Nucleaire Technologie in de 21ste Eeuw - Intro

1.6.

Kernenergie en splijtingsreacties

Aan bovenstaande splijtingsreactie, die een enorme hoeveelheid warmte oplevert (die we kunnen gebruiken om b.v. in elektriciteit om te zetten), zitten ook diverse nevenaspecten vast, zoals splijtingsproducten en neutronen. Wij gaan hier even verder op in. Radioactieve splijtingsproducten – De splijtingsproducten kunnen van allerlei aard zijn, maar t.o.v. de stabiele halfzware elementen hebben ze alle teveel neutronen; ze zijn dus radioactief (bèta- en gammastralers). Vandaar dat in een kernenergiecentrale, waar splijtingsreacties optreden, ook radioactieve splijtingsproducten ontstaan. Die splijtingsproducten gaan op hun beurt omzetten, weer volgens hun eigen halveringstijd, tot stabiele elementen. Ondertussen zenden deze radioactieve producten echter gevaarlijke stralen uit, waarmee men rekening moet houden. Niet alleen in de reactor van de kerncentrale, maar nog zeer lang nadien, gaan deze omzettingen met straling verder (cfr. infra: problematiek van radioactieve afvalstoffen). Neutronenproductie – Een tweede aspect vormen de neutronen: er ontstaan bij een splijtingsreactie gemiddeld 2 á 3 neutronen, die op hun beurt nieuwe kernen kunnen splijten. De neutronen die daar weer uit ontstaan, zullen op hun beurt kernen splijten, enz. Dit noemt men de kettingreactie . De neutronen die ontstaan, hebben een hoge energie en zijn dus zeer snelle neutronen. Zij bezitten een snelheid van 20.000 km/s, waarmee ze in twee seconden rond de aarde zouden kunnen vliegen. Om de kans op verdere splijtingen te verhogen, is het beter ze af te remmen. Men verwezenlijkt dit door ze te laten botsen tegen lichtere elementen, die men moderator noemt (b.v. koolstof in de vorm van grafiet, waterstof in water of deuterium in zwaar water). Net zoals een biljartbal afgeremd wordt door botsing met een even zware biljartbal en bijna niet door botsing met de veel zwaardere band en tafel, kunnen neutronen hun hoge snelheidsenergie afgeven door botsing met zeer lichte elementen. Bij kamertemperatuur kunnen neutronen worden vertraagd tot zowat twee kilometer per seconde, hetgeen overeenkomt met de gemiddelde snelheid van even lichte gasatomen bij dezelfde temperatuur. Deze 'trage' neutronen noemt men daarom ook thermische neutronen. De neutronen die een kettingreactie mogelijk maken kunnen het aantal splijtingen per seconde sterk doen oplopen. De tijdsspanne tussen het ontstaan van een neutron bij een splijting, de afremming ervan en de daaropvolgende splijting, is nauwelijks een duizendste van een seconde. Op één seconde zijn er dus d uizend generaties (“ voortbrengingen ” ). Indien bij elke generatie slechts 1 % meer neutronen zouden ontstaan, zouden er na één seconde reeds twintigduizend maal meer zijn. In een bepaalde werksituatie, zoals in een nucleaire reactor voor energieproductie, is het echter nodig dat telkens hetzelfde aantal splijtingen per tijdseenheid blijft bestaan: indien het te erg zou oplopen, zou de reactie niet meer te controleren zijn. Het aantal splijtingsneutronen mag ook niet te laag zijn, want anders zou de kettingreactie stilvallen. Dat moet bijgevolg perfect worden geregeld.

Een belangrijke bemerking is tenslotte dat neutronen zijn ook zéér doordringend zijn. Zij kunnen door kernreacties stabiele isotopen radioactief maken en ook levende cellen vernietigen. Men moet er dus

8