzt "Fusion" vor?
Und extreme Feldstärken hat man in der Praxis schon bei Halbleitern, 
z.B. am pn-Übergang oder am Gateoxid. Da hat man auch schon einige MV/m, 
weil die Strukturen so klein sind.

Kernfusion findet statt, wenn zwei positiv geladene Kerne die 
Coulomb-Barriere überwinden und sich so nahe kommen, dass die schwache 
Kernkraft wirksam wird. [1]

Makroskopische Modelle sind in der subatomaren Welt nur noch 
eingeschränkt tauglich.

Wenn du versuchst, einen Platenkondensator mit idealem Dielektrikum 
immer weiter aufzuladen, kommt es irgendwann zur Feldemission [2] von 
Elektronen, wobei auch hier schon der Wahrscheinlichkeitscharakter 
deutlich wird.

Wenn du einfach nur Elektronen in den Atomkern schießen willst, 
provozierst du nur den Epsilon-Zerfall [3]. Da fusioniert aber nichts, 
sondern im Gegenteil: Die Kernladungszahl verringert sich sogar.

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Schwache_Wechselwirkung
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Feldemission
[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Elektroneneinfang

von Salewski (Gast)


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M.N. schrieb:
> Kernfusion findet statt, wenn zwei positiv geladene Kerne die
> Coulomb-Barriere überwinden und sich so nahe kommen, dass die schwache
> Kernkraft wirksam wird.

Gewöhnlich nicht die schwache, sondern die starke Wechselwirkung!

von Robert S. (robert_s68)


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von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Robert S. schrieb:
> ja das geht.
>
> https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrostatischer_Tr%C3%A4gheitseinschluss

Das dient aber nur zum Einschluss eins Plasmas, nicht primär zur Fusion:
1
Das Konzept des elektrostatischen Trägheitseinschlusses zum Erzielen
2
von Kernfusion beruht darauf, dass Deuterium- und/oder Tritium-Ionen durch
3
ein elektrisches Feld in einem kleinen Raumbereich gehalten und von außen
4
mit weiteren, energiereichen Ionen der gleichen Art(en) bombardiert werden.
5
Im Gegensatz zu Kernfusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss ist die
6
Energie beim Stoß also nicht durch die Temperatur des Plasmas gegeben,
7
sondern es können mittels hoher Beschleunigungsspannungen höhere
8
Ionenenergien verwendet werden.

Die Fusion wird also erst durch dieses "Bombardement" herbeigeführt.

von Rainer B. (e-fuzzi)


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Hp M. (nachtmix) : Wo sollen da die Atomkerne herkommen....

 ??? (Gast) :   vermutlich aus den Elektroden...

ist das die kommende Generation an Kernphysikern?

Ansonsten: schöner Trollbeitrag!

von Robert S. (robert_s68)


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Johann L. schrieb:
> Die Fusion wird also erst durch dieses "Bombardement" herbeigeführt.

irgendwo wird das ionen-bombardement ja auch durch ein elektrisches feld 
verursacht.

im endeffekt ist es bei "künstlicher" fusion ja immer eine 
elektromagnetische ursache, ob atombombe, fusor, tokamak oder 
laserblitz.

bin aber grad draufgekommen, dass das so oder so nichts mit der 
ursprünglichen frage zu tun hat, worauf auch immer die abzielt, darum 
eod.

von Salewski (Gast)


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Robert S. schrieb:
> im endeffekt ist es bei "künstlicher" fusion ja immer eine
> elektromagnetische ursache, ob atombombe, fusor, tokamak oder
> laserblitz.

Deine defekte Umschalttaste mag ja eine elektromagnetische Ursache 
haben...

Aber Deine obige Aussage mag ich so nicht stehen lassen. Im wesentlichen 
muss man ja nur die elektrostatische Abstossung der beiden positiv 
geladenen Atomkerne überwinden, damit sie sich so nahe kommen können, 
dass die kurzreichweitige starke Kernkraft dominiert und damit die 
Fusion herbeigeführt ist. Und dazu müssen die Kerne eben mit hoher 
Geschwindigkeit aufeinander zu fliegen. Die Geschwindigkeit kann einfach 
aus der hohen Temperatur resultieren, oder daraus, dass man die Teilchen 
irgendwie beschleunigt, sei es durch elektrostatische oder dynamische 
Felder.

Wenn jetzt einer sagt, ja aber bewegte Ladungen erzeugen ja Felder, dann 
mag er mit Harald weiterdiskutieren.

von Hans (Gast)


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Irgendwie glaube ich das Kurt hier bald auftaucht...weiß auch nicht 
warum...

von Basti (Gast)


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von Fragender (Gast)


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Salewski schrieb:
> Im wesentlichen
> muss man ja nur die elektrostatische Abstossung der beiden positiv
> geladenen Atomkerne überwinden, damit sie sich so nahe kommen können,
> dass die kurzreichweitige starke Kernkraft dominiert und damit die
> Fusion herbeigeführt ist.

So ist es.


Salewski schrieb:
> Und dazu müssen die Kerne eben mit hoher
> Geschwindigkeit aufeinander zu fliegen.

Das ist allerdings nur der übliche Weg. Es ergibt sich sicherlich ein 
großer Spielraum, was Temperatur und Druck anbetrifft. Mit unendlichem 
Druck kann man wohl auch bei Raumtemperatur fusionieren, und bei 
extremer Temperatur fast ganz ohne Druck.



M.N. schrieb:
> Feldemission

Woher kennt man denn die dazu bei Wiki angegebenen 10^9V/m? Ist das 
errechnet? Solche Feldstärken wären ja schon wirklich extrem.

von Marc H. (marchorby)


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Johann L. schrieb:
> Das dient aber nur zum Einschluss eins Plasmas, nicht primär zur Fusion

Es gibt noch einen Farnsworth-Fusor. Das Ding fusioniert Wasserstoff zu 
Helium. Kann man zu Hause nachbauen und ist extrem gesundheitsschädlich 
wegen der Neutronenstrahlung.

https://en.wikipedia.org/wiki/Fusor

von Fragender (Gast)


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Marc H. schrieb:
> Das Ding fusioniert Wasserstoff zu
> Helium. Kann man zu Hause nachbauen

Beides zusammen hört sich zu 100% nach Pseudowissenschaft an.

von Wolfgang H. (Firma: AknF) (wolfgang_horn)


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Hi, Fragender,
>
> Beides zusammen hört sich zu 100% nach Pseudowissenschaft an.

Ja, hört sich so an, ist aber nicht.
Besonders beeindruckt hat mich die Variante mit der Pyramide aus 
pyroelektrischem Material.
Wird sie aufgeheizt (vielleicht auch wieder abgekühlt), entstehen an 
ihrer Spitze Feldstärken, bei denen Wasserstoff  Deuterium  Tritium zu 
Helium fusioniert - und Neutronen freigesetzt werden.

Die Energiebilanz ist für die Energieerzeugung entsetzlich schlecht.
Gut aber ist für Prüf- und Messbeamte, dass sie keine bleigeschützte, 
radioaktive Neutronenquelle tragen müssen, sondern die Neutronen erst 
auf Befehl kommen.


Ciao
Wolfgang Horn

von Robert S. (robert_s68)


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Salewski schrieb:
> Deine defekte Umschalttaste mag ja eine elektromagnetische Ursache
> haben...

Im weitesten Sinn sicher.

> Aber Deine obige Aussage mag ich so nicht stehen lassen. Im wesentlichen
> muss man ja nur die elektrostatische Abstossung der beiden positiv
> geladenen Atomkerne überwinden, damit sie sich so nahe kommen können,
> dass die kurzreichweitige starke Kernkraft dominiert und damit die
> Fusion herbeigeführt ist.

"nur"...

> Und dazu müssen die Kerne eben mit hoher
> Geschwindigkeit aufeinander zu fliegen. Die Geschwindigkeit kann einfach
> aus der hohen Temperatur resultieren, oder daraus, dass man die Teilchen
> irgendwie beschleunigt, sei es durch elektrostatische oder dynamische
> Felder.

Temperatur ist ja auch nur ein Effekt der durch elektromagnetische 
Kräfte übertragen wird bzw. entsteht. Vom beschleunigten Teilchen aus 
gesehen ist ein statisches elektrisches Feld sicher nicht statisch.

> Wenn jetzt einer sagt, ja aber bewegte Ladungen erzeugen ja Felder, dann
> mag er mit Harald weiterdiskutieren.

Unbewegte Ladungen tun das in diesem Bild ja auch. Wer ist Harald?

Fragender schrieb:
> Das ist allerdings nur der übliche Weg. Es ergibt sich sicherlich ein
> großer Spielraum, was Temperatur und Druck anbetrifft. Mit unendlichem
> Druck kann man wohl auch bei Raumtemperatur fusionieren, und bei
> extremer Temperatur fast ganz ohne Druck.

Druck und Temperatur sind nicht voneinander unabhängig. Man kann nicht 
das eine gross machen und das andere klein halten. Unendlicher Druck ist 
so oder so Unfug.

Ich wollte nur darauf hinaus, dass die ursprüngliche Frage in der 
Hinsicht ungenau bis sinnlos ist, da ja so oder so jede (zumindest vom 
Menschen hergeführte) Kernfusion das Ergebnis "extremer" 
elektromagnetischer Feldstärken ist, und die konkrete Ausgestaltung 
selbiger unter "Details" fallen. Auf einem Neutronenstern sieht die 
Sache anders aus.

von Pandur S. (jetztnicht)


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> .. Pseudowissenschaft

Lies doch die Story mal nach

von Fragender (Gast)


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Warum soll bei den Dingern was fusionieren? Das nutzt doch 
vergleichsweise minimale Feldstärken. Auch erzeugen die Bastler da 
allenfalls ein Grobvakuum. Kaum sind die China-Billigpumpen 
eingeschaltet, geht die Fusion schon munter los...ist doch reichlich 
lächerlich.
Im Vergleich zu den Teilen wäre das von mir im Hinterkopf Geplante ja 
glatt zur Fusion von Quarks geeignet...;-)

von Salewski (Gast)


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Robert S. schrieb:
> Wer ist Harald?

Du guckst wohl nicht so oft alpha-Centauri auf BR-Alpha bzw. ARD-Alpha, 
wie es jetzt genannt wird. https://de.wikipedia.org/wiki/Harald_Lesch

von Matthias Kattelmann (Gast)


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Fragender schrieb:
> Nur mal rein gedanklich....wenn man (ohne Durchschlag) eine
> wirklich
> extreme elektrische Feldstärke erzeugen könnte, wäre es dann denkbar,
> daß es zur Kernfusion kommt?
> Es geht bei der Frage nicht darum, daß man solche Felder sowieso nicht
> aufbauen kann. Nur, ob angenommene, EXTREM ausgleichswillige Elektronen
> ggf. auch auf die Kerne einen entsprechend starken Einfluss haben
> würden.

Hallo
Am Schluss liest man, das es auch Kerne gibt, naja ok.
Da sind hohe Feldstärken und wahrscheinlich freie Kerne.
Wie lange würden diese Feldstärken bestehen?
Elektronen treten aus, Kerne werden ionisiert und fast jedes Teilchen 
wird beschleunigt, das Feld wird davon kurzgeschlossen, nur wo ist das 
fusionierende Element?
Richtig, bzw. philosophisch richtig wäre es zu sagen, hohe Feldstärken 
sind stark unnatürlich, so ähnlich wie Temperatur, Struck, Strahlung 
etc..
Ich frage mich sowieso, warum Elektronen nicht in den Atomkern fallen, 
da sich beides ja anziehen müsste. Sind die Kerne etwa unendlich klein, 
so das die Elektronen immer daneben treffen??
Mal was anderes, wieso immer Fusion? Wieso nicht H spalten??

MfG

Matthias

von Matthias Kattelmann (Gast)


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Sorry, Druck, nicht "Struck"...

von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Matthias Kattelmann schrieb:
> Ich frage mich sowieso, warum Elektronen nicht in den Atomkern fallen,
> da sich beides ja anziehen müsste.

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektroneneinfang

Aber die Elektronen "fallen" nicht in den Kern, da sie nicht um diesen 
kreisen.

> Sind die Kerne etwa unendlich klein,

Nein.  Atomkerne sind nicht elementar und haben damit endliche Größe.

> so das die Elektronen immer daneben treffen??

s-Elektronen haben ihre größte Aufenthaltswahrscheinlichkeit sogar im 
Kern; aber was sollen sie da?  Was soll z.B. aus einem Elektron und 
einem Proton werden unter Berücksichtigung aller Erhaltungsgrößen wie 
Leptonen- und Hadronenzahl? Und damit ein Neutron entstehen kann fehlt 
i.d.R. die Energie — es sei denn, du lebst in einer Höhle auf einem 
Neutronenstern...

von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Johann L. schrieb:
> Hadronenzahl

Baryonenzahl

von Robert S. (robert_s68)


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Matthias Kattelmann schrieb:
> Ich frage mich sowieso, warum Elektronen nicht in den Atomkern fallen,
> da sich beides ja anziehen müsste. Sind die Kerne etwa unendlich klein,
> so das die Elektronen immer daneben treffen??
> Mal was anderes, wieso immer Fusion? Wieso nicht H spalten??

Das hat man sich vor über 100 Jahren auch gefragt und dann 
schlussendlich die Quantenmechanik etc. bis zum Standardmodell 
entwickelt, was das dann auch zufriedenstellend erklärt.

von Bodo (Gast)


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Fragender schrieb:
> Woher kennt man denn die dazu bei Wiki angegebenen 10^9V/m? Ist das
> errechnet? Solche Feldstärken wären ja schon wirklich extrem.

So extrem sind die Feldstärken gar nicht, siehe:
https://de.wikipedia.org/wiki/Durchschlagsfestigkeit
Berechnen kann man das über die Energiebarriere zwischen dem Leiter und 
dem Isolator und aus der Bandverkippung des Isolators d.h. der 
Feldstärke.

Feldemission ist auch ein sehr üblicher Mechanismus der bspw. bei einem 
MOSFET für den Gate-Leckstrom bei höheren Spannungen verantwortlich ist, 
wie sich aus M.N.s Antwort schon andeutet. Außerdem sollte die 
Feldstärke gar keine zu große Rolle spielen, wichtig ist ja die Energie 
der Teilchen und nicht deren Beschleunigung d.h. die Spannung und nicht 
die Feldstärke. Dabei ist natürlich auch der Druck wieder wichtig, 
Stichwort mittlere freie Weglänge, Rekombination etc...

Fragender schrieb:
> Kaum sind die China-Billigpumpen
> eingeschaltet, geht die Fusion schon munter los...ist doch reichlich
> lächerlich.

Sicherlich verwechseln viele beeindruckte Bastler das normale 
Plasmaleuchten mit "Kernfusion". Problematisch könnte die Ionisation des 
Gases evtl. dadurch sein, da sie ein Faktor ist, den man bei der 
Energiebilanz mit bedenken sollte. Schließlich müssen die Atomkerne ja 
erstmal ihre ganzen Elektronen loswerden um fusionieren zu können und 
das frisst bestimmt schon eine Menge Energie/Leistung, zumal die ständig 
rekombinieren.

von Günter Lenz (Gast)


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Matthias Kattelmann schrieb:
>Wieso nicht H spalten??

Spalten kann man ja nur, wenn es mehrere Protonen gibt.
Wenn ich mich richtig erinnere hat ja Wasserstoff nur
ein Proton.

von W.S. (Gast)


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Fragender schrieb:
> Nur mal rein gedanklich....wenn man (ohne Durchschlag) eine wirklich
> extreme elektrische Feldstärke erzeugen könnte, wäre es dann denkbar,
> daß es zur Kernfusion kommt?

Dir ist hoffentlich bekannt, welche Ladung ein Proton hat und daß man 
davon mehrere zusammenquetschen müßte - und daß die "Kernkraft" also die 
Starke Wechselwirkung auf kurze Distanz dramatisch stärker ist als 
alle anderen WW?

Wenn du unbedingt deine eigene Kernfusion im Kleinen haben willst, dann 
bau dir nen Beschleuniger, der so etwa 130 keV an Beschleunigung 
draufhat und der Deuteriumkerne auf ein Target schießen kann, welches 
mit Tritium vollgesaugt ist. That's it. Aber der Wirkungsgrad ist wie 
gesagt unterirdisch.

W.S.

von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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W.S. schrieb:
> Dir ist hoffentlich bekannt, welche Ladung ein Proton hat und daß man
> davon mehrere zusammenquetschen müßte

...und so als grobe Hausnummer:  Die elektrische Abstoßung zwischen 2 
Protonen ist ca. um den Faktor

1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

größer als deren gravitative Anziehung.  Die Kräfte sind vergleichbar 
weil beide mit 1/r² gehen.

: Bearbeitet durch User
von Michael E. (Firma: irgendeine) (nodalek)


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Hab jezt nicht alles durchgelesen, weil es wieder ins gegenseitige 
draufhauen abgleitet.
Ich will nur mal anmerken, das die Kernfusion selbst kein Problem 
darstellt, so eine Kernfusionsanlage ist soger auf einem Marsrover im 
Einsatz. Nur dienen diese Dinger als Neutronenquellen, und sind völlig 
ungeeignet um damit nutzbare Energie zu "erzegen", es ist aber 
Kernfusion!
https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_generator
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/curiosity/dan_msl.shtml

Energieerzeugen mit Kernfusion klappt auch recht gut als Bombe, aber 
leider nicht als Kraftwerk ;)

Leider wird von den meisten Menschen Kernfusion mit Kernfusionskraftwerk 
gleichgesetzt, was oft zu Verwirungen führt.


Wer mal ein wenig tiefer in das Gebiet einsteigen möchte, dabei geht es 
aber hautsächlich um Tokamak und Stellarator:
http://www.amazon.de/Plasmaphysik-Fusionsforschung-Michael-Kaufmann/dp/351900349X

: Bearbeitet durch User
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