Chemistry for Non-Majors

Hoe worden elementen geboren?

In de zon vindt een aantal reacties plaats die op aarde niet kunnen worden nagebootst. Bij sommige van deze reacties worden grote elementen gevormd uit kleinere. Tot nu toe hebben we hier op aarde alleen de vorming van heel kleine elementen kunnen waarnemen. De waargenomen reactiesequentie lijkt de volgende te zijn: Waterstof-1 atomen botsen om de grotere waterstofisotopen te vormen, waterstof-2 (deuterium) en waterstof-3 (tritium). Tijdens dit proces worden positronen en gammastralen gevormd. De positronen zullen botsen met alle beschikbare elektronen en annihileren, waarbij nog meer gammastralen worden geproduceerd. Daarbij worden enorme hoeveelheden energie geproduceerd om ons warm te houden en de reacties voort te zetten.

Nucleaire Fusie

In tegenstelling tot kernsplijting, waarbij kleinere isotopen worden gevormd uit grotere, is het doel van kernfusie om grotere materialen te produceren uit de botsing van kleinere atomen. Het samendrukken van de kleinere atomen leidt tot een dichtere pakking en het vrijkomen van energie. Zoals te zien is in figuur 1, komt er energie vrij bij de vorming van het grotere atoom helium (He) door de fusie van waterstof-2 en waterstof-3 en door het uitdrijven van een neutron.

Dit vrijkomen van energie is wat het onderzoek naar fusiereactoren vandaag de dag drijft. Als een dergelijke reactie op aarde efficiënt kan worden uitgevoerd, zou dat een schone bron van kernenergie kunnen opleveren. In tegenstelling tot splijtingsreacties produceert kernfusie geen radioactieve producten die een gevaar vormen voor levende systemen.

Nucleaire fusiereacties in het laboratorium zijn buitengewoon moeilijk te verwezenlijken. Extreem hoge temperaturen (in de miljoenen graden) zijn nodig. Er moeten methoden worden ontwikkeld om de atomen bij elkaar te dwingen en ze lang genoeg bij elkaar te houden om te reageren. De neutronen die vrijkomen bij de fusiereacties kunnen in wisselwerking treden met atomen in de reactor en deze omzetten in radioactieve stoffen. Er is enig succes geboekt op het gebied van kernfusiereacties, maar de weg naar haalbare fusie-energie is nog lang en onzeker.

Samenvatting

• Het proces van kernfusie wordt beschreven.
• Voorbeelden van kernfusiereacties worden gegeven.

Practicum

Lees het materiaal op onderstaande ling en beantwoord de volgende vragen:

http://science.howstuffworks.com/fusion-reactor.htm

1. Welke temperaturen zijn nodig om kernfusie te laten plaatsvinden?
2. Waarom is hoge druk nodig?
3. Wat doet een magnetische opsluitingreactor?
4. Hoe werkt een inertiële opsluiting?

Review

1. Wat is kernfusie?
2. Waarom is kernfusie vandaag de dag zo interessant?
3. Wat is een probleem met het bestuderen van kernfusie in het laboratorium?

Glossarium