Springen naar inhoud

Kernenergie alleen met U235?


  • Log in om te kunnen reageren

#1

microchip

    microchip


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 26 augustus 2005 - 21:16

Hallo iedereen, ik heb hier een vraag die ik me al een hele tijd afvraag.

'normale' kernenergie kan alleen op gang gebracht worden met U235 hoor ik alsmaar, terwijl maar een heel klein beetje van uraniumerts U235 is. Waarom kan het (zwaardere) U238 niet gebruikt worden voor kernenergie? Het is toch zo dat zwaardere atoomkernen onstabieler zijn? En dus ook sneller uitelkaar vallen? En het is toch dat uit elkaar vallen dat het energie geeft?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fuzzwood

    Fuzzwood


  • >5k berichten
  • 11101 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 26 augustus 2005 - 23:27

Omdat het U238 NOG zeldzamer is (juist die stof is degene die de eerste 3 neutronen afschiet)

#3

Chemistry Master

    Chemistry Master


  • >100 berichten
  • 219 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 27 augustus 2005 - 11:52

Omdat het U238 NOG zeldzamer is (juist die stof is degene die de eerste 3 neutronen afschiet)

Ik heb hier binas voor me neus liggen (p49 tabel 25). U238 voorkomen in de natuur 99.28%
Maar misschien dat het gunstigere straling uitzend of dat het om een andere reden beter te gebruiken is.

#4

Jorim

    Jorim


  • >5k berichten
  • 5079 berichten
  • Beheer

Geplaatst op 27 augustus 2005 - 12:53

U235 is dé vorm van uranium die (gemakkelijk) splijtbaar is doordat de hoeveelheid protonen (92) niet goed bij elkaar is te houden door de hoeveelheid neutronen (143). Om de reactoren werkende te houden gebruiken ze voornamelijk U238 met minimaal 4% U235.

[edit]
U238 is dus stabieler (zie halfwaardetijd)...

Veranderd door Jorim, 27 augustus 2005 - 12:55


#5

physicsaddict

    physicsaddict


  • >100 berichten
  • 111 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 27 augustus 2005 - 15:32

Het is mogelijk om U-238 te "verbranden" in kernreactors, al is dat enkel mogelijk met snelle neutronen.

U-238 wordt echter vaker gebruikt als kweekmateriaal: het uraan wordt niet verbrand maar wordt echter beschoten met neutronen zodat het (indirect) Pu-239 vormt. Dit plutonium kan dan gebruikt worden voor kernwapens of als bestandsdeel in zogenaamde MOX-brandstof.

Om te antwoorden op jouw vraag: het gewicht van de kern is niet de enige belangrijke factor in fissie, er zijn ook dingen als symmetrie die van groot belang zijn. Een kern met evenveel neutronen als protonen, waarbij het aantal een even getal is, zal een zeer stabiele kern vormen. Stabieler dan zijn lichtere partner met een (bijvoorbeeld) een oneven aantal neutronen. Om de stabiliteit van een kern te meten gebruikt men de bindingscurve, die opgesteld is volgens de semi-empirische formule, en die houdt rekening met dat soort dingen.

Om U-235 te doen splijten moeten we het met een neutron beschieten, wat we dan krijgen is U-236. Om deze kern te doen splijten moeten we ongeveer 4 MeV (megaelectronvolt) aan energie aan de kern (in rust!) toevoegen. Nu, als we een neutron toevoegen aan U-235, dan wordt U-236 gevormd samen met de extra bindingsenergie van het neutron. Als deze bindingenergie groot genoeg is, zal de kern splijten. Omdat deze bindingsenergie groot genoeg is, is het niet nodig dat het neutron energie heeft en mag het dus eigenlijk 'stilstaan'.

U-235 + n --> U-236 + 4 MeV --> fissie

Als we een neutron toevoegen aan U-238, krijgen we U-239 plus de extra bindingsenergie. Deze is echter niet genoeg om de kern te doen splijten, en om de kern te doen splijten, is het van belang dat het neutron ook energie levert.

U-238 + n --> U-239 + 3 MeV --> geen fissie

U-238 + n met 2 MeV energie --> U-239 + 5 MeV --> fissie

...voornamelijk U238 met minimaal 4% U235.

Dat hoeft helemaal niet, dat hangt af van de materialen waarmee de reactor is opgebouwd: de moderator, het koelmiddel, ... Het is perfect mogelijk om natuurlijk uraan te verbranden in een reactor zoals de CANDU.

Veranderd door Rutherford, 27 augustus 2005 - 15:38


#6

microchip

    microchip


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 27 augustus 2005 - 22:30

Wow bedankt!

Rutherford, je zegt dat je een bepaalde hoeveelheid energie moet toevoegen om U-238 toch te kunnen doen splijten. Hoe voeg je dat toe? In de vorm van warmte ofzo? En hoe staat een eV gedefinieerd?

[edit]
En als je U238 kan laten splijten met een energiewinst, waarom heb je dan nog die hoeveelheid U235 nodig? En waar hangt die hoeveelheid U235 dan verder vanaf?

Veranderd door microchip, 27 augustus 2005 - 23:04


#7

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 28 augustus 2005 - 07:16

Rutherford, je zegt dat je een bepaalde hoeveelheid energie moet toevoegen om U-238 toch te kunnen doen splijten. Hoe voeg je dat toe? In de vorm van warmte ofzo? En hoe staat een eV gedefinieerd?

238U is niet splijtbaar, maar kan worden omgezet in het splijtbare 239Pu door bombardementen met neutronen in een broedreactor. Het probleem is echter dat plutonium ongelofelijk giftig is, en bovendien eenvoudig toe te passen in een atoombom

Een alternatief schijnt het gebruik van thorium te zijn: er is veel meer thorium in de wereld dan Uranium, en als een thoriumatoom een neutron invangt kan het worden omgezet in 233U, dat ook als splijtstof kan worden gebruikt.

broedreactor op Wikipedia
plutonium op Wikipedia
atoombom op Wikipedia
thorium op Wikipedia

#8

physicsaddict

    physicsaddict


  • >100 berichten
  • 111 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 28 augustus 2005 - 10:24

Fout: U-238 kan zonder problemen gesplijt worden, maar dat moet gebeuren met zogenaamde snelle neutronen.

Bij een fissiereactie krijgen de neutronen een snelheid mee door de 'explosie', als deze neutronen elks een energie krijgen van +1,4 MeV kan U-238 splijten. Dat is mogelijk in zogenaamde snelle reactors, waar de neutronen door (bijna) niets worden afgeremd voor ze de kern bereiken.

U-238 splijt altijd, maar enkel in heel kleine hoeveelheden bij lage energie. Daarom is het zo goed als onmogelijk om de reactor kritiek te maken of zelfs maar voor even te houden. Daarbij slorpt U-238 teveel neutronen op in een stralingsreactie (U-238 + n --> Pu-239 + straling) in vergelijking met hoeveel er gebruikt worden om te splijten, om gebruikt te worden in een trage reactor.

Je hebt U-235 nodig in een reactor om hem kritiek te maken, U-238 produceert niet genoeg 'spontane' neutronen om hem op te starten. Als je een trage reactor gebruikt, dient U-235 ook om te splijten, U-238 is dan enkel bruikbaar als kweekmateriaal.

Een eV wordt gedefinieerd als de energie dat een elektron krijgt als het versneld word door het potentiaal van 1 V. (=1.60217646 × 10-19 J)

Natuurlijk is dit allemaal veel versimpeld, zelfs de beginnerscursus reactorfysica is enorm veel complexer dan dit, en legt dan ook nog eens striktere voorwaarden op zodat een reactor kritiek zou kunnen zijn.

Als je er echt over geïnteresseerd bent kan ik je de cursus van de DOE (Department of Energy in de VS) over kernenergie aanraden. Die kan je normaal gezien ergens gratis op het internet vinden. Niet echt geavanceerde en complexe materie. Er zijn nog boeken over, sommige al meer gecompliceerd dan andere, maar vaak eisen ze een voorgaande kennis over fysica en wiskunde.

Het probleem is echter dat plutonium ongelofelijk giftig is

Is niet erg giftig, en is vooral gevaarlijk wanneer men het inademt. Eens genesteld in de longen kan het zijn schadelijk straling daar uitstralen. Wanneer je het oraal inneemt zou het redelijk onschadelijk zijn.

Veranderd door Rutherford, 28 augustus 2005 - 11:05


#9

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 28 augustus 2005 - 13:21

Het probleem is echter dat plutonium ongelofelijk giftig is

Is niet erg giftig, en is vooral gevaarlijk wanneer men het inademt. Eens genesteld in de longen kan het zijn schadelijk straling daar uitstralen. Wanneer je het oraal inneemt zou het redelijk onschadelijk zijn.

Eet smakelijk....

http://nl.wikipedia....e_en_veiligheid

#10

physicsaddict

    physicsaddict


  • >100 berichten
  • 111 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 28 augustus 2005 - 18:22

Per toeval gaat mijn GIP (soort van eindwerk) over de veiligheid van kerncentrales. Ik citeer van 'Introduction To Nuclear Engineering, 3de editie, door prof. Lamarsh en Baratta, Hoofdstuk 9 paragraaf 9 p. 523':

...The numerical value of q normally depends on whether the substance is inhaled or ingested. In the case of plutonium, for example, q is 0.2 for inhalation and 2.4 * 10^-5 for ingestion. Thus, the inhalation of plutonium is a serious matter, although it is virtually harmless if swallowed.

(q is een waarde die gebruikt wordt bij het berekenen van stralingsblootstelling, die verschilt van nuclide tot nuclide en de manier van inname)

Natuurlijk is het geen gezond goedje, het is een zwaar metaal en dat zegt genoeg. Het is wel niet ongelofelijk giftig. (daar doelde ik eigenlijk op)

#11

Beryllium

    Beryllium


  • >5k berichten
  • 6314 berichten
  • Minicursusauteur

Geplaatst op 28 augustus 2005 - 19:06

Dit is eigenlijk materie waar je meerdere bronnen voor nodig hebt. Punt is namelijk dat de toxiciteit op verschillende manieren kan worden bepaald.

(q is een waarde die gebruikt wordt bij het berekenen van stralingsblootstelling, die verschilt van nuclide tot nuclide en de manier van inname)

Is dit dan een waarde die uitgaat van de stralingstoxiciteit bij inslikken, en geen rekening houdt met eventuele metabolische toxiciteit? Dat kan ik me namelijk wel voorstellen.
You can't possibly be a scientist if you mind people thinking that you're a fool. (Douglas Adams)

#12

physicsaddict

    physicsaddict


  • >100 berichten
  • 111 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 29 augustus 2005 - 08:52

Die houdt inderdaad geen rekening met metabolische toxiciteit, ze wordt gebruikt om de stralingsdosis te berekenen (het aantal REM). Maar om even terug on-topic te gaan: het is niet omdat plutonium giftig is, dat het niet gebruikt of verwerkt kan worden voor gebruik in reactors. Uraan is waarschijnlijk even giftig, om het dan niet te hebben over hoe gevaarlijk UF6 wel kan zijn.

Veranderd door Rutherford, 30 augustus 2005 - 08:45






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures