Kernsplijting

Splijten van atomen

De isotopen die in een reactor worden gebruikt zijn groot maar wel stabiel, uranium-235 bijvoorbeeld heeft een halfwaardetijd van 7,04.108 jaar. Wanneer de kern echter door een neutron wordt geraakt splijt hij, en dan gebeuren de volgende dingen:

·   De kern splijt in twee delen, dochterkernen die zelf instabiel zijn.

·   Er komen twee of drie neutronen vrij (gemiddeld 2,88)

·   Er komt veel energie vrij

De centrale

De energie die vrijkomt, of dat nou uit een kernreactie komt of een chemische reactie, kan je natuurlijk niet in een mandje opvangen. Je hebt een energiecentrale nodig om de energie om te zetten in een nuttige vorm, meestal elektriciteit. Grappig genoeg werkt de modernste kerncentrale op het eeuwenoude principe van een stoomlocomotief.

De reactor

De kernreactor is ontworpen om de kettingreactie in toom te houden. Elke splijting produceert 3 neutronen en als alle drie neutronen naar een nieuwe kern mogen gaan loopt de kettingreactie exponentieel uit de hand, dit heet een melt-down.

Om de kettingreactie te regelen worden er regelstaven in het vat geschoven. Deze staven van het element boor absorberen neutronen zonder dat ze zelf splijten. Als de staven verder in het reactorvat worden geschoven absorberen ze gemiddeld meer dan 2 neutronen per splijting. Omdat er per splijting 1 neutron nodig is en minder dan 1 vrijkomt zal de reactie geleidelijk afnemen. Wanneer de staven minder ver in het vat steken worden er minder neutronen geabsorbeerd en zijn er dus meer neutronen beschikbaar om nieuwe splijtingen veroorzaken.

Je kan dit zien met de onderstaande simulatie. 

Opdrachten

Kies het tabblad “Splijting van één kern” om de volgende vragen te beantwoorden:

95: Uranium-235 is stabiel, wat wordt er gedaan om het instabiel te maken?

96: Onder normale omstandigheden is Uranium-236 ook stabiel, wat is er nu anders?

97: In een kernreactor, wat moet er gebeuren om de reactie op te starten?

Bekijk het tabblad “Kettingrectie” en zie eens wat je daar mee kan doen.

98: Als je het concept kettingreactie aan iemand zou uitleggen, hoe zou je dat doen? Gebruik je eigen woorden maar wel de juiste benamingen en zorg ervoor dat je uitlegt waarom de reactie plaats vindt en wat de snelheid van de reactie bepaalt.

99: Waarom is Uranium-235 en zijn reactie perfect voor kettingreacties? 

Bekijk het tabblad “Kernreactor”.

100: Leg uit wat de functie van de regelstaven is.

Radioactief afval

Wanneer het uranium in de kernreactor is gebruikt hou je plutonium over, dit plutonium kan in een andere reactor nog een keer worden gebruikt om splijting te ondergaan maar daarna houd je toch afval over. Het grootste probleem met dit afval is dat het zeer actief is, binnen enkele minuten zou een persoon die te dichtbij komt al een dodelijke dosis straling ontvangen.

Het andere probleem is dat het meeste kernafval een erg lange halfwaardetijd heeft, afhankelijk van de concentratie blijft het tussen de 1000 en 10 000 jaar gevaarlijk.

Afval dat een lage activiteit heeft kan meestal bij een gewone vuilstortplaats worden gestort. Afval dat wel een gevaarlijk hoge activiteit heeft kan daar natuurlijk niet heen. De gebruikte brandstofstaven uit een kernreactor kunnen eerst worden gerecycled (opgewaardeerd) zodat al het uranium in nieuwe staven komt. Wanneer de staaf echt is opgebruikt wordt het in glas gegoten waarna het in stalen vaten diep onder de grond wordt opgeborgen.

Het gieten in glas klinkt vreemd omdat glas kan breken maar dat is het probleem niet, het glas komt in een stalen vat. Het voordeel van het glas is dat het een heel dicht rooster vormt waardoor de radioactieve atomen zitten opgesloten. Dat atomen door een metaalrooster kunnen ontsnappen heb je zelf weleens gezien bij oude batterijen. Dat witte spul dat op de batterijen verschijnt zijn de chemicaliën van binnenin de batterij die niet door gaatjes in het metaal zijn gekomen, ze zijn door het metaalrooster zelf gegaan.