U weet zeker dat een van de manieren om energie en elektriciteit te produceren, wordt gedaan door het gebruik van kernenergie. Maar misschien weet u niet hoe het echt werkt. Er zijn twee processen van vorming van kernenergie: kernsplijting en kernfusie.
Wil je weten wat kernsplijting is en alles wat daarmee samenhangt?
Nucleaire splitsing
Kernsplijting is een chemische reactie waarbij de zwaardere kern wordt gebombardeerd met neutronen. Wanneer dit gebeurt, wordt het een meer onstabiele kern en valt uiteen in twee kernen, waarvan de afmetingen vergelijkbaar zijn in dezelfde orde van grootte. In dit proces er komt veel energie vrij en er worden verschillende neutronen uitgezonden.
Wanneer neutronen worden uitgezonden door de deling van de kern, kunnen ze andere splitsingen veroorzaken door interactie met andere nabijgelegen kernen. Zodra de neutronen andere splitsingen veroorzaken, zullen de neutronen die daaruit vrijkomen nog meer splitsingen genereren. Zo wordt er dus een grote hoeveelheid energie opgewekt. Dit proces vindt plaats in een fractie van een seconde en staat bekend als een kettingreactie. De kernen die zijn gesplitst, geven een miljoen keer meer energie vrij dan die wordt verkregen door een blok steenkool te verbranden of een blok dynamiet met dezelfde massa te laten exploderen. Om deze reden is kernenergie een zeer krachtige energiebron en wordt het gebruikt voor hoge energiebehoeften.
Dit vrijkomen van energie vindt sneller plaats dan bij een chemische reactie.
Wanneer neutronensplitsingen optreden en er wordt slechts één neutron vrijgegeven, wat een volgende splitsing veroorzaakt, is het aantal splijtingen dat per seconde optreedt constant en kunnen de reacties goed worden gecontroleerd. Dit is het principe waarmee ze werken kernreactor.
Verschil tussen kernfusie en kernsplijting
Beide zijn nucleaire reacties die de energie vrijgeven die zich in de kern van een atoom bevindt. Maar er zijn grote verschillen tussen de twee. Kernsplijting, zoals is opgemerkt, is de scheiding van de zwaardere kern in kleinere, door de botsing met neutronen. In het geval van kernfusie is het tegenovergestelde. Het is de lichtere kerncombinatie om een grotere en zwaardere te maken.
Bijvoorbeeld bij kernsplijting, uranium 235 (het is de enige isotoop die kernsplijting kan ondergaan en wordt in de natuur aangetroffen) combineert met een neutron om een stabieler atoom te vormen dat zich snel deelt enn barium 144 en krypton 89, plus drie neutronen. Dit is een van de mogelijke reacties die optreden wanneer uranium zich combineert met het neutron.
Met deze operatie werken de kernreactoren die momenteel worden aangetroffen en die worden gebruikt voor het opwekken van elektrische energie.
Om kernfusie te laten plaatsvinden, is het nodig dat de twee lichtere kernen zich verenigen om een zwaardere te vormen. Bij dit proces komt een grote hoeveelheid energie vrij. In de zon vinden bijvoorbeeld continu kernfusieprocessen plaats waarbij atomen met een lagere massa zich verenigen om zwaardere te vormen. De twee lichtere kernen moeten positief geladen zijn en dichter bij elkaar komen om de bestaande elektrostatische afstotingskrachten te overwinnen. Dit vereist een grote hoeveelheid temperatuur en druk. Omdat er op onze planeet geen druk is in de zon, is de noodzakelijke energie die nodig is voor de kernen om te reageren en om deze afstotende krachten te overwinnen ze worden bereikt door middel van een deeltjesversneller.
Een van de meest typische kernfusiereacties is die die bestaat uit de combinatie van twee isotopen van waterstof, deuterium en tritium, om een heliumatoom plus een neutron te vormen. Wanneer dit gebeurt, zijn er in de zon hoge zwaartekrachtsdrukken waaraan de waterstofatomen worden blootgesteld en hebben ze temperaturen van 15 miljoen graden Celsius nodig om te fuseren. Elke seconde 600 miljoen ton waterstof smelt tot helium.
En la Actualidad er zijn geen reactoren die werken met kernfusie, aangezien het erg complex is om deze voorwaarden opnieuw te creëren. Het meeste dat wordt gezien, is een experimentele kernfusiereactor genaamd ITER die wordt gebouwd in Frankrijk en die probeert te bepalen of dit energieproductieproces zowel technologisch als economisch haalbaar is, door kernfusie door magnetische opsluiting uit te voeren.
Kritieke massa
De kritische massa is de minste hoeveelheid splijtbaar materiaal dat is nodig om een nucleaire kettingreactie in stand te houden en constant energie op te wekken.
Hoewel bij elke kernsplijting tussen de twee en drie neutronen worden geproduceerd, kunnen niet alle vrijgekomen neutronen doorgaan met een volgende splijtingsreactie, maar sommige gaan verloren. Als deze neutronen die bij elke reactie vrijkomen, sneller verloren gaan dan dat kunnen worden gevormd door splijting, de kettingreactie zal niet duurzaam zijn en het zal stoppen.
Daarom hangt deze kritische massa af van verschillende factoren, zoals de fysische en nucleaire eigenschappen, de geometrie en de zuiverheid van elk atoom.
Om een reactor te hebben waarin de minste neutronen ontsnappen, is een bolgeometrie nodig, omdat deze een zo klein mogelijk oppervlak heeft zodat lekkage van neutronen wordt verminderd. Als het materiaal dat we gebruiken voor splijting we het begrenzen met een neutronenreflector, gaan veel meer neutronen verloren en wordt de kritische massa die nodig is verminderd. Dit bespaart grondstoffen.
Spontane kernsplijting
Wanneer dit gebeurt, is het niet nodig dat een neutron van buitenaf wordt geabsorbeerd, maar in bepaalde isotopen van uranium en plutonium, die een meer onstabiele atomaire structuur hebben, zijn ze in staat tot spontane splitsing.
Daarom is er bij elke kernsplijtingsreactie de kans per seconde dat een atoom spontaan kan splijten, dat wil zeggen zonder dat iemand tussenbeide komt. Bijvoorbeeld, plutonium 239 heeft meer kans op spontane splijting dan uranium 235.
Met deze informatie hoop ik dat je iets meer weet over hoe kernenergie wordt opgewekt voor de opwekking van elektriciteit in steden.