[Technologie] Kernfusie

NonBlondy

Naar aanleiding van een artikel wat ik gelezen heb over het ontstaan van

aardgas vroeg ik me het volgende af: kunnen er nieuwe atoomsoorten onstaan

bij een reactie?

Volgens het artikel kunnen atomen opnieuw worden opgebouw

tot nieuwe molecule maar zullen er geen nieuwe atoomsoorten ontstaan of oude

verdwijnen. Dit klopt [!] maar volgens mij zijn de nieuwste atoomsoorten in

het periodiek systeem ontstaan door kernfusie..

Als dit zo is dan kunnen er dus weldegelijk nieuwe atoomsoorten ontstaan toch..? Of zou het zo zijn dat deze atomen al bestonden maar niet eerder ondekt zijn VOOR de reactie die er heeft plaats gevonden? Afbeelding

Kunnen jullie mij helpen aan de antwoorden op deze vragen?

rwwh

Bij een chemische reactie worden moleculen gedeeltelijk opgebroken in de deeltjes waaruit ze zijn opgebouwd (atomen) en nieuwe moleculen gevormd. Energie van zo'n reactie is in de orde van tientallen tot honderden kilojoules per mol.

Bij een kernreactie worden atoomkernen gedeeltelijk opgebroken in de deeltjes waaruit ze zijn opgebouwd (neutronen en protonen) en worden nieuwe atomen gevormd. De energie van zo'n reactie kan vele malen hoger zijn dan die van een chemische reactie.

De combinaties van atomen die moleculen vormen zijn bijna eindeloos.

De combinaties van neutronen en protonen die atomen vormen zijn zeer beperkt, zeker als we ook nog eisen dat ze redelijk lang (jaren?) blijven bestaan voordat ze uit elkaar vallen. Het aantal protonen is dan niet groter dan 92 (uranium), en het aantal neutronen is voor kleine aantallen protonen vaak ongeveer even groot als het aantal protonen, en voor grote aantallen protonen iets groter. Totaal zijn er enkele honderden verschillende atoomkernen. In de "natuur" komen slechts weinig varianten voor die niet helemaal stabiel zijn, dus om ons heen vinden we slechts een klein gedeelte van de mogelijke atoomkernen.

De reacties waarbij in de laatste 20 jaar "nieuwe" atoomkernen worden gemaakt zijn kernreacties waarbij atoomkernen met meer dan 100 protonen worden gemaakt. Deze zijn vaak niet langer dan 1 seconde stabiel..... Echt nieuw zijn die kernen niet, bij grote explosies in het heelal kan er al best eens een gemaakt zijn, maar het is dan de eerste keer dat eraan is gemeten en het bestaan dus is "bewezen".

DrQuico

Per definitie vindt een chemische reactie plaats rondom de valentie (buitenste) electronen. Er komen bij een chemische reactie dus nooit kerndeeltjes (neutronen of protonen) vrij uit een grotere atoomkern of er worden nooit grotere kernen uit kleinere gevormd. Bij een chemische reactie zullen dus nooit nieuwe atoomkernen ontstaan.

Het ontstaan (of verval) van atomen valt onder de kernfysica. Nieuwe atomen kunnen ontstaan door fusie van kleinere. Voor fusie van atomen zijn wel extreme omstandigheden nodig. In de natuur vindt dit eigenlijk alleen plaats in sterren. Op aarde kan het in een "plasma" (enorm hete brei van elektronen en kerndeeltjes) of in een deeltjesversneller.

De "nieuwste" hele zware atomen zijn in een deeltjesversneller aangetoond/gemaakt. Deze komen in de natuur niet voor en zijn vaak erg instabiel zodat ze maar heel kort kunnen bestaan.

Atomen kunnen verder nog van identiteit veranderen door radioactief verval en onder invloed van radiactieve of hoog-energetische electromagnetische straling

NonBlondy

zit ik hier met mn goeie fatsoen en mavo-diplomatje..

Ik denk dat ik het wel begrijp.. met mn woordenboek op schoot Afbeelding

rwwh

NonBlondy schreef: zit ik hier met mn goeie fatsoen en mavo-diplomatje..

Zal ik even samenvatten: het antwoord op je vraag is: nee, niet bij een chemische reactie, maar ja, wel bij een kernreactie.

De vorming van aardgas is een chemische reactie.

NonBlondy

dat dacht ik al.. had dit topic geopend om te kijken of ik het goed had..

wat is het verschil tussen een chemische reactie en kernreactie?

rwwh

NonBlondy schreef: dat dacht ik al.. had dit topic geopend om te kijken of ik het goed had..

wat is het verschil tussen een chemische reactie en kernreactie?

Precies dit. Bij een chemische reactie is er een herrangschikking van atomen, en bij een kernreactie van kerndeeltjes.

Voor een chemische reactie heb je reactieve stoffen nodig, en die kom je overal tegen. Voor een kernreactie heb je "reactieve atomen" nodig en die zijn bijna overal in de wereld aan stricte regels gebonden en kun je dus niet zomaar kopen.

Bij een kernreactie komt radioactiviteit vrij.

Beryllium

Bij een kernreactie komt radioactiviteit vrij.

Niet per se! Gewoon verval zonder α-, β- of γ-straling bestaat ook. Dan heb je ook een kernreactie, maar geen radio-activiteit.

rwwh

Gewoon verval zonder α-, β- of γ-straling bestaat ook. Dan heb je ook een kernreactie, maar geen radio-activiteit.

Ik wilde daar niet op ingaan, maar had er wel over nagedacht. Kun je een voorbeeld geven, want het is heel moeilijk om dat te realiseren terwijl de energie- en impulsbehoudswetten gewoon gelden?

Beryllium

Bijvoorbeeld het invangen van een neutron door U-235. Dit is een kettingreactie waar in de eerste stap wel verval optreedt, maar geen straling vrijkomt:

²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹⁴₃₈Sr + ¹⁴⁰₅₄Xe + 2 ¹₀n

Komen mijn boeken Natuurkunde van 6VWO toch nog ergens van pas

rwwh

Beryllium schreef:2 ¹₀n

Ah, maar dat is gemeen. Om aan de behoudswetten te voldoen moeten er lichte deeltjes uitkomen. In dit geval komt er geen klassieke "straling" vrij, maar wel "neutronen"..... En die hebben een doordringend vermogen dat nog veel groter is dan gammastraling; minstens net zo gevaarlijk.

Komen we dus aan bij de definitie van radio-activiteit. Is dat alleen straling van heliumkernen, elektronen (positronen) of fotonen? Of vallen neutronen en protonen daar ook onder?

Beryllium

Je hebt een sterk punt... want waar ligt de grens?

Radioactivity is the process by which unstable atomic nuclei decay. This process normally produces ionizing radiation with a relatively large amount of energy. This energy can be harnessed in the form of nuclear power, or it can be very dangerous if released by radioactive contamination in the environment.

Volgens deze definitie is dus elk verval een vorm van radio-activiteit. Waarschijnlijk kan je hier dus geen definitief antwoord op geven

Xanatos

uhm... zullen we teruggaan naar mavo niveau?

NonBlondy

heb de zelfde vraag aan KEN gesteld.. dit is het antwoord van ik van hun kreeg:

Hallo Manon,

Het is waar dat er bij een chemische reactie geen nieuwe atoomsoorten kunnen ontstaan. De atomen kunnen alleen anders gerangschikt worden tot nieuwe moleculen, zoals je zelf al had gelezen. Meestal is dit wat bedoeld wordt als alleen het woord "reactie" wordt gebruikt.

Lang werd gedacht dat atomen de kleinste bouwstenen van de materie zijn, en dat chemische reacties alles vormen tot wat het is. maar het blijkt dat ook atomen weer opgebouwd zijn uit kleinere deeltjes: een kern met protonen en neutronen er in, en daaromheen cirkelen vervolgens electronen. Het aantal protonen bepaald wat voor soort atoom iets is. Als we dus de protonen en neutronen opnieuw kunnen rangschikken, dan kunnen er dus nieuwe atomen gemaakt worden. Dit soort reacties worden, omdat ze iets veranderen aan atoomkernen, kernreacties genoemd. Dat is dus een heel ander soort reactie dan een chemische reactie.

Kerndeeltjes in atoomkernen worden bij elkaar gehouden door veel sterkere krachten dan atomen in moleculen, en kernreacties zijn daarom veel moeilijker te realiseren. Sommige kernreacties gebeuren spontaan: Bepaalde combinaties van protonen en neutronen zijn niet stabiel, en die vallen na een tijdje vanzelf uit elkaar. Het atoom Americium-241 bijvoorbeeld heeft 241 kerndeeltjes (95 protonen en 146 neutronen). Na verloop van tijd (na 458 jaar heeft de helft van alle Americium-241 atomen dat gedaan) valt het uit elkaar in een Helium-4 atoom (2 neutronen en 2 protonen; dit wordt ook wel een alpha-deeltje genoemd) en een Neptunium-237 atoom (93 protonen en 144 neutronen). Als je telt zie je dat het aantal neutronen en protonen hetzelfde blijft.

Maar de meeste reacties moeten in gang gezet worden door bijvoorbeeld een extra neutron op de kern te schieten, die daardoor instabiel wordt. Dit heet kernsplijting. Hoewel deze reacties vaak veel energie kosten, leveren ze vaak nog veel meer energie op. Het principe om energie te halen uit kernsplijtings-reacties wordt gebruikt in kerncentrales.

Het is ook mogelijk om kernen samen te laten smelten, en op die manier nieuwe atomen te maken. De zwaarste atoomsoorten in het periodiek systeemz ijn zo ontstaan. Deze superzware atomen komen in de natuur niet voor omdat ze extreem instabiel zijn en meteen weer uit elkaar vallen. In grote deeltjesversnellers waar zware atomen met heel veel kracht op elkaar worden geschoten kunnen deze nog zwaardere atomen, heel kort, worden gemaakt. Deze atomen worden ook wel transuranen genoemd, omdat ze zwaarder zijn dan uranium wat het zwaarste, in de natuur voorkomende atoom is.

Uiteindelijk zijn bijna alle atomen waaruit wij bestaan gevormd uit kernreacties. Oorspronkelijk bestond het heelal alleen uit de allerlichtste atoomsoort, waterstof. Door kernreacties in het centrum van sterren kunnen waterstofkernen samensmelten tot heliumkernen. Ook deze kernreactie (die kernfusie wordt genoemd, in tegenstelling tot kernsplijting) kost veel energie, maar levert nog veel meer energie op. Hierdoor kunnen sterren (en ook de zon) licht en warmte blijven uitzenden, totdat de waterstof in de kern op is. Het centrum wordt dan nog wat verder samengeperst, waardoor het nog heter wordt. Bij deze nog hogere temperatuur (nog hogere energiedichtheid) kunnen de lastiger fusie-reacties tussen heliumkernen plaatsvinden, die ook weer energie opleveren. Dit kan zo doorgaan totdat ijzer-atomen gevormd worden. Overigens gebeurt dat alleen in de allerzwaartste sterren, veel zwaarder dan de zon. Het laten samensmelten van ijzeratomen levert geen energie meer op, en de kernreacties stoppen hier. Alleen als de ster aan het eind van zijn leven explodeert in een nova of supernova is er tijdelijk even genoeg energie beschikbaar om nog zwaardere atomen dan ijzer te maken. Ook komen de atomen uit het centrum van de ster weer in de ruimte terecht. Daaruit kunnen dan nieuwe sterren en planeten ontstaan, zoals de aarde, die voor een groot deel uit ijzer bestaat. Alle atomen in jouw lichaam zijn dus ontstaan in het centrum van een al lang geleden ontplofte ster...

Ik hoop dat je hier wat aan hebt, en dat je vraag beantwoord is. Als dit nieuwe vragen heeft opgeworpen horen we het hier bij de KEN wel!

Groeten,

Erik Min

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[Technologie] Kernfusie

[Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie

Re: [Technologie] Kernfusie