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.

 

Links: fusie, wanneer lichte atomen samensmelten en energie vrijmaken.
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

Kleinere kernen smelten samen en maken energie
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

Institution

EUROfusion

License

CC-BY