De energietransitie begint bij jezelf. Bereken snel en eenvoudig je maandbedrag bij een lokale aanbieder.
Kernsplijting is een natuurkundig proces waarbij de atoomkern wordt gesplitst in kleinere delen. Wanneer een kern wordt geraakt door een thermisch neutron, wordt de kern instabiel en splijten de kerndeeltjes. Hierbij komen grote hoeveelheden energie vrij in de vorm van kinetische energie en thermische energie. Dit vormt de basis van kernenergie en wordt wereldwijd ingezet om elektriciteit te wekken in een kerncentrale.
De opbouw van een atoomkern
Een atoom bestaat uit een kern met bewegende elektronen daaromheen. In de kern bevinden zich protonen en neutronen, die samen ook wel kerndeeltjes worden genoemd. Het aantal neutronen en protonen bepaalt welke isotopen van een element bestaan. De massa van de kern is kleiner dan de som van de losse protonen en neutronen. Dit verschil wordt verklaard door bindingsenergie.
Splijtstof en natuurlijk uranium
De belangrijkste splijtstof in veel reactoren is uranium. Dit is een mengsel van verschillende isotopen. Isotopen zijn varianten van hetzelfde chemische element die een gelijk aantal protonen hebben, maar verschillen in het aantal neutronen in de atoomkern. Slechts een kleinere mate van natuurlijk uranium bestaat uit het splijtbare uranium 235. Het grootste gedeelte bestaat uit uranium 238. Daarom wordt het vaak verrijkt voordat het als brandstof wordt gebruikt in een kernreactor. Andere mogelijke brandstoffen zijn thorium en bepaalde kunstmatig geproduceerde isotopen.
Hoe kernsplijting werkt
Kernsplijting begint met de botsing tussen een neutron en een splijtbare kern, zoals uranium 235. Dit neutron wordt opgenomen, waarna de kern uit elkaar valt en drie neutronen vrijkomen met hoge snelheid. De neutronen kunnen opnieuw botsingen veroorzaken en op die manier een nieuwe splijtingsreactie starten. Dit wordt ook wel kettingreactie genoemd, waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt.
Waarom zware atomen splijten
Zware atomen, zoals uranium en thorium, zijn gevoelig voor kernsplijting. In zulke zware kernen werkt een sterke afstotende kracht tussen positief geladen protonen, waardoor de kern instabiel kan worden. Wanneer een extra neutron wordt toegevoegd, raakt de balans verstoord en splijt de kern. Hierbij ontstaan twee lichte atomen, ook wel slijtingsproducten genoemd.
Energie die vrijkomt bij splijting
Bij kernsplijting wordt potentiële energie in de kern omgezet in kinetische energie van slijtingsproducten. Deze bewegingsenergie wordt weer omgezet in thermische energie, waardoor een hoge temperatuur ontstaat. In een kerncentrale wordt deze warmte gebruikt om water te verhitten tot stoom, die turbines aandrijft om elektriciteit te produceren. De vrijgekomen energie per atoom is groter dan bij chemische reacties, zoals het verbranden van koolstof.
De rol van bindingsenergie
De energie die vrijkomt bij kernsplijting hangt samen met de bindingsenergie van de kern. Wanneer zware kernen splijten, ontstaan kleinere kernen die per nucleon sterker gebonden zijn. Het verschil in bindingsenergie wordt omgezet in warmte en straling.
Toepassingen van kernenergie
Naast het opwekken van elektriciteit in een kerncentrale wordt kernenergie ook in andere sectoren gebruikt. Zo wordt in de ruimtevaart radioactieve bronnen ingezet om sondes van energie te voorzien. Daarnaast worden radioactieve isotopen in de geneeskunde toegepast voor diagnostiek en behandeling.
Radioactiviteit
Bij kernsplijting ontstaan instabiele elementen die radioactief zijn. Deze radioactieve stof zendt straling uit, zoals alfadeeltjes en gammastraling. Radioactieve elementen kunnen schadelijk zijn voor mens en milieu. Daarom moet men zorgvuldig omgaan met radioactief afval.
Radioactief afval
Het afval dat overblijft na kernsplijting bevat isotopen met een lange halfwaardetijd. Dit houdt in dat het soms miljoenen jaren duurt voordat de radioactiviteit voldoende is afgenomen. Radioactief afval wordt daarom veilig opgeslagen om schade te voorkomen.
Verschil tussen kernsplijting en kernfusie
Kernsplijting moet niet worden verward met kernfusie, waarbij juist lichte atomen zoals waterstof samensmelten. Bij kernfusie komt er ook een grote hoeveelheid energie vrij, maar dit proces gebeurt onder extreem hoge druk en temperatuur. In tegenstelling tot kernsplijting wordt bij kernfusie geen zware radioactieve brokstukken geproduceerd.
Veelgestelde vragen over kernsplijting
In een kernreactor wordt de kettingreactie van kernsplijting gecontroleerd met regelstaven die neutronen absorberen. Op die manier wordt het aantal neutronen dat een nieuwe splijtingsreactie kan veroorzaken beperkt, zodat de hoeveelheid energie beheersbaar blijft. Een moderator zorgt ervoor dat een thermisch neutron de juiste snelheid krijgt om splijtbaar uranium 235 efficiënte te laten splijten zonder dat de reactie onbeheersbaar wordt.
Wanneer een zware kern uit elkaar valt, ontstaan kleine elementen die meestal instabiel zijn. De radioactieve stof zendt straling uit, zoals alfadeeltjes, gammastraling en soms fotonen met hoge energie. De radioactiviteit ontstaat doordat de nieuwe atoomkern een ongunstige verhouding tussen protonen en neutronen heeft.
Bij kernsplijting wordt potentiële energie uit de atoomkern omgezet in kinetische energie van de splijtingsproducten en drie neutronen die met hoge snelheid vrijkomen. De kinetische energie wordt omgezet in thermische energie, waardoor een hoge temperatuur ontstaat. Door het verschil in bindingsenergie tussen zwaardere atomen en lichte atomen komt per splijting een enorme hoeveelheid energie vrij.
Bij kernfusie versmelten lichte atomen tot een zwaarder element, waarbij ook een grote hoeveelheid energie vrijkomt. Het proces vereist extreem hoge temperatuur en druk, waardoor grootschalige toepassing bijna onmogelijk is. In tegenstelling tot kernsplijting produceert kernfusie minder langdurig radioactief afval, maar de techniek is nog steeds in ontwikkeling.
De kracht en gevolgen van kernsplijting
Kernsplijting is een krachtig proces waarbij een atoomkern van zwaardere atomen splijt na een botsing met een thermisch neutron, waarbij drie neutronen, kinetische energie en thermische energie vrijkomt. Door het verschil in bindingsenergie wordt potentiële energie omgezet in een grote hoeveelheid energie die in een kerncentrale wordt gebruikt om elektriciteit te wekken. Tegelijkertijd ontstaan radioactieve stof en afval met een lange halfwaardetijd van soms miljoenen jaren, wat zorgvuldige opslag op aarde noodzakelijk maakt. Hiermee is kernenergie een efficiënte energiebron.
Ook verduurzamen? Meld je aan: https://www.samenom.nl/aanmelden/