In plaats van zware atoomkernen te splijten worden bij kernfusie lichte kernen samengesmolten. Dat levert veel energie op. De zon brandt al miljarden jaren door kernfusie. Er is bijna geen radioactief afval. Deuterium, de belangrijkste brandstof voor kernfusie zit in zeewater en daar is dus genoeg van. Helaas kan kernfusie nu (nog) niet gebruikt worden.
Kernfusie is de energiebron van de zon. Bij zeer hoge temperatuur (miljoenen graden in het binnenste van de zon) vliegen alleen nog maar losse atoomkernen rond. Als twee kernen met elkaar botsen en samensmelten tot een zwaardere kern komt daarbij energie vrij. Die energie komt bij de zon vrij als licht en warmte. Op aarde zijn onderzoekers al jaren bezig om de kernfusie van de zon te imiteren. Er worden grote kernfusiereactoren gebouwd om een gas te kunnen verwarmen en onder hoge druk te kunnen brengen. Het lukt inmiddels om kernfusie tot stand te brengen. Maar dat gaat tot nu toe alleen nog door er meer energie in te stoppen dan dat er met kernfusie ontstaat.
Atoomkernen smelten samen
Kernfusie betekent dat twee atoomkernen samensmelten tot een nieuwe kern. Een atoomkern bestaat uit protonen en neutronen. Het aantal protonen bepaalt welk atoom het is. Zo heeft waterstof 1 proton in de kern, koolstof 6, ijzer 26 en lood 82. Als twee atoomkernen samensmelten bepaalt het totaal aantal protonen welke atoomkern er gevormd wordt. Twee waterstofkernen smelten samen tot helium, dat twee protonen in de kern heeft. Bij kernfusie van lichte kernen komt energie vrij. Bij zwaardere kernen kost het energie om ze samen te smelten. De grens ligt bij ijzer.
Energiebron van sterren
Kernfusie van lichte kernen levert energie op. Het probleem is alleen dat de kernen elkaar in normale omstandigheden afstoten. Alleen als de temperatuur en de druk voldoende hoog worden, kunnen de kernen botsen en samensmelten. Naast een nieuwe atoomkern komt er ook heel veel energie vrij. Kernfusie is de energiebron van sterren, zoals de zon. De kernfusiereactie die in de zon plaatsvindt is het samensmelten van waterstofkernen tot helium. Twee waterstofkernen smelten samen tot een deuteriumkern, een neutron en een neutrino. Vervolgens smelt een deuteriumkern met een waterstofkern samen tot een heliumkern en een foton. De energie van het foton wordt naar de buitenkant van de zon getransporteerd en zorgt er uiteindelijk voor dat de zon licht en warmte uitstraalt.
Zon op aarde?
Op aarde proberen onderzoekers al jaren om energie te winnen met behulp van kernfusie. De waterstof-waterstofreactie, zoals in de zon, is op aarde niet geschikt, omdat dat proces veel te langzaam verloopt. Vanwege de grote afmetingen van de zon en de extreem hoge druk in het centrum is dat voor de zon geen probleem. De kernfusiereactie die op aarde het makkelijkst tot stand te brengen is, is de fusie van deuterium en tritium tot helium. Deuterium is een stabiele isotoop van waterstof met één proton en één neutron in de kern. Tritium is een radioactief isotoop van waterstof met één proton en twee neutronen in de kern. Een tritiumatoom en een deuteriumatoom fuseren tot een heliumatoom en een neutron. Hierbij komt vier miljoen keer meer energie vrij dat bij een normale chemische reactie.
Hoe werkt een kernfusiereactor?
Een fusiereactor bestaat uit een enorme ringvormige buis, de torus. Daarbinnen wordt gas (deuterium en lithium) verhit tot extreem hoge temperaturen: meer dan honderd miljoen graden (tien keer heter dan de kern van de zon). Het gas wordt een plasma: atoomkernen en elektronen raken van elkaar los en vliegen dwars door elkaar. Gigantische elektromagneten houden het plasma gevangen in een magnetisch veld. Als de atoomkernen samensmelten (fusie) komt er nog meer warmte vrij. Die warmte wordt afgevoerd door een koelsysteem dat een stoomgenerator kan aandrijven.
Toekomst van kernfusie?
Onderzoekers zijn al meer dan veertig jaar bezig om energie op te wekken met kernfusiereactoren, maar tot nu toe is het nog niet gelukt om meer energie uit de kernreactor te halen dan dat er in gestopt moest worden om de kernfusie te starten. Als het eenmaal lukt, dan is de hoeveelheid deuterium in een halve liter zeewater genoeg om één huishouden voor een jaar van energie te voorzien. In de zee zit voldoende deuterium om voor miljoenen jaren de wereld van energie te voorzien.
Klik door naar...