Hoe ontstaan kernreacties in de zon?

Antwoord

Het is inderdaad juist dat de energie van de zon kernenergie is : in de zon vinden voortdurend fusie-reacties plaats tussen waterstof en helium en zelfs ook nog zwaardere elementen.  Om dat te begrijpen, moeten we eerst een paar zaken verduidelijken...

Alles wat in ons universum bestaat aan materie, is opgebouwd uit atomen.  De atomen zelf zijn opgebouwd uit een kern, waarin protonen en neutronen zitten, en een wolk van elektronen rond de kern.  In een neutraal atoom zijn er steeds evenveel protonen in de kern als er elektronen zijn in de wolk rond de kern.

Hoewel er enorm veel verschillende stoffen en materialen bestaan, zijn er slechts minder dan 100 verschillende soorten atomen (de elementen).  Atomen zijn verschillend wanneer ze een verschillend aantal protonen in de kern hebben (of dus verschillend aantal elektronen rond de kern).  Zo heeft waterstof 1 proton in de kern, helium 2 protonen, en zo verder.    

Door verbindingen te maken tussen die atomen, krijgen we stoffen met soms heel andere eigenschappen dan de atomen waaruit ze zijn opgebouwd.  Dat zijn chemische verbindingen en heeft niets te maken met kernreacties.  Chemische verbindingen worden gevormd door de uitwisseling van elektronen tussen verschillende elementen.  Het aantal protonen in hun kernen wijzigt niet, dus het blijven dezelfde atoomsoorten, maar de eigenschappen van chemisch verbonden atomen kunnen heel erg verschillen van de eigenschappen van de atomen waaruit de verbinding is gemaakt.  Zo is chloor een gevaarlijk, groen zenuwgas en natrium een brandbaar metaal, maar als we ze samen in een verbinding stoppen, krijgen we gewoon keukenzout.  Als we moeite doen, kunnen we de verbinding weer verbreken en keukenzout weer omzetten in chloor en natrium.

Bij veel kernreacties veranderen we het aantal protonen in de kern, dus veranderen we de atoomsoort.  Bekende kernreacties zijn splijting (fissie) en fusie.  In beide gevallen komt een veel grotere hoeveelheid energie vrij dan bij het maken van een chemische verbinding.  Om een zwaar atoom, zoals uranium met 92 protonen in de kern, te splijten, moeten we het beschieten met neutronen.  Dat gebeurt in een kernreactor en zorgt voor het ontstaan van energie, die meestal onder de vorm van warmte vrijkomt.  Om 2 lichte atoomkernen, zoals 2 waterstofkernen of een waterstof en een heliumkern samen te laten smelten (fusie) moeten we heel veel energie stoppen in het samenduwen van de kernen.  Als we ze dicht genoeg bij elkaar krijgen, zullen ze samensmelten en komt er nog meer energie vrij dan we erin gestopt hebben om ze te laten versmelten.

Onze zon is een ster, die ontstaat doordat waterstofgas, dat in de ruimte aanwezig is van bij het ontstaan van het universum, samenklontert onder de aantrekkingskracht (zwaartekracht).  Zo ontstaat eerst een gasbolletje, dat op zich meer en meer waterstofatomen aantrekt en op die manier groeit en groeit.  Doordat de gasbol steeds meer groeit en meer en meer massa krijgt, worden de waterstofatomen in de kern van de ster steeds meer samengedrukt.  Uiteindelijk bereikt de druk zo'n hoge waarden dat de waterstofatomen beginnen samen te smelten tot heliumkernen en de gaswolk een ster wordt.  De energie die vrijkomt bij de fusie van de waterstof zorgt voor het licht en de warmte die een ster produceert.  Zo'n fusiereacties kunnen miljoenen jaren doorgaan, maar uiteindelijk geraakt de waterstof op en zal de ster beginnen uitdoven.  Omdat ze daarbij afkoelt, krimpt ze terug in elkaar.  Daarbij verhoogt de druk in haar kern opnieuw en kunnen uiteindelijk zelfs de heliumatomen gaan samensmelten : de ster begint aan haar tweede leven.  Zo gebeurt het een aantal keren in het leven van een ster, waarbij alle atoomsoorten tot ijzer (element 26) gevormd worden.  Nog zwaardere elementen worden in complexere fusie-reacties...

Op die manier zijn bijna alle stoffen die we dagdagelijks tegenkomen ontstaan in een ster, wijzelf inclusief.  Wij zijn dus allemaal sterrestof !