Hoe werkt kernenergie?

Antwoord

Dag Eline,

Wat een interessante vraag! Om deze te beantwoorden zal ik beginnen bij atomen. Alle materie - alles wat we kunnen zien en vastpakken - is opgebouwd uit atomen. Atomen zelf zijn dan weer opgebouwd uit een kern, een klompje bolletjes die we protonen en neutronen noemen, waarrond elektronen bewegen. Op het plaatje hieronder zijn de neutronen blauw gekleurd, de protonen rood en de elektronen grijs.

Voor kernenergie draait het allemaal om de kern, de protonen en neutronen. Er bestaan verschillende atoomsoorten, die allemaal een andere hoeveelheid protonen en neutronen hebben. Zuurstof en ijzer zijn twee voorbeelden. Voor kernenergie is de atoomsoort uranium belangrijk. Uranium heeft in zijn kern 92 protonen en bijna 150 neutronen. Dit maakt de kern zo groot, dat de bolletjes niet meer goed aan elkaar blijven 'plakken': uranium wil eigenlijk liever splitsen in kleinere atomen. Wanneer deze splitsing gebeurt, komt er ook een beetje warmte-energie vrij. 

Hoe die kernsplitsing gebeurt in een nucleaire reactor staat op het plaatje hieronder getoond.

De kernreactie begint links, met een neutron (blauw bolletje) dat tegen een uraniumatoom botst. Door de botsing splitst het uraniumatoom in twee kleinere atomen en komt er een beetje warmte vrij. Maar er verschijnen ook opnieuw drie blauwe bolletjes of neutronen. Deze neutronen kunnen opnieuw tegen een uraniumatoom botsen, dat ook uiteenvalt en ook neutronen en warmte produceert. En zo blijft de reactie gaan, we noemen dit een kettingreactie.

De kettingreactie die ik net heb uitgelegd is niet helemaal wat je wil in een echte kernreactor. Doordat er steeds meer en meer neutronen komen, gaat de reactie ook sneller en sneller. Dit maakt het moeilijk om de warmte snel en veilig genoeg af te voeren. Daarom maken ingenieurs kernreactors zodanig dat van de drie neutronen die ontstaan, precies één tegen een nieuw uraniumatoom aanbotst. De andere twee komen dan tegen atomen van een andere soort terecht, die in staat zijn om neutronen te absorberen zonder uiteen te vallen. Een voorbeeld van een atoomsoort met die eigenschap is zilver.

In de meeste kernreactoren zit het uranium in lange, dunne, metalen buisjes, die netjes in een rooster gestapeld zijn. Dit noemen we de brandstofstaven (links op tekening hierboven). Sommige van die buisjes worden weggelaten, en in plaats daarvan zit er een buisje met een materiaal dat neutronen absorbeert (zoals zilver), die zorgt dat de reactie niet te snel gaat: de controlestaven. Tussen de buisjes in stroomt water, dat heel erg warm wordt door de warmte van de kernreactie. Dit warm water wordt gebruikt om stoom te maken. Die stoom kan grote stoomturbines doen draaien, die verbonden zijn aan een elektriciteitsgenerator. Een elektriciteitsgenerator is zoals een heel grote fietsdynamo. De elektriciteit komt terecht in onze huizen en scholen, zodat we de computer kunnen gebruiken en het licht kunnen doen branden.

Bedankt voor je interessante vraag Eline, hopelijk begrijp je nu een beetje hoe een groot deel van de elektriciteit in België wordt gemaakt!