Kernfusie

Timo

Ik heb een klein vraagje, ik ben veel geïnteresseerd in hoe kernfusie in zijn gang gaat. Nou heb ik het een en ander op een rijtje gezet en dat zie er zo uit. Nou is mijn vraag, klopt het? En heb je nog iets interessants eraan toe te voegen?

Eerst het meest makkelijke deel over kennis van Kernfusie.

Kernfusie geeft geen gevaarlijke straling af. Het is ook nog eens een continu proces (het gaat de hele tijd door behalve als je verlies hebt). Hetgeen waarin kernfusie tot stand komt en het ding waar het in stand gaat blijven kan echter wel radioactief worden door de constante lage straling.

Kernfusie is in principe te doen met alles zolang je het maar met genoeg snelheid doet. Nou neem ik aan dat je niet weet hoe kernfusie werkt dus zal ik het uitleggen.

Kernfusie gebeurt wanneer je 2 (zuivere) atomen gigantisch hard tegen elkaar aan laat knallen, dan fuseren die 2 atomen in één nieuw atoom. Hierbij komt heel veel energie vrij. En het leuke is, als je het hard genoeg doet dan gaat het daarna gewoon op zichzelf door.

Hierbij komt energie vrij, in de vorm van iig hitte en volgens mij ook licht (zware atomen hebben energie nodig en lichte atomen geven juist energie... heel veel energie). En met die hitte (verschrikkelijk heet) kan je bv water koken en een stoomturbine maken. En omdat het proces van (volledige, dus als je het hard genoeg doet) kernfusie zichzelf blijft herhalen zonder dat je er steeds nieuwe atomen in doet of wat dan ook is er geen verlies aan energie van de kernfusie.

Alleen het probleem tot nog toe is het "opsluiten" die kernfusie. Als je die 2 deeltjes tegen elkaar laat knallen en je houd ze niet afgesloten dan verliezen ze dus wel energie bij elke keer dat het weer (uit zichzelf) fuseert.

Dit is ook het probleem van de zon. De zon word vaak gezien als een brandende vuurbal (dus iets wat verbrand) maar dat klopt niet, wat er gebeurd op de zon is ook kernfusie. Alleen dan heel erg veel, en omdat de zon niet in een grote doos zit verliest ie bij elke fusie een beetje energie en een beetje van de atomen naar de ruimte. Daarom gaat de zon "op" en gaat ie Mercurius, Aarde en ik geloof ook Venus laten verschroeien... de eikel

Daarna word het een zwart gat maar nou dwaal ik af naar een andere tak van wetenschap.

En nu vraag je je misschien af hoe je dan ooit 2 atomen tegen elkaar aan laat knallen want ze zijn immers heel erg klein... nou daar maak je een gigantische donut gevormde tunnel (kilometers lang is die ronde tunnel) voor die d.m.v. magnetisme zorg dat de atomen niet tegen de "muren" van de donut. Dan word een atoom vooruit gestuwd en de ander word stilgehouden.

En dan laat je het ene atoom (of een paar atomen) gigantisch snel vooruit gaan en een ander atoom (of een paar andere) stilstaan en dan zorg je dat ze tegen elkaar knallen, en dan moet je het nog proberen in stand te houden door het in een doos te stoppen wanneer het tegen elkaar is geknalt (natuurlijk niet een kartonnen).

Het probleem is dat de professors dat dus nog moeten berekenen waar de botsing gaat plaatsvinden in de donut/tunnel. Dat is erg moeilijk maar ze zijn er al aan begonnen.

--------

Als je het volgende niet begrijpt: maakt niet uit!

Je hebt bij kernfusie (althans hetgeen wat ze proberen te doen) een reactie die er zo uitziet:

D + T => 4He + n + 17.6 MeV

deuteriumkern (waterstof met 1 neutron) + tritiumkern (waterstof met 2 neutronen) => omgezet in een heliumkern, energie, en een neutron. (uitleg ook in plaatje, klik op de link)

Hierbij staat het bedrag 17.6 voor de vrijkomende energie, in mega-elektronvolt. Dat is een hoop, zo'n 80 keer zoveel als er uit een normale stekker komt (je hebt ook 380, voor het elektrische keukenstellen en wasmachine's/drogers dat soort dingen).

--------

Om die atomen (kernen) samen te laten fuseren (smelten) heb je een hele grote kinetisch energie nodig. Even snel uitleggen wat dat is: hiervoor is een formule: Ek = (1/2)M(V x V)

Kinetische energie in joule = Ek (in natuurkundige opvattingen)

Massa in kilogrammen = M

Snelheid in meter per seconde = Vkwadraat (V x V = Vkwadraat)

Kinetische energie is dus de energie die je voorbrengt d.m.v. beweging, laten we zeggen dat jij 70 kilo weegt en ja gaat met 3 meter per seconde vooruit. Dan breng jij een kinetische energie van (1/2)70(3 x 3) joule voort, wat 315 joule is. 1 Joule is de hoeveelheid arbeid die nodig is om een gewicht van 98.1 gram een meter op te tillen. (Die energie komt weer vrij als je dat gewicht op je tenen laat vallen). 1 Joule is ook gelijk aan 1 Watt seconde, een vermogen van 1 watt gedurende 1 seconde. 1 KWh (het kilowattuur op je elektriciteits rekening) bevat dus 3600000 (3 komma 6 miljoen) Joule.

Maar weer verder met het verhaal. Je hebt dus kinetische energie (voortbeweging) nodig om de 2 atomen (kernen) bij elkaar te brengen omdat ze door hun elektrische lading sterk afstoten. De kernen hebben in principe voldoende snelheid bij zo'n 15 miljoen graden Celsius. Bij deze temperatuur vormen de atomen een plasma. Dit houdt in dat atoomkernen en elektronen los door elkaar rondvliegen. Voor een rendabele fusieopbrengst moet de temperatuur echter nog ongeveer tien keer hoger liggen, ongeveer 150 miljoen graden Celsius. Lekker warm...

Om de atomen zo heet te krijgen dat ze een plasma worden, wordt er een elektrische stroom door het gas gestuurd of worden de atoomkernen bestraald met microgolfstraling.

Geen enkel materiaal kan de voor fusie benodigde temperaturen weerstaan. In de fusie-reactor (<--die grote ronde donut-tunnel) moet het plasma dus altijd op veilige afstand worden gehouden van de wand. Om hiervoor te zorgen wordt het plasma vastgehouden in een magnetisch veld: atoomkernen zijn positief geladen en de Lorentzkracht op de kernen zorgt ervoor dat het plasma in het magnetisch veld een min of meer cirkelvormige baan gaat beschrijven. Het magneetveld is zo gevormd dat kernen die uit de cirkel willen ontsnappen daarin door de Lorentzkracht worden teruggeduwd.

--Onderzoek naar Kernfusie--

Het doel van het internationale fusieonderzoek is het realiseren van een prototype fusie-energiecentrale die voldoet aan de eisen die de maatschappij daaraan stelt: veilig, betrouwbaar, ruim voorradige brandstof, minimale milieubelasting en economisch rendabel. In het laatste decennium is er belangrijke wetenschappelijke en technische vooruitgang geboekt in het fusieonderzoek. Het grote probleem is altijd geweest hoe de reactie 'op te sluiten'. Zoals hierboven genoemd wordt daar een magnetisch veld voor gebruikt. De implementatie hiervan is technisch een grote uitdaging.

Sinds 2006 werkt de fusie-gemeenschap aan een groot internationaal fusie-experiment, de ITER. ITER staat voor International Tokamak Experimental Reactor, en is een project tussen Europa, Rusland, de VS, Japan, China, India en Zuid-Korea. ITER, die naar verwachting rond 2016 in bedrijf komt, moet aantonen dat fusie op aarde mogelijk is. ITER zal 500 megawatt produceren, tien maal meer dan nodig is om de reactie op gang te brengen. De reactor zal in Cadarache in Zuid-Frankrijk gebouwd worden.

Een aantal wetenschappers doet onderzoek naar koude kernfusie, kernfusie bij kamertemperatuur. Tot nu toe blijken hun pogingen steeds niet reproduceerbaar, en deze lijn van onderzoek wordt weinig serieus genomen. Er zijn claims van Pons en Fleischmann geweest, en claims van kernreacties bij sonoluminescentieproeven in gedeutereerd aceton, waarbij minieme belletjes in een vloeistof krachtig collaberen. Beide zijn vooralsnog onbewezen.

In Nederland werkt het FOM-instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, te Nieuwegein, aan kernfusie. FOM-Rijnhuizen heeft een website over fusie gemaakt, zie externe link. In België wordt fusie-onderzoek gedaan bij het Laboratorium voor Plasmafysica van de Koninklijke Militaire School te Brussel.

Het is jammer dat kernfusie nog in de kinderschoenen staat maar tot zo'n 2040 hebben we altijd nog: kernenergie

--Kernenergie--

Even heel snel uitleggen wat kernenergie ongeveer inhoud, voor diegenen die weten/denken dat het niet helemaal klopt: ja je hebt gelijk ik leg het nu erg makkelijk uit want het moet wel leuk blijven.

Kernenergie word gedaan met verschillende stoffen, vaak met plutonium, uranium of thorium. Thorium weet ik niks over dus ga ik niet over vertellen. Plutonium/uranium heeft de eigenschap dat het zichzelf wil maken. En dan niet op een manier dat als je het breekt dat het weer aan elkaar probeert te gaan, ik bedoel op een molecuul basis (een atoom bestaat uit moleculen en bv een druppeltje water bestaat uit miljarden atomen: H2O).

Als je dus een molecuul uit dat atoompje haalt dan wil die atoom dat molecuultje terug en pakt ie hem van een andere atoom in dat stuk plutonium/uranium. En dat die ie heel vaak en heel snel. Dit word heel heet en hiermee verhitten ze water en dat water word licht radioactief en met dat water verhitten ze nog ander water en dat word licht radioactief en dat water gebruiken ze om een turbine aan te drijven (in stoomvorm). Dit proces noem je verarming.

Dan heb je ook nog verrijking, en dat is i.p.v. een molecuul weg halen... juist ja, erbij zetten. Dus dan denkt die atoom "Hey die hoort hier niet!" en dan stopt ie hem bij een andere atoom en dat ook heel vaak en snel en dit word ook heet etcetera...

Nou is de halveringstijd van de radioactiefheid van plutonium en uranium gigantisch lang dus zit je heel erg lang met gevaarlijk radioactief spul. Verarmd Uranium235 heeft een halveringstijd van 704 miljoen jaar. Uranium238 heeft een halveringstijd van 4470 miljoen jaar. Dat is nogal wat tijd. Ik weet het niet zeker maar volgens mij klopt het niet helemaal wat betreft de halveringstijd maar ik heb het van een site af die me redelijk betrouwbaar leek maar dat is wel erg lang.

Jan van de Velde

Je bent een heel eind op weg, al zijn er nogal wat details die niet kloppen. Zoals dat atomen niet uit moleculen bestaan maar andersom. En dat je kernsplijting en het verrijkingsproces verwart.

Timo

Licht ff op wat ik zou moeten veranderen, dan doe ik dat.

Schwartz

Kernfusie geeft geen gevaarlijke straling af. Het is ook nog eens een continu proces (het gaat de hele tijd door behalve als je verlies hebt). Hetgeen waarin kernfusie tot stand komt en het ding waar het in stand gaat blijven kan echter wel radioactief worden door de constante lage straling.

Bovenstaande klopt niet...

Bij het fusie proces komen neutronen vrij met een behoorlijke energie die op menselijk weefsel zeer gevaarlijk is.

Bij Iter enzo kunnen ze het proces niet continu laten draaien door problemen in het plasma.

Is nogal een gecompliceerd gebeuren.

De wanden en de vloeren in het fusiegedeelte hebben nogal te lijden door van alles waardoor deze vervangen moeten worden.

Ook die neutronen botsen overal tegenaan en veranderen daarbij materialen.

Een fe atoom bekomt er dan soms een neutron erbij die naderhand vervalt tot een proton en een elektron.

Het fe atoom is dan geen ijzer meer maar iets anders waarbij de chemische eigenschappen van het materiaal verandert.

De neutronen die vrijkomen worden nadat ze door de wanden hebben gevlogen opgevangen in een opvangsysteem zodat ze hun energie af kunnen geven.

Meer kan men vinden bij Iter enzo.

Timo

Ok, bedankt [rr]

Mrtn

De rondvliegende neutronen uit de reactie tritium + deuterium = helium + neutron worden in de reactorwand gebruikt om uit Li weer tritium te maken als ik me niet vergis. Op die manier kan je je voorraden van het (als enige) radioactieve tritium klein houden en hoef je het niet elders te produceren.

Phys

Kijk hier eens: http://www.fusie-energie.nl/artikelen/watisfusie.pdf

Daar staat het erg helder uitgelegd.

Jan van de Velde

Kernfusie geeft geen gevaarlijke straling af.

Voordat je al te stellige beweringen gaat doen:

Er ontstaat per direct al 16,7 MeV gamma, zij het statistisch veel minder dan de 14,1 MeV neutronenstraling, maar bij het afremmen van die neutronen ontstaat óók weer (secundair genoemde) gamma straling. Kortom, een veilig dik wandje kan aanbeveling verdienen.

nitrobeem

Dit is ook een goed document: http://www.fusie-energie.nl/artikelen/ongena.pdf

aurelius

Kort vraagje : in welke vorm komt de fusie energie vrij ? als straling ? als kinetische energie van de neutronen ? hoe zet men dat om in electriciteit

DePurpereWolf

Men kookt water, de stoom drijft een rad aan.

eendavid

wat inderdaad gebeurt via de kinetische energie die de neutronen krijgen na de reactie.

Marcog

ongeveer hoeveel energy kan er geproduceerd worden? met deze manier?

Bart

De bedoeling is dat ITER (de test kernfusie centrale in zuid-Franrkijk die nu gebouwd wordt) ongeveer 500 MW aan output vermogen gaat leveren. Deze energy wordt in ITER overigens niet omgezet in elektriciteit.

Jan van de Velde

Héél veel. Bij de fusie van 1 kg waterstof naar (ongeveer) 993 g helium komt ongeveer 6·10¹⁴ J energie vrij. Komt ruwweg overeen met 20 miljoen kubieke meter aardgas verbranden. Ik geloof niet dat ik ergens een nulletje mis zit als ik zo op mijn kladje kijk (niet echt onmogelijk met dit soort onvoorstelbare getallen).

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Kernfusie

Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie

Re: Kernfusie