Skip to main content

In een kernreactor worden splijtbare atoomkernen, zoals uranium-235 of plutonium-239, beschoten met neutronen, waarna ze uiteenvallen in twee brokstukken. Daarbij komt warmte vrij. Dit heet kernsplijting. Maar om precies te weten hoe dit werkt, moet je eerst weten hoe atomen zijn opgebouwd.

Elk atoom heeft een kern met daarin positief geladen deeltjes (protonen) en neutrale deeltjes (neutronen). Om de kern draaien negatief geladen deeltjes (elektronen). Protonen en neutronen zijn even zwaar, en elektronen wegen nagenoeg niets vergeleken met de zwaardere kerndeeltjes. Met welke atoomsoort je te maken hebt, wordt weergegeven door het een massagetal. Zo heeft bijvoorbeeld koolstof-14 een massa van 14 u (waarbij u de massa van een neutron is, 1,66 × 10-27 kilo). Elk scheikundig element heeft een nummer dat overeenkomt met het aantal protonen in atoomkern. Het nummer van koolstof is 6. Koolstof-14 heeft dus 6 protonen en (14-6=) 8 neutronen. Uranium-235 (atoomnummer 92) heeft 92 protonen en 143 neutronen. Voor en na de reactie blijft het totale aantal protonen en neutronen gelijk.

Zoals gezegd gebeurt atoomsplijting in een kernreactor. Atoomkernen worden met neutronen beschoten. Daar komt niet alleen warmte bij vrij; ook nieuwe neutronen. Daardoor wordt een kettingreactie in stand gehouden (als er maar voldoende splijtbare atomen in de buurt zijn).
In een kerncentrale wordt de kettingreactie beheersd met behulp van neutronenabsorberende regelstaven (vaak gemaakt van cadmium, hafnium of boor). Die worden dieper of minder diep tussen de splijtstofstaven ingestoken. In een atoombom gebeurt dat niet, en loopt de kettingreactie binnen milliseconden volledig uit de hand. Het gevolg is een enorme explosie.

Hieronder vind je de drie bekendste kernreacties:

Reactie 1: Uranium-235

Figuur atoomsplijting: U-235 + n → U-236 → Kr-92 + Ba-141 + 3n (andere combinaties van splijtingsstoffen zijn ook mogelijk)

In de kerncentrale van Borssele wordt gewerkt met uraan-235 als brandstof. Dit is de bekendste en meest gebruikte vorm van kernsplijting. Omdat natuurlijk uranium maar 0,7% U-235 bevat, wordt het eerst ‘verrijkt’. Dit gebeurt in een verrijkingsfabriek, door uranium op massa te scheiden in verrijkt uranium (circa 4% U-235) en verarmd uraan (0% U-235).

Reactie 2: Plutonium-239

Figuur atoomsplijting: U-238 + n → U-239 → Np-239 → Pu-239

Pu-239 + n → Xe-134 + Zr-103 + 3n (andere combinaties van splijtingsstoffen zijn ook mogelijk)

Ongeveer een derde van de kerncentrales in de wereld werkt op deze manier. Het grote voordeel is dat het U-238 gebruikt, dat is het isotoop dat 99,3% van het uranium uitmaakt. Dit U-238 wordt omgevormd tot Pu-239 en dat is splijtbaar. Voor de splijting zijn ‘snelle’ neutronen nodig. En omdat het plutonium als het ware in de reactor ’gekweekt’ wordt, heet deze reactor ’snelle-kweekreactor’.

Reactie 3: Thorium-232

Figuur atoomsplijting: Th-232 + n Th-233 Pa-233 U-233

U-233 + n → Xe-137 + Sr-94 + 3n (andere combinaties van splijtingsstoffen zijn ook mogelijk)

De thoriumreactor is nog veelbelovender dan de uraniumractoren. Niet alleen omdat thorium ruimer voorradig is dan uranium, maar ook omdat deze reactie veel minder langlevend radioactief afval oplevert. Helaas is deze reactor vanwege de technische uitdagingen (hoge temperatuur en chemische reactiviteit) nog niet in gebruik.

 

Weet meer:
www.weet-magazine.nl/thorium