Kernenergie is een thema waar altijd al veel gedoe over geweest is. Op het eerste gezicht lijkt kernenergie een erg milieuvriendelijke manier om elektriciteit op te wekken, aangezien een kerncentrale geen schadelijke uitlaatgassen produceert. In een kerncentrale kan er ook ontzettend veel energie opgewekt worden met slechts een klein beetje brandstof, en wel uit kernsplijting. In dit artikel lees je hoe kernsplijting werkt. Wil je weten hoe kernsplijting wordt toegepast in een kerncentrale, dan kun je kijken in het artikel over de werking van een kernreactor.
Om te begrijpen hoe kernsplijting werkt, is het eerst belangrijk om te weten hoe een atoom in elkaar zit. Daarover vind je meer in een ander artikel op www.sciencespace.nl.
Figuur 1: Het atoom
Zoals je daar kunt lezen, heeft elk atoom (figuur 1) een kern, die bestaat uit protonen met een positieve lading en neutronen zonder lading. Een atoom heeft altijd evenveel elektronen als protonen (atomen die meer of minder elektronen hebben, heten ionen). Als een atoom een proton meer of minder krijgt wordt het een ander soort atoom. Maar een atoom kan vaak wel een verschillend aantal neutronen hebben. We zeggen dan dat er verschillende isotopen zijn van dat element. Sommige isotopen, vooral van erg zware elementen, zijn instabiel: dat betekent dat de kern uit elkaar valt. Dat kan heel snel gaan, maar het kan ook miljoenen jaren duren, dat verschilt per isotoop.
Uranium
De isotoop die in de meeste kernreactoren als brandstof gebruikt wordt, is uranium-235 (235U). Omdat de kern van uranium-235 een beetje instabiel is, kan je die goed laten splijten door er iets tegenaan te schieten. Dat gebeurt met losse neutronen: er wordt een los neutron tegen een uranium-235-kern aangeschoten, waardoor die uit elkaar valt in twee atomen en twee of drie losse neutronen. Het mooie is, dat die neutronen dan weer kunnen dienen om de volgende uraniumkern mee te splijten. Zo heb je dus een kettingreactie. Meer hierover kun je lezen op www.natuurkunde.nl
Figuur 2: De kettingreactie weergegeven in een figuur
Maar behalve twee nieuwe atomen en twee losse neutronen komt er nog iets anders vrij bij deze kernsplijting: energie! En niet zo’n beetje ook!Na een kernsplijting blijft er nèt iets minder massa over dan ervoor: als je de massa van de splijtingsproducten bij elkaar optelt, kom je nèt niet uit op de massa van een uraniumatoom plus de massa van een neutron. Waar is die massa dan naartoe? Die is omgezet in energie! En een heel klein beetje massa bevat een hele grote hoeveelheid energie. Dat is waar de waarschijnlijk beroemdste formule uit de natuurkunde over gaat:
Figuur 3: E=mc² ofwel: de energie is de massa keer de snelheid van het licht in het kwadraat.
Albert Einstein
Deze formule is ontdekt door de beroemde wetenschapper Albert Einstein (zie fig. 3). De formule zegt het volgende: om de hoeveelheid energie in een bepaalde massa te berekenen, moet je die massa vermenigvuldigen met de lichtsnelheid in het kwadraat. En de lichtsnelheid is gelijk aan bijna 300.000.000 (driehonderd miljoen) meter per seconde. Het kwadraat daarvan is 90.000.000.000.000.000 (negentig triljard). Je ziet dus wel dat dat kleine beetje massa dat verloren gaat omgezet wordt in een heleboel energie! Hoe die energie gebruikt kan worden lees je in De werking van de kernreactor.
Figuur 4: je zou het bij deze foto misschien niet zeggen, maar Albert Einstein is de man die de bekendste formule uit de natuurkunde heeft ontdekt: E=mc².