Wat is het verschil tussen uranium en plutonium?

Antwoord

Beste Philippe,

Om je uit te kunnen leggen waarom uranium en plutonium schadelijk zijn voor het lichaam, is het eerst noodzakelijk om je uit te leggen wat isotopen zijn. Isotopen zijn atomen van hetzelfde chemisch element met een verschillend aantal neutronen. Vrijwel alle elementen – ook in de natuur – hebben isotopen. Bepaalde isotopen zijn instabiel en veranderen (desintegreren) spontaan in een andere atoomsoort. Dit noemt men radioactief verval. Bij dit proces wordt straling uitgezonden. Na de desintegratie is de kern veranderd van samenstelling en ontstaat ofwel een andere isotoop van hetzelfde element ofwel een ander element. In sommige situaties is dit desintegratieproduct zelf ook weer instabiel. Het proces gaat door totdat de ontstane kern in een stabiele vorm is geraakt. Men spreekt dan van een vervalketen.

De bij dit radioactief verval vrijkomende straling kan veranderingen veroorzaken in menselijke cellen. Het gaat dan om beschadiging van DNA-moleculen waardoor de erfelijke informatie wordt aangetast. Het lichaam zal proberen dit beschadigde DNA te repareren. Er zijn dan feitelijk drie mogelijkheden: ofwel slaagt het herstel en de cel blijft functioneren zoals voordien (geen stralingseffect), ofwel lukt het herstel niet waardoor de cel sterft (biologisch stralingseffect: celdood), ofwel het herstel slaagt niet geheel, maar de cel overleeft toch (biologisch stralingseffect: mutatie).

Bij heel veel straling sterven veel cellen in korte tijd en kunnen er kortetermijneffecten optreden. Dit kunnen minder ernstige effecten zijn van tijdelijke aard, zoals roodheid van de huid. Directe effecten van straling kunnen ook zeer ernstig zijn en in het ergste geval dodelijk. Het optreden van het effect is gebonden aan een bepaalde drempeldosis. Dit noemt men in de wetenschap deterministische effecten. Beneden deze dosis treedt het effect niet op, boven de drempeldosis wel. De ernst van het effect neemt toe met de blootstelling. Er bestaan verschillende drempeldoses voor verschillende determinische effecten.

Celmutatie kan gezondheidseffecten op lange termijn zoals kanker tot gevolg hebben. Of dergelijke effecten optreden is min of meer een kwestie van toeval maar de kans dat ze optreden neemt toe met de hoeveelheid straling waaraan men blootgesteld wordt.  Dit noemt men in de wetenschap stochastische effecten. Uit voorzorg wordt bij het werken met radioactiviteit altijd uitgegaan van een mogelijk schadelijk effect, ook bij zeer lage doses.

Dit impliceert dat men heel voorzichtig dient te zijn wanneer men in contact komt met radioactieve stoffen!

In verband met je vraag over het natuurlijk voorkomen van Uraan (U) en Plutonium (Pu):

De meest voorkomende splijtstoffen voor kernreactoren (²³⁵U en ²³⁹Pu) zijn van zichzelf niet sterk radioactief: ²³⁵U heeft een halfwaardetijd (tijd waarop de helft van de oorspronkelijke hoeveelheid deeltjes over blijft) van ongeveer 700 miljoen jaar en hoewel ²³⁹Pu een halfwaardetijd heeft van ongeveer 24000 jaar, zendt het minder schadelijke deeltjes uit. Na gebruik in de kernreactor is het overblijvende splijtstof gemengd met erg radioactieve splijtproducten. Daarom moeten deze op een veilige locatie worden bewaard tot de radioactieve stoffen compleet zijn omgezet tot stabiele isotopen.

2,7.10^-4 % van de aardkost bestaat uit uraan (U); het is het 49^e element in rangorde van voorkomen. Natuurlijk uraan is ongeschikt als splijtstof (brandstof) voor kernreactoren omdat het slechts 0,72 % van het goed splijtbare isotoop ²³⁵U bevat (de rest bestaat uit ²³⁸U). Als splijtstof voor kernreactoren maakt men uraan dat verrijkt is aan ²³⁵U (ca. 3 %). Het restproduct wordt verarmd uraan genoemd en wordt bijvoorbeeld gebruikt als contragewicht in het staartstuk van vliegtuigen. Bij het splitsen van ²³⁵U-kernen in een kernreactor komt ongeveer 1 à 2,5 miljoen keer zoveel energie vrij als bij verbranding van vergelijkbare hoeveelheden fossiele brandstof. Het ²³⁸U -dat nog steeds voor 97% aanwezig is in verrijkt U- kan ook reageren met de neutronen die vrijkomen in de kernreactie van ²³⁵U, waarbij ²³⁹Pu wordt gevormd.

Plutonium komt slechts heel weinig voor in de natuur. Het wordt in uiterst kleine hoe­veel­heden aange­troffen in een aantal uraanertsen. De totale natuurlijke hoeveelheid wordt geschat op enkele grammen. Tengevolge van kernproeven in de atmosfeer en ongelukken met kernreactoren is er ongeveer 3 ton plutonium vrijgekomen. Plutonium (vnl. ²³⁹Pu) wordt gewonnen uit gebruikte splijtstofelementen van kernreactoren. Een gemiddelde kernreactor levert jaarlijks ongeveer 200 kg ²³⁹Pu op. Het plutonium kan uit de splijtstofelementen worden geïsoleerd. De aldus verkregen splijtstof is geschikt voor kernreactoren. In dit type reactoren wordt meer splijtstof (bijvoorbeeld ²³⁹Pu) gewonnen dan er wordt verbruikt. In kernreactoren ontstaat jaarlijks ongeveer 20 ton plutonium. 

Ik hoop dat je hiermee een beter beeld hebt gekregen over radioactiviteit. Als je meer vragen rond dit onderwerp hebt of meer duidelijkheid wenst, zal ik je vragen zo goed mogelijk beantwoorden.

Vriendelijke groet,