Fusie & fissie Understand article
Vertaald door Roland Van Kerschaver. Fusie en fissie: beide maken energie vrij, maar hoe verschillen deze processen van elkaar en wat zijn de gevolgen voor het opwekken van elektriciteit?
Bij fissie wordt energie verkregen door zware atomen, zoals uranium, te splitsen in kleinere atomen zoals jodium, cesium, strontium, xenon en barium, om er maar enkele te noemen. Fusie is echter het combineren van lichte atomen, bijvoorbeeld twee waterstof isotopen, deuterium en tritium, om het zwaardere helium te vormen. Beide reacties maken energie vrij die in een energiecentrale gebruikt kan worden om water te doen koken om een stoomgenerator aan te drijven en zo elektriciteit te produceren.
Rechts: fissie, wanneer zware atomen splijten en energie vrijmaken.
EUROfusion
Fissie en kettingreacties
Fissie is het nucleair proces dat tegenwoordig gebruikt wordt in nucleaire krachtcentrales. Het wordt in gang gezet door uranium dat een neutronabsorbeert, waardoor de kern onstabiel wordt. Het gevolg van de instabiliteit is dat de kern in stukken breekt, op gelijk welke van de veel verschillende wijzen en meer neutronen produceert die op hun beurt meer uraniumatomen treffen en deze onstabiel maken en zo verder. Deze kettingreactie is de oplossing voor de fissiereacties maar kan leiden tot een uit de hand lopend proces dat resulteert in een nucleair ongeval. In een hedendaagse conventionele nucleaire kerncentrale, zijn er systemen aangebracht om de kettingreactie te modereren om senarios van ongevallen te verhinderen en gelden strenge veiligheidsmaatregels om rekening te houden met de problemen van het verspreiden van nucleair afval.
Fusie: inherent veilig maar uitdagend
In tegenstelling met de nucleaire fssie is de nucleaire fusiereactie in een tokamak een inherent veilige reactie. De redenen die gemaakt hebben dat de fusie nog altijd zo moeilijk te verwezenlijken is, zijn dezelfde die maken dat het veilig is: het is een fijn afgestelde reactie die zeer gevoelig is aan de voorwaarden – de reactie zal stoppen als het plasma te koud of te warm is, of als er teveel brandstof is of niet genoeg, of teveel verontreiniging, of als de magnetische velden niet juist ingesteld zijn om de turbulentie van het warme plasma te controleren. Dit is waarom fusie nog atijd in de fase van onderzoek en ontwikkeling is – en fissie al elektriciteit aan het maken is.
Bindingsenergie
vrij totdat er bij ijzer geen energie meer vrijgemaakt
kan worden bij fusie.
EUROfusion
De reden waarom sommige atomen splijten en energie vrijlaten terwijl andere samensmelten om hetzelfde te doen, ligt aan hoe sterk de protonen en neutronen bij elkaar gehouden worden. Als een nucleaire reactie kernen produceert die sterker gebonden zijn dan de oorspronkelijke dan zal er energie geproduceerd worden door fusie, en voor fissie is het omgekeerde waar.
Het blijkt dat de sterkst gebonden atoomkernen ongeveer de grootte hebben van ijzer, die 26 protonen heeft in de kern. Zo kan er energie vrijgemaakt worden ofwel door het spijten van zeer grote kernen, zoals uranium met 92 protonen, om kleinere producten te krijgen, ofwel door het samensmelten van zeer lichte kernen, zoals waterstof, met juist één proton om grotere producten te krijgen.
Bedankingen
Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliseerd in EUROfusion
Resources
- Wat is een tokamak en hoe werkt deze?
- Hoe worden fusietoestellen gerepareerd? Met drones.
- Ontmoet vijf jonge wetenschappers die werken aan het bekomen van fusie.
Institutions
