Kernenergie

Inleiding Op 26 april 1986 ontplofte een reactor in de kerncentrale in Tsernobyl. Dit is een van de ergste ongelukken op het gebied van kernenergie. Door deze ramp ontstonden er een hoop onbeantwoorde vragen. Namelijk: ‘wat is kernenergie en hoe wordt het opgewekt’, ‘wat zijn de gevaren van kernenergie’ en ‘wat gebeurt er met de afvalstoffen die ontstaan bij atoomsplijting’. Een aantal van deze vragen zullen wij uitgebreid in ons werkstuk beantwoorden. 1. Hoe wordt kernenergie opgewekt? Kernenergie wordt in een kerncentrale opgewekt uit splijtstof. Wat is splijtstof? Van sommige atomen kan de kern zich scheiden, deze stoffen worden splijtstoffen genoemd. De splijtstof uranium wordt gebruikt voor kernenergie. Uranium wordt in kerncentrales vaak gebruikt in staafvorm. Er is voldoende uranium op de wereld om die voor het opwekken van energie te gebruiken. Natuurlijk uranium bestaat in twee varianten, U 235 en U 238. Van deze twee stoffen is alleen U 235 splijtbaar. Van beide soorten uranium bestaat maar 0,71% op aarde uit U 235. Voor een kernreactie heb je ongeveer 2 tot 3% U 235 nodig dus moet er extra U 235 worden toegevoegd aan de uraniumstaven die gebruikt worden in de kerncentrale. Hoe wordt die extra U 235 dan toegevoegd aan het uranium? De staven uranium worden naar fabrieken gebracht die opwerkingsfabrieken worden genoemd, daar kunnen diverse methoden gebruikt worden om te zorgen voor voldoende U 235 in de staven uranium. De meest toegepaste methode is de 'centrifuge methode'. Dit is ook de goedkoopste methode. De methode werkt als volgt: Het uranium wordt in gasvormige toestand gebracht d.m.v. een reactie met fluor. Door de reactie wordt het molecuul UF6 gevormd. Het UF6 gas wordt in een centrifuge gecentrifugeerd waardoor de zwaardere U 238 atomen naar de buitenkant van de centrifuge worden geduwd. De lichtere U 235 atomen blijven in het midden kleinere rondjes draaien. Nu is er nog steeds niet genoeg U 235 gewonnen, om wel genoeg van deze stof te verkrijgen worden meerdere centrifuges in serie geschakeld. Het U 235 wordt uit het midden van de eerste centrifuge gezogen en in de volgende gepompt. Dit proces herhaald zich een aantal keer tot er genoeg U 235 atomen zijn om kernenergie mee op te wekken. Ooit raakt de voorraad uranium toch op, verspreid over de wereld is er ongeveer 4 miljard kilo uranium te vinden. Ook bestaat er nog eens 30 miljard wat nog niet aangeboord kan worden. Er bestaan meerdere manieren om te bezuinigen op het uranium verbruik. Een manier is door middel van kweekreactoren. Bij het splijten van de uraniumatomen komt dus een heleboel energie vrij in de vorm van warmte. Maar aan warmte heb je nog niet zoveel. Het moet nog worden omgezet in elektriciteit. Dat omzetten begint al in de reactor zelf. In het reactievat zit namelijk water, overal om de staven met uranium heen. Dat water wordt door de kernreactie verwarmd. Het wordt heel erg heet maar gaat net niet koken. Dat hete water in het reactievat wordt het ‘primaire circuit’ genoemd. Het is het eerste water dat verwarmd wordt. Dat warme water stroomt daarna in dunne buisjes langs het tweede circuit. Het water van het eerste circuit verwarmt zo het water van het tweede circuit. Het water in het tweede circuit gaat wél koken en daar komt stoom bij vrij. Wanneer dat water kookt komt er ontzettend veel stoom vrij. Deze stoom blaast tegen een soort windmolen die vast zit aan een enorme dynamo. Uit die dynamo komt stroom en die stroom gaat, via allemaal verdeelpunten, naar de stopcontacten in de huizen.
2.Hoe heeft kernenergie zich kunnen ontwikkelen? De mogelijkheid uraankernen te splijten werd eind 1939 aangetoond door de Duitse scheikundige O. Hahn & F.strassmann. Al ongeveer 3 jaar later, op 2 december 1942, werd de eerste kettingreactie tot stand gebracht, door Enrico Fermi en zijn medewerkers van de universiteit van Chigago in ’s werelds eerste kernreactor, de Chigago Pile-1. Hierbij werd ook voor het eerst gebruik gemaakt van remstof (moderator), in dit geval grafiet, waardoor de bij splijting ontstaande zogenaamde snelle neutronen afgeremd worden met als gevolg aanzienlijke vergroting van de kans dat zij zelf weer splijtingen teweeg brengen. 2.1Militaire toepassingen van kernenergie. Het kernonderzoek werd daarna in het Manhattanproject in de VS op de militaire mogelijkheden getest. Bij Tennessee werden installaties voor isotoopscheiding gebouwd, waarmee U 235 werd gesplitst voor de bom die boven Hiroshima explodeerde. Ook werd er een plutonium reactor gemaakt die de splijtstof leverde voor de eerste kernexplosie op het proefterrein van de Amerikaanse luchtmacht en voor de bom die Nagasaki trof. 2.2Vreedzame toepassingen. Na de 2de wereldoorlog werden ook geweldloze toepassingen gebruikt, in het begin nog vaak samenhangend met militaire doeleinden, waarbij ook wegen werden ingeslagen en verschillende reactor soorten werden ontwikkeld bv. de kernreactor. Er werden in de jaren 60 en 70 in veel landen programma’s opgesteld voor de kernenergiecentrales. Ter verbetering van de opbrengst van de energie werden grotere kerncentrales gebouwd. 3.Welk afval blijft erover? Bij elke reactor ouder dan 2 jaar wordt er eens per jaar een deel van de splijtstoffen vervangen door nieuwe. De oude splijtstoffen worden eerst even bij de kerncentrale zelf opgeslagen en daarna naar een opwerkingsfabriek vervoerd. Je zou de oude splijtstoffen ook kunnen ‘weggooien’ of opbergen. Maar omdat er niet echt een overvloed is aan splijtstoffen wordt een deel weer opgewerkt en verwerkt tot nieuwe splijtstof. Wat er overblijft na opwerking zijn radioactieve stoffen (HAVA). Door dit hergebruik besparen we de wereldvoorraad van uranium. Opwerking zorgt niet dat we alle stoffen weer kunnen hergebruiken een deel is nu zeer radioactief geworden en moet worden opgeborgen. In Nederland sturen we ons afval naar het buitenland waar het wordt opgewerkt, alleen krijgen we naast de nieuwe splijtstofstaven ook het overgebleven afval terug en dat moeten we nu gaan opslaan. 3.1Hoe lang blijft het kernafval gevaarlijk? Om te bepalen hoelang radioactief afval gevaarlijk blijft moet je kijken waaruit het afval bestaat. Sommige afvalstoffen raken hun radioactiviteit al kwijt binnen enkele minuten (Polonium-218, lood-214, Bismut-214) en andere raken hun straling pas na duizenden jaren kwijt (Thorium-230 80.000 jaar) en sommige raken hun straling pas kwijt na miljarden jaren (Uranium-238 pas na 4,51 miljard jaar)
3.2Waarom is radioactieve straling zo gevaarlijk voor de mens? Radioactieve straling verandert de cellen van het menselijk lichaam waardoor je erg ziek kan worden, en als je maar aan voldoende straling bent blootgesteld kan je uiteindelijk en zal je ook dood gaan. Zodra je besmet bent met radioactieve straling kan je daar bijna niet meer van genezen. Maar je gaat pas dood aan straling als je aan een hele hoge straling bent blootgesteld. Ieder mens krijgt namelijk al een bepaalde hoeveelheid straling uit de natuur binnen. In de natuur komt ook straling voor, alleen in kleinere mate dan bij radioactief afval. Om een idee te geven hoe de straling die je binnen krijgt is verdeeld: het grootste deel krijg je van de bodem, kosmische straling, voedsel en medische toepassingen dan een kleiner deel van de televisie en dergelijke en een even iets groter deel van kernproeven en een heel klein deel van kerncentrales. Maar aan deze stralingshoeveelheden is het menselijk lichaam enigszins gewend geraakt in de loop de eeuwen. De natuurlijke straling is er namelijk al eeuwen. Het gevaar zit hem juist in de niet natuurlijke straling. Het gevaar van de hoge straling hoeveelheden wordt door elke wetenschapper toegegeven, het is schadelijk voor de gezondheid. Bij hogere hoeveelheden is het zelf dodelijk en niet te genezen. De hoeveelheid straling wordt aangegeven in ‘rem’ of ‘siervert’. Een straling van 400 rem wordt als dodelijk beschouwd (binnen enkele minuten). Om een idee te geven van de effecten van verschillende hoeveelheden straling volgen hier een paar voorbeelden. - 100 siervert; de straling tast het zenuwstelsel aan, de dood treedt binnen enkele dagen in. - 10-50 siervert; de straling tast het maag- en darmkanaal aan, de dood treedt binnen 2 weken op. - 3-5 siervert; de straling tast bij 50% van de besmette mensen het beenmerg aan, de dood treedt bij die 50% binnen twee maanden in. De gevaren van de lage straling hoeveelheden zijn niet bekend, de wetenschappers kunnen nog niet vaststellen hoe er gevaar op treedt voor de mens. Zoals je ziet weten we wel heel veel over de hoge stralingshoeveelheden, maar eigenlijk niets over de lage stralingshoeveelheden. De belangrijkste reden daarvoor is dat er voor onderzoeken alleen de twee eilanden Hirosjima en Nagasaki kunnen worden gebruikt. Omdat
hier grote kernrampen zijn geweest. Het enige nadeel hiervan is dat men niet precies kan
nagaan hoeveel straling iemand heeft binnen gekregen en daarom zijn de effecten van de lagere straling hoeveelheden niet duidelijk in te schatten. Men denkt ook dat de effecten pas bij latere generaties tot uiting zullen komen (omdat straling ook de erfelijke eigenschappen kunnen veranderen, kom je pas bij nakomelingen er achter of er schade is, zie foto). Voorlopig blijft er dus nog twijfel bestaan over de schade die een blootstelling aan lage straling als gevolg heeft.