Kernsplijting

Printvriendelijke versie

In de natuur komen door elkaar heen twee soorten uranium voor:

  • grote hoeveelheden van het niet-splijtbare uranium-238
  • een fractie van het wel-splijtbare uranium-235.

De nummers 235 en 238 staan voor het aantal kerndeeltjes waaruit de atoomkern van deze uraniumsoort bestaat.

Uranium-238 is stabiel en kan niet splijten. Uranium-235 is echter instabiel. Als een ander klein deeltje (een neutron) dit atoom raakt, valt het uranium-235 uit elkaar. Dit noemen we kernsplijting.

Splijtstof
In natuurlijk uranium is het bestanddeel splijtbaar uranium-235 zo klein dat het niet genoeg is om er een kernsplijtingsreactie mee op te wekken. Uranium wordt pas een goede ‘splijtstof’ voor een kerncentrale als het een ‘mengsel’ is van ongeveer 96 procent uranium-238 en 4 procent uranium-235.

  • Uit een gespleten uranium-235 kern schieten ook twee of drie nieuwe neutronen weg. Als die onder de juiste omstandigheden andere uranium-235 kernen raken, splijten die ook weer. Zo kan er een kettingreactie tot stand worden gebracht.
  • Als een neutron een uranium-238 kern treft, treedt er geen splijting op maar kan wel plutonium-239 ontstaan. Dit atoom is vervolgens ook weer splijtbaar. Plutonium ontstaat dus vanzelf in de reactor en gaat meedoen in het splijtingsproces en de warmteopwekking.

Kernsplijting regelen
Het kernsplijtingsproces verloopt via fysische wetmatigheden. Operators van een kernreactor kunnen de kettingreactie sturen. Zij doen dat door fysische en chemische omstandigheden te veranderen waardoor neutronen worden versneld, vertraagd of geabsorbeerd. Versnel je neutronen, dan ketsen ze af op een uranium-235 atoom en splijt die niet. Absorbeer je te veel neutronen, dan dooft het proces. Alleen een beperkte hoeveelheid afgeremde neutronen kan de kettingreactie in stand houden. Door de omstandigheden in een reactor te veranderen, produceert hij dus meer of minder vermogen of gaat hij uit bedrijf.

Warmte
Bij kernsplijting ontstaat warmte die kan worden benut als energiebron. Bijvoorbeeld om elektriciteit mee op te wekken, maar je kunt er ook waterstof mee produceren, of drinkwater mee maken uit zeewater.  

Kernsplijtingsafval
Na een paar jaar is de splijtstof in een reactor uitgewerkt. Te veel uranium-235 kernen zijn dan gespleten. De brokstukken zijn radioactief en vormen het kernsplijtingsafval. Deze brokstukken vervallen naar een nieuw stabiel evenwicht door straling uit te zenden en verliezen daarmee hun radioactiviteit. Voor sommige brokstukken duurt dit maar een fractie van een seconde, maar andere brokstukken doen daar heel lang over, soms wel duizenden jaren. De tijd die het kost om naar een nieuw evenwicht te gaan, drukken we uit in halfwaardetijd. Dat is de tijd die het duurt om de helft van de straling kwijt te raken.

Ter verduidelijking: na twee halfwaardetijden is de straling dus nog maar een kwart van de beginstraling.