Know Nuclear
Nuclear Fusion
Het is een nucleair proces, waarbij energie wordt geproduceerd door lichte atomen samen te smelten. Het is de tegengestelde reactie van splijting, waarbij zware isotopen worden gesplitst. Fusie is het proces waarbij de zon en andere sterren licht en warmte produceren.
Het wordt op aarde het gemakkelijkst bereikt door twee isotopen van waterstof samen te voegen: deuterium en tritium. Waterstof is het lichtste van alle elementen en bestaat uit een enkel proton en een elektron. Deuterium heeft een extra neutron in zijn kern; het kan een van de waterstofatomen in H20 vervangen om zogenaamd “zwaar water” te maken. Tritium heeft twee extra neutronen, en is dus drie keer zo zwaar als waterstof. In een fusiecyclus worden tritium en deuterium gecombineerd en ontstaat helium, het op één na zwaarste element in het Periodiek Systeem, waarbij een vrij neutron vrijkomt.
Deuterium komt voor in gewoon zeewater, één op de 6.500 deeltjes, en is dus wereldwijd beschikbaar, waardoor het probleem van ongelijke geografische verdeling van brandstofvoorraden wordt geëlimineerd. Dit betekent dat er brandstof voor fusie zal zijn zolang er water op de planeet is.
WIST U DAT?
Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Plasmafysica in Greifswald, Duitsland, hebben aangetoond dat het mogelijk is waterstofatomen te oververhitten om een plasma van 80 miljoen graden Celsius te vormen met behulp van een machine die de Wendelstein 7-X stellarator wordt genoemd. Het plasma vormt de basis voor kernfusie, waarbij waterstofatomen botsen en hun kernen samensmelten tot heliumatomen – een proces waarbij energie vrijkomt en dat lijkt op wat er in onze zon gebeurt.
Wat is fusie-energie?
Laten we eens kijken naar een fusiereactie. U ziet dat als deuterium en tritium samensmelten, hun samenstellende delen worden gerecombineerd tot een heliumatoom en een snel neutron. Als de twee zware isotopen weer worden samengevoegd tot een heliumatoom, blijft er ‘extra’ massa over die wordt omgezet in de kinetische energie van het neutron, volgens de formule van Einstein: E=mc2.
Om een kernfusiereactie te laten plaatsvinden, moeten twee kernen zo dicht bij elkaar worden gebracht dat de kernkrachten actief worden en de kernen aan elkaar lijmen. Kernkrachten zijn kleine-afstandskrachten en moeten opboksen tegen de elektrostatische krachten waarbij positief geladen kernen elkaar afstoten. Dit is de reden waarom kernfusiereacties meestal plaatsvinden in een omgeving met hoge dichtheid en hoge temperatuur.
Bij zeer hoge temperaturen worden de elektronen van de atoomkernen gestript, zodat een plasma (geïoniseerd gas) ontstaat. Onder dergelijke omstandigheden kunnen de afstotende elektrostatische krachten die positief geladen kernen uit elkaar houden, worden overwonnen, en kunnen de kernen van bepaalde lichte elementen worden samengebracht om te fuseren en andere elementen te vormen. Bij kernfusie van lichte elementen komen enorme hoeveelheden energie vrij en het is het fundamentele energieproducerende proces in sterren.
Het doel van fusie-onderzoek is om fusie-ionen op te sluiten bij voldoende hoge temperaturen en drukken en gedurende voldoende lange tijd om te fuseren.
