Kernsplijting
In de natuur komen twee soorten uranium voor: het niet-splijtbare uranium-238 en, in veel kleinere mate, het wel-splijtbare uranium-235. De nummers 235 en 238 staan voor het aantal kerndeeltjes waaruit de atoomkern van deze uraniumsoort bestaat. Uranium-238 is stabiel en kan niet splijten. Uranium-235 is echter instabiel. Als een vrij bewegend kerndeeltje (een neuron) dit atoom raakt, valt het uranium-235 uit elkaar. Hier komt energie bij vrij. Dit noemen we kernsplijting. Uit een gespleten uranium-235 kern schieten ook twee of drie neutronen weg. Wanneer die andere uranium-235 kernen raken, splijten die ook weer. Zo wordt een kettingreactie tot stand gebracht en gaat de splijtstof warmte produceren uit deze voortdurende kernsplijtingen. In natuurlijk uranium is het bestanddeel splijtbaar uranium-235 zo klein (minder dan 1%) dat het niet genoeg is om er een kernsplijtingsreactie mee op te wekken. Uranium wordt pas een goede ‘splijtstof’ voor een kerncentrale als het een mengsel is van ongeveer 96% uranium-238 en 4% uranium-235.
Energie en afval
Bij kernsplijting ontstaat warmte die kan worden benut als energiebron. Bijvoorbeeld om elektriciteit mee op te wekken, maar je kan er ook waterstof mee produceren, of drinkwater mee maken uit zeewater. Na een paar jaar is de splijtstof in een reactor uitgewerkt. De brokstukken van een gespleten uranium-235 zijn radioactief en hopen zich in de splijtstof op, tot ze de kettingreactie in de weg gaan zitten. Deze brokstukken noemen we kernsplijtingsafval. Dit bestaat uit instabiele stoffen die lichter zijn dan uranium: bijvoorbeeld Strontium-93 of Xenon-140. Deze nieuw gevormde stoffen zijn niet stabiel en vervallen vroeger of later naar een andere, stabiele stof. Daarbij wordt straling uitgezonden, dat heet radioactiviteit. Als alle instabiele stoffen zijn vervallen tot een stabiel eindproduct, is er geen radioactiviteit meer over. Iedere radioactieve stof vervalt in een ander tempo. Voor sommige stoffen duurt dit enkele seconden en voor andere stoffen duizenden jaren. In Nederland wordt al het radioactief afval veilig opgeslagen en bewaard bij de COVRA. Kijk voor meer informatie over de verwerking en het beheer van radioactief afval bij het onderwerp radioactief afval.
Innovatie
Kleine modulaire reactoren, de zogenaamde Small Modular Reactors of SMR’s, die koolstofvrije energie produceren en zijn zeer modulair inzetbaar zijn. Kerncentrales die niet alleen elektriciteit, maar ook warmte en waterstof produceren. Nieuwe medische isotopen die nog gerichter tumoren kunnen opsporen en bestrijden. Radioactieve generatoren die verre ruimtemissies naar Mars mogelijk maken. Maar ook ITER, het internationale samenwerkingsproject met als doel de wetenschappelijke en technische haalbaarheid aan te tonen van kernfusie als energiebron op aarde. Iter staat voor “International Thermonuclear Experimental Reactor”. Kortom: nucleaire technologie is volop in ontwikkeling. Meer hierover bij het onderwerp innovatie.
Beeld: ISS ©NASA
Kernfusie
Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een andere, zwaardere kern wordt gevormd. Voor kernfusie worden de lichtste atomen uit de natuur gebruikt, zoals waterstof. Bij het samensmelten wordt hierbij een deel van de massa omgezet in energie, in het geval van waterstof ongeveer 0,67%.
Kernfusie is geen kettingreactie; er komen geen deeltjes bij vrij die een nieuwe fusie kunnen veroorzaken. Het proces kan slechts aan de gang gehouden worden onder extreem hoge temperatuur en druk, veel hoger dan die in het middelpunt van de zon. Kernfusie laat, in tegenstelling tot kernsplijting, niet noodzakelijkerwijs radioactieve materialen achter als afval. Daarom proberen wetenschappers kernfusie op aarde te ontwikkelen als schone en veilige energiebron.
