Kernfusie

Schrijver: Leandro Alegsa

28-12-2022

Kernfusie is het proces waarbij van twee lichtere kernen één zware kern (deel van een atoom) wordt gemaakt. Dit proces wordt een kernreactie genoemd. Hierbij komt een grote hoeveelheid energie vrij.

De door fusie ontstane kern is zwaarder dan elk van de uitgangskernen. Hij is echter niet zo zwaar als de combinatie van de oorspronkelijke massa van de beginkernen (atomen). Deze verloren massa wordt omgezet in veel energie. Dit blijkt uit Einsteins beroemde vergelijking E=mc . ²

Fusie vindt plaats in het midden van sterren, zoals de zon. Waterstofatomen worden samengesmolten tot helium. Hierbij komt veel energie vrij. Deze energie drijft de warmte en het licht van de ster aan. Niet alle elementen kunnen worden samengevoegd. Zwaardere elementen versmelten minder gemakkelijk dan lichtere. IJzer (een metaal) kan niet fuseren met andere atomen. Hierdoor sterven sterren. Sterren voegen al hun atomen samen om zwaardere atomen van verschillende soorten te maken, totdat ze ijzer gaan maken. De ijzerkern kan niet fuseren met andere kernen. De reacties stoppen. De ster zal uiteindelijk afkoelen en sterven.

Op aarde is het heel moeilijk om kernfusiereacties op gang te brengen waarbij meer energie vrijkomt dan nodig is om de reactie op gang te brengen. De reden is dat fusiereacties alleen plaatsvinden bij hoge temperatuur en druk, zoals in de zon, omdat beide kernen een positieve lading hebben, en positief stoot positief af. De enige manier om de afstoting te stoppen is de kernen elkaar met zeer hoge snelheid te laten raken. De enige manier om die afstoting te stoppen is de kernen met zeer hoge snelheid tegen elkaar te laten botsen. Dat doen ze alleen bij hoge druk en temperatuur. De enige succesvolle aanpak tot nu toe is die van kernwapens. De waterstofbom gebruikt een atoombom (kernsplijting) om fusiereacties op gang te brengen. Wetenschappers en ingenieurs proberen al tientallen jaren een veilige en werkende manier te vinden om fusiereacties te beheersen en onder controle te houden om elektriciteit op te wekken. Zij moeten nog veel uitdagingen overwinnen voordat fusie-energie kan worden gebruikt als schone energiebron.

De zon wekt haar energie op door kernfusie van waterstofkernen tot helium. In haar kern smelt de zon elke seconde 620 miljoen ton waterstof.

Vragen en antwoorden

V: Wat is kernfusie?

A: Kernfusie is het proces waarbij een enkele zware kern (deel van een atoom) wordt gemaakt van twee lichtere kernen. Dit proces wordt een kernreactie genoemd en er komt een grote hoeveelheid energie bij vrij.

V: Hoe werkt dit proces?

A: De kern die door fusie ontstaat, is zwaarder dan een van de beide beginkernen, maar niet zo zwaar als de combinatie van hun oorspronkelijke massa. Deze verloren massa wordt omgezet in veel energie, wat blijkt uit Einsteins beroemde vergelijking E=mc2.

V: Waar vindt dit proces plaats?

A: Fusie vindt plaats in het midden van sterren, zoals onze zon, waar waterstofatomen worden samengesmolten tot helium en waarbij veel energie vrijkomt die de warmte en het licht aandrijft.

V: Kunnen alle elementen door fusie worden samengevoegd?

A: Nee, zwaardere elementen smelten minder gemakkelijk samen dan lichtere en ijzer (een metaal) kan helemaal niet met andere atomen fuseren. Hierdoor sterven sterren wanneer zij al hun atomen samenvoegen tot zwaardere atomen, totdat zij ijzer gaan maken dat niet meer kan worden samengesmolten.

V: Is het gemakkelijk om kernfusiereacties op aarde te beginnen?

A: Neen, het is zeer moeilijk omdat deze reacties slechts bij hoge temperatuur en druk zoals in de Zon plaatsvinden omdat beide kernen positieve ladingen hebben die elkaar afstoten zodat zij elkaar bij zeer hoge snelheden moeten raken om met succes te fuseren.

V: Is iemand erin geslaagd deze reacties te beheersen of in te dammen voor het opwekken van elektriciteit?

A: Nog niet - wetenschappers en ingenieurs proberen het al tientallen jaren, maar er zijn nog veel uitdagingen voordat fusie-energie kan worden gebruikt als schone energiebron.

V: Wat is er tot nu toe succesvol geweest op het gebied van kernfusie?

A: De enige succesvolle aanpak tot nu toe is in kernwapens, waar de waterstofbom een atoombom (kernsplijting) gebruikt om de reactie op gang te brengen.

Kernenergie
Basisbegrippen	Koude fusie - Insluitingsgebouw - Koeltoren - Internationaal Atoomagentschap - Kernrampen - Kernenergie - Kernenergiebeleid - Nucleaire techniek - Kernexplosie - Nucleaire fall-out - Kernsplijting - Kernbrandstof - Kernfusie - Kernsmelting - Kernfysica - Kernreactie - Kernreactor - Kernwapen
Kernongevallen	Kernramp in Tsjernobyl - Kernramp in Fukushima - Ongeluk in Mayak - Kernongevallen in Japan - Ongeluk op Three Mile Island - Kernongeval in Tokaimura - Brand in Windscale
Kernenergie energiecentrales	Kerncentrale Fukushima Daiichi - Kerncentrale Zwentendorf
Boeken en films	De toekomst van kernenergie in twijfel trekken - In Mortal Hands - Nuclear Nebraska - Nuclear or Not? - Verslag over de toestand van de nucleaire industrie in de wereld - Het China-syndroom - Tsjernobyl (HBO)