Embedded Files
Kernsplijting is letterlijk dat, het splijten van de kern. Kernfusie is het omgekeerde, twee lichte kernen worden gefuseerd tot één zwaardere. Uiteraard klinkt dat een stuk makkelijker dan het is.
In een reactor
In de onderstaande afbeelding zie je de reactie die in een kernfusiereactor plaats vindt; Deuterium en Tritium smelten samen tot Helium en een neutron. De hoeveelheid energie die bij deze fusie vrijkomt is enorm.
Opdrachten
101. Schrijf deze reactie op zoals je dat in hoofdstuk 4 hebt geleerd. Deuterium en tritium kan je schrijven als isotopen van waterstof (wat ze natuurlijk zijn) of je kan de symbolen D en T gebruiken. Een neutron is een kleine letter n.
102. Kan je nu een kettingreactie maken? Leg uit.
Onder normale omstandigheden komen de kernen van atomen niet dicht bij elkaar. Het feit dat de atomen in jouw schoenen op dit moment niet fuseren met de atomen in de vloer bewijst dit wel. Dit geldt ook voor Deuterium en Tritium. Om deze twee te laten fuseren moet dus ofwel de druk gigantisch hoog zijn zodat de atomen nergens anders heen kunnen gaan om de botsing te voorkomen of de temperatuur moet absurd hoog zijn dat ze atomen zo snel op elkaar afrazen dat ze elkaar ook niet meer kunnen ontwijken.
Wanneer een gas dermate wordt verwarmd verliest het zijn elektronen, het materiaal is nu voorbij de gasvormige fase en heet nu een plasma.
De fusiereactoren die op dit moment in staat zijn tot korte pulsen van kernfusie doen dat door extreem hoge temperaturen.
103. Er is een fundamenteel verschil in hoe een splijtingsreactor en een fusiereactor de reactie regelen. Wat is dat?
De reactoren
Er zijn maar een paar soorten reactor waarin fusie kan plaatsvinden want zoals je hebt gezien is dat namelijk best moeilijk werk.
De tokamak
Dit apparaat gebruikt ringvormige mageneten om een donutvormig magneetveld te maken waarin het hete gas wordt gevangen.
Om het magneetveld sterk genoeg te maken moet er wel een stevige stroomsterkte door de magneten kopen, ongeveer 15 Mega-ampère.
Een praktischer probleem van deze reactor is dat magneten niet goed werken bij hoge temperaturen maar juist goed bij hele lage temperaturen. Je hebt dus een apparaat dat zo koud mogelijk moet worden gemaakt terwijl het gas binnenin juist zo heet mogelijk moet zijn.
Een ander probleem zijn de neutronen die bij de fusie vrijkomen. Neutronen kunnen niet met een magnetisch veld worden gevangen. De wanden van een tokamak moeten na een bepaalde tijd worden vervangen omdat ze zelf licht radioactief zijn geworden.
104. Wat is het enige andere afvalproduct van kernfusie?
Vanwege de hoge hoeveelheid energie die nodig is om de fusie op gang te brengen en door het feit dat er geen kettingreactie kan plaats vinden kunnen de huidige reactoren alleen in korte flitsjes (pulsen) fusie uitvoeren. Een reactor die nu in aanbouw is in Frankrijk zou dat probleem moeten kunnen oplossen.
Stellarator
Van dit type fusiereactor zijn er al meerdere gebouwd. De vreemde vormen zijn door computers ontworpen om het plasma in een zo efficiënt mogelijk magnetisch veld te houden. Dit ontwerp heeft ook nadelen zoals het feit dat het magneetveld van de ene ring kracht zet op de volgende ring waardoor machine maar een bepaalde sterkte van magneetveld aankan.
Natuurlijke fusie
De korte pulsjes die de weinige fusiereactoren nu produceren verbleken bij de fusie die plaatsvindt in de vrije natuur. We hebben het dan natuurlijk niet over de natuur hier op aarde maar in het hart van onze eigen ster, de zon.
Het proces waarmee de zon de energie produceert is een stuk ingewikkelder dat de fusie van deuterium met tritium. Zoals je in de afbeelding hierboven kan zien wordt er in een botsing tussen twee protonen een deuteriumkern gevormd, er is dus een proton in een neutron veranderd. Dat is een trucje wat we met reactoren op aarde niet nadoen.
De fusie in de zon wordt mogelijk gemaakt doordat de zon zo groot is, de zwaartekracht trekt het gas samen naar de kern waardoor er daar zo’n hoge druk ontstaat dat fusie mogelijk is.
Page updated
Google Sites
Report abuse