Home > De Centrale > Kernenergie en kernreacties
 
Een kerncentrale zet de energie uit atoomkernen (kernenergie) om in elektriciteit. Deze energie wordt middels zogenoemde kernsplijtingen vrijgemaakt. Maar hoe gaat dat nu in zijn werk? Om dat te begrijpen moeten we even door wat natuurkunde.

Elementen
In de natuur komen 92 elementen voor. Vele daarvan kennen we wel: waterstof, zuurstof, ijzer, nikkel, goud, uranium, enzovoorts. Alle elementen zijn opgebouwd uit atomen. Er zijn dus zeker 92 verschillende atomen. Elk atoom heeft een relatief zware kern, waaromheen lichtere deeltjes cirkelen. Dit zijn de elektronen, die negatief geladen zijn. Wanneer we naar de kern kijken, zien we dat deze bestaat uit twee soorten kerndeeltjes: protonen en neutronen. De protonen zijn positief geladen, de neutronen zijn neutraal. Protonen en neutronen zijn ongeveer even zwaar.

Periodiek systeem
Alle elementen zijn ondergebracht in een zogenoemd periodiek systeem een soort bevolkingsregister van de elementen. Alle elementen hebben hierin een eigen uniek nummer, het atoomnummer. Het atoomnummer is gelijk aan het aantal protonen in de kern.

Het element met de lichtste atomen is waterstof, dat als kern 1 proton heeft, met daarom heen cirkelend 1 elektron. Het heeft het atoomnummer 1. In het periodiek systeem wordt waterstof met de letter H aangeduid. Eén van de zwaarste elementen is uranium, het heeft atoomnummer 92. Uranium is zelfs zwaarder dan lood. In het periodiek systeem wordt uranium met de hoofdletter U aangeduid.

Twee soorten uranium
Uranium wordt in kernreactoren gebruikt als brandstof. Het woord brandstof is eigenlijk niet geheel correct, want er wordt niet echt iets verbrand zoals dat bij gasgestookte centrales wel gebeurt.
Uranium, zoals dat in de natuur wordt aangetroffen, is een mengsel van twee soorten uranium. Deze verschillen van elkaar qua gewicht. Ze hebben wel hetzelfde aantal protonen in de kern en dus hetzelfde atoomnummer (92), maar ze verschillen in het aantal neutronen. De ene soort heeft 143 neutronen, de andere heeft er 146.
Wanneer we het aantal protonen bij het aantal neutronen optellen krijgen we de massa van de kern, de atoommassa genoemd. Bij de ene soort is die dus: 92 + 143 = 235. Bij de zwaardere soort is die atoommassa 92 + 146 = 238. Om de soorten uranium te kunnen onderscheiden spreken we van U-235 en U-238.

Kernsplijtingsproces en kettingreactie
Voor het kernsplijtingsproces is vooral U-235 van belang. Dit is splijtbaar, in tegenstelling tot U-238. Voor het proces moeten we de kern van U-235 voorstellen als een bolletje opgebouwd uit protonen en neutronen (zie hiernaast). Wanneer we van buiten een neutron in de kern schieten, valt de kern in twee brokstukken uiteen: kernen van nieuwe atomen. Dit zijn de zogenoemde splijtingsproducten. Bovendien komen er 2 tot 3 nieuwe neutronen vrij, die ook weer kernsplijtingsprocessen kunnen starten.
Van de gemiddeld 2,5 neutronen die bij splijting vrijkomen, wordt gemiddeld 1,5 neutron geabsorbeerd door niet-splijtbare materialen die zich in de buurt van de kernreacties bevinden. Er blijft gelukkig minimaal 1 neutron over om weer een ander U-235 kern te splijten. Ook daarbij blijft weer een neutron over, zodat gesproken kan worden over een kettingreactie.

In de figuur hiernaast zien we de opeenvolgende gebeurtenissen van links naar rechts. Eerst zien we de kern waar een neutron op af vliegt. Daarna zien we het resultaat van de botsing: twee uit elkaar bewegende (positief geladen) brokken. Tenslotte zien we splijtingsproducten, neutronen en energie ontstaan.

Energie uit de atoomkernen
Wanneer we de brokstukken en de neutronen zouden wegen, zouden we merken dat ze te samen lichter zijn dan de uraniumkern waarmee we begonnen zijn. Er is dus massa verdwenen! Sinds de beroemde natuurkundige Einstein weten we dat materie (massa) geheel omgezet kan worden in energie. Dat is precies wat hier gebeurt: kernenergie ontstaat uit het omzetten van kernmassa in energie.

naar boven