Kernfysica

KERNFYSICA Inleiding Bij het vak ANW staat de vraag ‘Wat kan wat mag en wat mag dat kan?’ centraal. De wetenschap heeft zich vooral de afgelopen honderd jaar in een hoog tempo ontwikkeld. Terwijl er voor een aantal problemen op aarde nog geen wetenschappelijke oplossing is gevonden, zijn er wel een aantal dingen ontdekt waarvan het gebruik zeer omstreden is. Het belangrijkste voorbeeld hiervan is misschien wel de kernfysica; daarom hebben wij dit als onderwerp gekozen voor onze praktische opdracht ANW. We willen een zo goed mogelijk beeld geven van de ontwikkeling van de kernfysica en vervolgens zullen we hier onze eigen mening over geven door de ‘Wat kan wat mag en wat mag dat kan?’-vraag toe te passen. Onze onderzoeksvraag is dan ook: ‘Hoe is kernfysica sinds de ontdekking ervan gebruikt en ontwikkeld?’ Bij het beantwoorden van deze vraag gebruiken we de volgende deelvragen: 1. Wat is kernfysica? 2. Hoe werkt een kerncentrale? 3. Wat is de geschiedenis van de kerncentrale? 4. Hoe werkt de atoombom? 5. Hoe is kernfysica militair gebruikt vanaf WO II? Aan de hand van de antwoorden op onze deelvragen verwachten we een goed beeld te krijgen van de (toegepaste) mogelijkheden van kernfysica, zodat we goed in staat zullen zijn onze eigen mening hierover te geven. De meeste nadruk zal dus ook liggen op onze eigen opvattingen over kernfysica. Wat is kernfysica? Volgens de Dikke Van Dale is kernfysica de natuurkunde van de atoomkernen, ofwel kernwetenschap. Dit is, mijns inziens, inderdaad de beste omschrijving ervan. Kernfysica richt zich dus op de kernen van atomen. Alle materie bestaat uit moleculen. Die moleculen bestaan op hun beurt weer opgebouwd uit atomen. In een atoom zit een atoomkern. Om die atoomkern heen zweven negatief geladen elektronen. De atoomkern bestaat uit protonen (positief geladen) of neutronen (neutraal geladen). Ze worden bij elkaar gehouden door een sterke bindingsenergie. Verschillen tussen atomen uiten zich in het aantal protonen, neutronen, elektronen en hun massa. De grootte van de positieve lading is gelijk aan het aantal elektronen om de kern. Men noemt dit getal het atoomnummer. Elk atoom heeft een eigen atoommassa. Deze wordt uitgerekend door de neutronen en protonen in de kern bij elkaar op te tellen. Elektronen wegen ongeveer een factor tweeduizend minder dan een proton of neutron, dus die worden niet meegeteld. In de scheikunde worden deze eigenschappen van een atoom weergegeven zoals op het plaatje links. Soms wordt in deze notatie Z weggelaten. Men schrijft dan bv. U-235. Er bestaan atoomsoorten met dezelfde kernlading maar met een verschillend massagetal, ofwel ze hebben hetzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen. Deze atoomsoorten worden isotopen genoemd. Ze hebben echter dezelfde chemische eigenschappen. Bohr ontdekte dat de elektronen in een atoom op verschillende niveaus of schillen voorkomen. In elke schil kan slechts een beperkt aantal elektronen voorkomen. In normale toestand bevinden de elektronen zich op de laagste niveaus: de schillen die het dichtst bij de kern zitten. Door energie toe te voeren, bv. door verhitten of door bestralen met licht, kunnen ze in een aangeslagen toestand komen, waarbij ze zich op een hoger energieniveau bevinden. Als een elektron van een hoger naar een lager energieniveau valt, wordt straling uitgezonden. Hierbij komt energie vrij. In 1895 werd door Röntgen de röntgenstraling uitgevonden. Becquerel ontdekte in 1896 dat het element uraan uit zichzelf straling uitzendt die overeenkomst vertoont met röntgenstralen. Het echtpaar Curie heeft veel bijgedragen aan tot de kennis van radioactiviteit door hun onderzoek naar het element uranium. In het begin van de 20ste eeuw ontdekte fysici waaronder Rutherford en Soddy dat er van een element zoals uranium meestal meerdere isotopen bestaan en ze ontdekten ook dat er van radioactieve stoffen een zogeheten vervalreeks bestaat. Door uitzending van een bepaald soort straling, alfa- of betastraling, blijft een ander element over. Dit gaat zo door totdat zich een stabiel element, meestal lood, vormt. De fysische wereld begon zich langzamerhand te realiseren dat het bij kernreacties ging om enorme hoeveelheden energie, ruwweg een factor miljoen groter dan bij chemische reacties. Een beslissende stap werd in 1932 gezet, toen Chadwick het neutron ontdekte. Dit deeltje zou in de zogeheten kettingreactie bij de kernsplijting van uranium een essentiële rol spelen. De kernsplijting van uranium zelf werd in december 1938 door Hahn en Strassmann ontdekt. Szilard, een Hongaar van geboorte en woonachtig in de VS, begon al spoedig te beseffen dat met neutronen misschien een kettingreactie op gang gebracht kon worden indien elke reactie weer minstens een neutron opleverde. Een kettingreactie is een reactie die zichzelf voortzet. De neutronen die ontstaan bij een kernsplijting (bij splijting van U-235 gemiddeld 2,46) kunnen op hun beurt weer door andere splijtbare kernen geabsorbeerd worden, splijtingen teweeg brengen en verdere neutronen vrijmaken. Kernenergie wordt verkregen door middel van kernreacties. Een kernreactie is een reactie waarbij een of meer atoomkernen worden omgezet in een of meer andere atoomkernen. Kernreacties treden op wanneer bijvoorbeeld elektronen of protonen uit een versneller (instrument om elektrisch geladen deeltjes tot hoge energie te versnellen) op een trefmateriaal worden geschoten. Door het bestuderen van kernreacties wordt informatie verkregen over de kernstructuur. Als bij een kernreactie van twee kernen een zwaardere kern ontstaat spreekt men van kernfusie, als uit een zware kern twee ongeveer even zware brokstukken ontstaan spreekt men van kernsplijting. Bij zowel kernfusie als kernsplijting komt energie vrij. De formule die Albert Einstein, de wereldberoemde natuurkundige, had geformuleerd in 1905, U = m ∙ c2, had onder andere betrekking op de splijting van uranium waarbij massa wordt omgezet in energie. U (energie) = m(massa) ∙ c(lichtsnelheid)2. Je kunt er dus mee uitrekenen hoeveel energie er ontstaat uit een bepaalde massa. Zo heeft Albert Einstein ook meegeholpen aan de ontwikkeling van de kernfysica. Al deze ontdekkingen en feiten behoren tot de kernfysica: het zijn immers allemaal verschijnselen die hun oorsprong hebben in de atoomkern.
Werking van de kerncentrale De wereldbevolking is de laatste decennia toegenomen en de technische ontwikkelingen zijn sterk vooruit gegaan. Er is dus meer energie nodig om in de energiebehoefte van al die mensen te voorzien. De fossiele brandstoffen, zoals olie, aardgas en kolen, die miljoenen jaren geleden door o.a. de zon zijn gevormd, zijn erg duur en raken langzamerhand op. Daarom zijn mensen in de loop van de tijd op zoek gegaan naar nieuwe, andere energiebronnen, die wel in overvloed aanwezig zijn. In 1942 werd voor het eerst in Chicago een experiment gehouden met kernenergie in een reactor. Dit experiment, dat moest bewijzen dat een kettingreactie in stand kon worden gehouden, was succesvol. De onderzoekers kwamen er achter dat te snel bewegende neutronen niet zo’n grote kettingreactie gaven in een met natuurlijk uranium geladen reactor. Een reactor is een inrichting waar met behulp van splijtingen een kettingreactie in gang kan worden gezet, onderhouden en geregeld. Het hoofdbestanddeel is een kern met splijtbaar materiaal (splijtstof). Een reactor heeft in het algemeen een moderator (een stof, water of grafiet, die de snelle neutronen afkomstig van kernsplijtingen afremt om het splijtingsproces in stand te houden), een afscherming en regelmechanismen. Kernreactoren worden gebouwd ten behoeve van onderzoek of voor de productie van energie. Bij een volledige versplijting van 1 kilogram U-235 in een reactor komt 22,8 miljoen kWh warmte vrij (evenveel als de verbranding van 3 ton kolen). De warmte kan niet helemaal om worden gezet naar elektrische energie, hierbij gaat 33% verloren. Dus bij een splijting van 1kg uranium kan 7,6 miljoen kWh elektrische energie worden opgewekt. Er zijn twee verschillende soorten kernreactoren. De ene soort maakt gebruik van natuurlijk uranium en de andere worden met verrijkt uranium geladen (hiervan is het massagehalte iets groter). Kernreactoren met natuurlijk uranium zijn zwaarwatergekoelde reactoren. Zwaar water heeft een zwaardere soortgelijke massa dan (licht) water, en het absorbeert vrijwel geen neutronen. Kernreactoren waarin met verrijkt uranium wordt gewerkt, zijn meestal gasgekoeld. Het gas dat voor deze koeling wordt gebruikt is kooldioxide (in Groot-Brittannië staan enkele hiervan) of helium (hiervan waren enkele in Duitsland in bedrijf). Bij een kernsplijtingsreactie ontstaat afval. Dit afval is hoogradioactief en produceert nog vele jaren warmte en moet daarom worden gekoeld. Deze splijtingsproducten moeten, voordat ze kunnen worden opgeslagen, eerst worden omgezet in een ander product dat hiervoor geschikt is. Verglazing, het afval inbedden in gesmolten glas, lijkt hiervoor een geschikte methode. Geschiedenis van de kerncentrale De eerste commerciële kernreactor die gebouwd is voor elektriciteitsproductie werd in 1957 in werking gesteld in Shippingport (VS). Deze leverde dus elektriciteit aan het openbare net. Daarna waren er in de jaren zestig zeer optimistische verwachtingen over kernenergie. In deze periode zijn kerncentrales gebouwd met vermogens van 100 tot 500 MWe (het elektrisch vermogen in megawatt). Daarna namen de vermogens van de kerncentrales toe tot meer dan 1000MWe. Eind 1991 waren er over de hele wereld 422 kerncentrale-blokken met een geïnstalleerd netto vermogen van rond de 330 GW (1 GW = 1.000 MW = 1.000.000 kW = 1.000.000.000 W.) in bedrijf. De situatie op het gebied van kernenergie was eind 1991 als volgt: Land Aantal MWc Aandeel in de elektriciteitsproductie in 1991
Duitsland 21 22373 32 % Frankrijk 56 56688 73 % Nederland 2 508 5 % Pakistan 1 125 1 % USA 112 1011258 22 % Zweden 12 9877 52 % Nederland Nederland heeft vanaf het begin een aandeel gehad in de ontwikkeling van kernenergie. Meteen na de ontdekking van splijting van uraniumatomen heeft de Nederlandse overheid in 1939 tien ton uranium aangeschaft. Na de Tweede Wereldoorlog ging Nederland samenwerken met Noorwegen vanwege hun productie van zwaar water. Het Nederlandse uranium werd gebruikt voor de eerste splijtstoflading van de JEEP-reactor in Kjeller, dichtbij Oslo. De JEEP-reactor (Joint Establishment Experimental Pile) werd in 1951 gemaakt en was de eerste reactor in Europa. De eerste reactor in Nederland werd gebouwd in 1961 in Petten. Deze werd bestuurd door de organisatie Reactor Centrum Nederland ( RCN). De eerste reactor was een zogenaamde Hoge Flux Reactor. Sinds het begin van de jaren zestig bevindt zich er naast de HFR een Lage Druk Reactor, die 200 maal minder vermogen heeft. Beide reactoren zijn nog steeds in gebruik. Tsjernobyl Op 26 april 1986 ontplofte 1 van de 4 reactors in de kerncentrale in Tsjernobyl. Door een simpel experiment deed zich deze ontploffing voor. De automatische beveiligsystemen waren uitgeschakeld, daardoor was dit experiment mogelijk. Door fouten van de mensen, die met de bediening van de centrale belast waren, daalde het reactorvermogen eerst langzaam. Uiteindelijk was het reactorvermogen zo danig hoog dat men het niet meer onder controle had, nogmaals doordat de beveiligingssystemen waren uitgeschakeld. De reactor stond uiteindelijk in brand. Verschillende brandweerlui kwamen snel ter plaatse. De lucht bleef bij de brandstofstaven komen, dus bleef de reactor branden. Doordat er zich nog nooit zo'n incident had voorgedaan wisten de Russische deskundigen niet wat ze moesten beginnen. Uiteindelijk besloten ze de felle brand de bestrijden met een bombardement van een mengsel van zand, klei, lood en borium vanuit helikopters. Twee weken duurde het eer het vuur was afgedekt en de brand bedwongen was. Maar uiteindelijk lukte het. Bij deze ramp zijn een grote hoeveelheid radioactieve stoffen en straling vrijgekomen. Dit heeft in de omgeving van de kernreactor tot ziektes en genmutaties geleid. Door deze ramp werd men zich zeer bewust van de gevaren die zo’n kernreactor met zich meebrengt, en de veiligheidsmaatregelen van andere reactors zijn sindsdien verscherpt. Gevaar voor de mens De straling die vrijkomt bij kerncentrales, is niet anders dan de natuurlijke straling. Het belangrijkste verschil zit hem in de hoeveelheid. Die van een kerncentrale vormt minder dan 0,01 % van de natuurlijke straling. Deze hoeveelheid is onvoldoende om na te gaan wat precies de gevolgen van grote hoeveelheden straling zijn. Er kunnen zich 2 soorten gevolgen voordoen bij straling: somatische (waarbij het lichaam bepaalde verschijnselen vertoont) en mutagene (waarbij de erfelijke eigenschappen worden veranderd). Er kan zich een hoge en een lage dosis straling voordoen: Hele sterke straling is binnen enkele dagen of zelfs uren dodelijk doordat het zenuwstelsel wordt vernietigd, gevolgd door instortingen en overlijden. Forse stralingsdoses kunnen binnen enkele weken of maanden leiden tot "stralingsziekte" (=misselijkheid, overgeven, uitdroging en overlijden). Iedere dosis straling kan schadelijk zijn, maar het is nog niet bekend hoe groot het gevaar is van heel kleine stralingsdoses. Deze stralingen veroorzaken helemaal geen schade. Het aantal mensen dat aan leukemie of andere vormen van kanker overlijdt, stijgt echter in de periode van twee of veertig jaar na blootstelling. Door dit gevaar wat kernenergie voor de mens kan hebben raken veel mensen ongerust. Er hoeft namelijk maar iets kleins te gebeuren met een kerncentrale, en het kan grote gevolgen hebben voor de mensheid. Daarom vreesden overheden van westerse landen na 11 september 2001 dat terroristen aanslagen zouden plegen op hun land door bijvoorbeeld vliegtuigen te laten neerstorten op kerncentrales. Zoiets zou een grote ramp tot gevolg hebben. Om dit te voorkomen hebben organisaties, die met kernenergie te maken hebben, na de aanslag in de VS de informatie, die zij over kerncentrales op internet hadden staan, onmiddellijk verwijderd. Natuurlijk is er wel beveiliging en toezicht op de veiligheid van de kerncentrales. In de Kernenergiewet van 1963 staan o.a. regels over het vervoer van kernenergie, inrichtingen waar het kan worden vrijgemaakt en opgeslagen, radioactieve stoffen en vergunningsprocedures. Het VROM (Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer) heeft een beleid dat limieten stelt aan de risico’s waaraan de bevolking mag worden blootgesteld. Dit risico valt onder de verantwoordelijkheid van de minister van VROM. Er zijn internationale richtlijnen van de IAEA (Internationaal Atoom Energie Agentschap) en aanbevelingen van de ICRP (International Commission on Radiological Protection). Deze strenge veiligheidsmaatregelen verkleinen de kans op ongevallen en op bijv. het vrijkomen van kernsplijtingsafval.
De atoombom De atoombom of kernbom is een kernwapen waarbij gebruik wordt gemaakt van de energie die vrijkomt bij de splijting van U-235 of Pu-239 - men spreekt dan van een uraniumbom respectievelijk plutoniumbom - of bij fusie van waterstofisotopen. In het laatste geval spreekt men van een waterstofbom. De explosieve kracht van een kern(splijtings)wapen wordt uitgedrukt in kiloton (kt) TNT-equivalent. TNT (trinitrotolueen) is een chemische springstof. Bij de bommen op Hiroshima (uraniumbom) en Nagasaki (plutoniumbom) kwam de explosie-energie overeen met 13 resp. 22 kt TNT. Daarbij werd ongeveer 1 kg splijtstof in een miljoenste seconde verspleten. Het technische probleem van het tot ontploffing brengen van een kern(splijtings)bom bestaat niet alleen hierin dat binnen een zeer korte tijd een superkritieke hoeveelheid splijtstof bijeengebracht moet worden, maar ook dat de splijtstof voldoende lang bijeen moet blijven. Dat plutonium-239 wordt verkregen wanneer de splijtstof slechts een korte tijd (dagen, enige weken) in de reactor verblijven en wanneer er heel weinig van wordt gesplitst. Bij de mate van versplijting in commerciële kernreactoren ontstaan zoveel andere plutonium isotopen, dat militair gebruik (dus voor wapendoeleinden) erg moeilijk wordt. De bekendste atoombommen zijn de Fat Man en Little Boy, de bommen die op resp. Nagasaki en Hiroshima in Japan. Militaire geschiedenis Onderzoek naar de atoombom In december 1938 ontdekten de natuurkundigen Hahn en Strassman de kernsplijting van uranium in Berlijn. Door toedoen van de fysicus Niels Bohr werd het idee van de kernsplijting binnen enkele weken geaccepteerd. Eind januari 1939 hield deze Bohr een voordracht in de Verenigde Staten, waarmee hij in feite de hele fysische wereld aanzette tot verder onderzoek naar kernsplijting. De fysicus Szilard probeerde in deze periode de ontdekking van de vorming van neutronen bij een kernsplijting en de kettingreactie binnen de fysische wereld geheim te houden, omdat hij vreesde dat men naar aanleiding van deze gegevens een bom zou kunnen ontwikkelen. Zijn poging tot geheimhouding mislukte echter. In Groot-Brittannië werd begonnen met een onderzoek naar de mogelijkheden voor het vervaardigen van een bom. Hiervoor werd in april 1940 de MAUD-commissie opgericht, die het uraniumonderzoek zou moeten coördineren. De commissie bracht in juli 1941 de rapporten uit. In deze rapporten stond dat het ruim twee jaar zou duren om een bom met een explosieve kracht van 1,8 ton TNT te maken en dat de kosten ongeveer 5 miljoen pond Sterling zouden bedragen. Hoewel de kosten en de tijdsduur door de commissie te kort werden ingeschat, vormde deze resultaten toch de basis voor later onderzoek in de Verenigde Staten. Het Manhattan-project Albert Einstein schreef in augustus 1939 een brief naar de regering van de Verenigde Staten om hen te overtuigen van het belang van de kernsplijting en om te wijzen op de noodzaak een onderzoek te stimuleren. Ook wees Einstein op het mogelijke gevaar van een uraniumbom. Naar aanleiding van deze brief werd een adviescommissie aangesteld. WO II stond op het punt uit te breken en men was op de hoogte van het feit dat ook in Duitsland de mogelijkheden van kernsplijting werden onderzocht. De adviescommissie werd dus vooral ingesteld met het oog op het militaire belang in de toekomst. Er werden een aantal rapporten gepresenteerd, die veel pessimistischer waren dan de Engelse MAUD-rapporten. Deze hadden echter zoveel invloed dat op 6 december 1941 het Manhattan-project officieel van start ging. Het doel van dit project was om zo snel mogelijk een atoombom te produceren. Toen de VS enkele dagen door de Japanners bij Pearl Harbour werd aangevallen en de VS betrokken raakte met Japan en Duitsland, werd de wil om Duitsland voor te blijven bij de ontwikkeling van een kernbom op slag veel groter. Het Manhattan-project werd nu vooral op één plaats geconcentreerd, in Los Alamos, onder toezicht van generaal Grooves. Robert Oppenheimer werd wetenschappelijk directeur van het project. De eerste wetenschappers kwamen op maart 1943 aan. Het project was van een geweldige omvang en werd diep geheim gehouden. De meeste van de 150.000 mensen die eraan meewerkten, wisten niet eens waar ze aan meewerkten. De productie voor de bommen begon in januari 1945 en in juli van dat jaar had men genoeg materiaal voor 1 à 2 bommen bij elkaar. Omdat men niet precies wist wat een explosie van een kernbom tot gevolg zou hebben, werd besloten om op 16 juli 1945 een proefexplosie plaats te laten vinden. Bij deze explosie bij het militaire vliegveld Alamogordo, in New Mexico, werd de gigantische omvang van de ontploffing van een kernbom duidelijk. De Tweede Wereldoorlog was inmiddels afgelopen, en de vraag was, wat er met de vervaardigde atoombommen moest gebeuren. De toenmalige minister van Oorlog, Henry Stimson, moest met zijn commissie een advies geven en hij kwam tot de conclusie dat de bom gebruikt moest worden tegen Japan, om zo snel een einde te maken aan de oorlog. Een aantal betrokkenen ging hiertegen in verzet en stelde voor eerst te dreigen en een voorbeeld te stellen door een atoombom in bijvoorbeeld een woestijn te laten ontploffen. Dit advies werd echter genegeerd en er werd besloten de bom tegen Japan te gebruiken zonder van te voren enige waarschuwingen te geven. Japan was al voor de eerste bom hoogst waarschijnlijk bereid om te capituleren, maar aangezien er veel geld in het Manhattan-project was geïnvesteerd, was naast de reden Japan te dwingen tot overgave ook het daadwerkelijk testen van de bommen iets wat zeker een rol heeft gespeeld. Hiroshima en Nagasaki In augustus 1945 werden voor het eerst in de militaire geschiedenis atoombommen gebruikt. Met zware bommenwerpers werd een uraniumbom, "Little Boy", op Hiroshima tot ontploffing gebracht en een plutoniumbom, "Fat Man", op Nagasaki. Beide steden werden volledig verwoest en het aantal slachtoffers was groot. In Hiroshima overleden er ongeveer 150.000 van de 350.000 inwoners, in Nagasaki stierven er 70.000 mensen, ondanks het feit dat deze bom bijna twee keer zo krachtig was. Ook mensen die niet direct slachtoffer waren van de explosies werden later nog getroffen door een toen nog onbekende stralingsziekte, die veroorzaakt werd door het blootstaan aan een grote dosis radioactiviteit. Duizenden mensen die de explosie zelf hadden overleefd stierven enkele weken na de ontploffing in augustus alsnog aan deze ziekte. De Koude Oorlog De Koude Oorlog is de periode van 1947 tot 1990 waarin er sprake was van een zeer grote spanning tussen de grootmachten van de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie. Er was geen sprake van oorlog, maar ook niet van vrede. De beide landen gebruikte alle mogelijke middelen tegen elkaar, behalve direct wapengeweld. Kernwapens speelden een zeer grote rol tijdens de Koude Oorlog. In de wapenwedloop tussen de VS en SU werd vooral geprobeerd elkaar in kernwapens te overtroeven. De aanloop tot de Koude Oorlog begon al in de Tweede Wereldoorlog, tijdens de conferentie van Yalta in februari 1945. Tijdens deze conferentie bespraken Roosevelt, Stalin en Churchill de toekomst van Duitsland en Polen na de oorlog en de samenwerking in de oorlog tegen Japan. Ook werden er vage afspraken gemaakt over de invloedssferen van het naoorlogse Europa. In juli, een paar maanden na de capitulatie van Duitsland, vond de conferentie van Potsdam plaats. Hier werden de afspraken van Yalta verder uitgewerkt. Opvallend was de geringe bereidheid van Stalin om compromissen te sluiten met de andere politieke leiders. Stalin wilde zijn machtspositie niet opgeven en dit had tot gevolg dat er in de jaren daarna een steeds grotere kloof ontstond tussen de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie. Het kapitalisme van het Westen kwam loodrecht tegenover het communisme van de Sovjet-Unie te staan. Op 12 maart 1947 hield de president van de VS, Truman, een rede voor het Amerikaanse Congres. Daarin zei hij dat de Amerikaanse politiek gericht moest zijn op de steun van vrije volken, die zich verzetten tegen gewapende minderheden of tegen krachten die van buitenaf hun gezag proberen te ondermijnen. Truman wilde zo de stabiliteit in de wereld bevorderen. De zogenaamde ‘Trumandoctrine’ was hiermee geboren. Deze doctrine bevatte de uitgangspunten van de Amerikaanse buitenlandse politiek tijdens de Koude Oorlog. Er begon een hevige wapenwedloop tussen de VS en de Sovjet-Unie. In de eerste fase van de Koude Oorlog, die duurde van 1947 tot en met 1963, werd gezocht naar een nieuwe machtsevenwicht, waarbij de spanningen vaak hoog opliepen. Amerika begon in feite al in de Tweede Wereldoorlog met machtsvertoon, toen ze de atoombom op Nagasaki gooiden. Japan was toen al, zeker na de explosie op Hiroshima, bereid om te capituleren. Met de bom op Nagasaki liet de VS dus eigenlijk nog een keer hun eigen militaire grootsheid zien. De Sovjet-Unie liet op 29 augustus 1949 voor het eerst een testexplosie met een splijtingsbom plaatsvinden. De Verenigde Staten reageerden hier zeer geschrokken op en beseften dat ze hun monopoliepositie kwijt waren. Op 31 januari 1950 gaf president Truman de opdracht aan het Atomic Energy Commission (AEC) om het werk aan alle soorten atoomwapens voort te zetten, ook het onderzoek naar waterstofbom. Er ontstond een hevige discussie over het wel of niet ontwikkelen van deze waterstofbom, omdat deze nog veel explosiever zou zijn dan een atoombom. Uiteindelijk werd toch besloten tot verder onderzoek en op 1 november 1952 vond de eerste proefexplosie met de waterstofbom plaats, waarbij bleek dat deze duizend keer explosiever was dan de Hiroshimabom. In 1949 werd de NAVO opgericht, een samenwerkingsverband van een aantal westerse landen op militair gebied, met de VS als belangrijkste lid. Rusland kwam in 1955 met een tegenhanger; het Warschaupact, waarbij een aantal communistische landen op militair gebied samen gingen werken, met Rusland uiteraard als belangrijkste lid. Hierdoor werd de scheiding tussen Oost en West nog groter. In 1962 dreigde Amerika met een kernoorlog, toen de SU raketten geïnstalleerd bleek te hebben op Cuba. De SU trok zich vervolgens terug. Dit incident staat bekend als de Cubacrisis, waarbij een kernoorlog dichterbij dan ooit leek. Na de Cubacrisis brak er een periode van ontspanning aan. Beide blokken accepteerden het machtsevenwicht in Europa en er werden een aantal verdragen gesloten tussen de VS en de SU, die wat druk van de ketel haalden. Zo sloten de VS en de SU in 1963 een Kernstopverdrag, waarbij bovengrondse kernproeven werden verboden. Vijf jaar later, in ’68, sloten de landen het Non Prolifiratie Verdrag, waarin verdere verspreiding van kernwapens werd tegengegaan. Tijdens het SALT1 akkoord (Strategic Arms Limitation Talks) werd afgesproken het aantal atoomraketten te beperken. De eindfase van de Koude Oorlog werd gekenmerkt door een harde politiek van president Reagan. Hij voerde de bewapening van de NAVO op, dreigde met de plaatsing van kernraketten als onderhandelingen en lanceerde een nieuw kernwapenprogramma. De SU was daarentegen zowel financieel als economisch niet in staat de bewapening verder op te voeren. Toen Gorbatsjov president van Rusland werd, probeerde deze te onderhandelen met Reagan en zijn opvolger Bush. Er vonden een aantal topontmoetingen plaats. In 1989 vond er zo’n topontmoeting plaats op Malta tussen Bush en Gorbatsjov, waarbij ze verklaarden dat de Koude Oorlog voorbij was. Het totale aantal kernwapens liep in Rusland op tot 45.000 en in de Verenigde Staten tot ongeveer 25.000 kernwapens in 1986. Daarna begonnen beide landen met een sterke ontwapening, hoewel zowel de VS als de SU nog steeds beschikking hebben over een redelijk groot aantal kernwapens.
Andere ontwikkelingen Niet alleen Amerika en Rusland waren na de Tweede Wereldoorlog in het bezit van kernwapens. Ook andere landen deden onderzoek en ontwikkelden kernwapens. Na 1945 ontstonden er vijf grote kernmogendheden in de wereld: de Verenigde Staten, Rusland, China, Groot-Brittannië en Frankrijk. Daarna ontwikkelden ook Oekraïne, Pakistan, India en Israël zich tot kernstaten. Daarnaast zijn er nog een aantal landen die in staat zijn een atoombom te maken, de zogenaamde ‘drempelstaten’. Hieronder vallen onder andere Iran, Irak, Libië en Noord-Korea. Kernproeven De Sovjet-Unie heeft tijdens de Koude Oorlog 207 bovengrondse en 508 ondergrondse kernproeven gedaan. Het effect dat dit had op het milieu en de bevolking bleef lange tijd onbekend. De overheid verklaarde dat er niets aan de hand zou zijn. Ook Amerika heeft tijdens de Koude Oorlog een groot aantal kernproeven gedaan. Alleen al in de Nevada woestijn werden meer dan duizend bovengrondse proeven uitgevoerd. Na 1963 ging men verder met ondergrondse proeven, waarbij de belangen en rechten van de Indianen uit het betreffende gebied volledig werden genegeerd. In 1954 deed de VS een bovengrondse kernproef op de Marshall-eilanden in de Pacific, zonder medeweten van de omringende bevolking. Het effect dat deze kernproef op de bevolking had werd uitvoerig bestudeerd. Frankrijk voerde van 1960 tot en met 1996 ruim tweehonderd kernproeven uit. Met name de zes ondergrondse kernproeven die bij Mururoa in 1995 en 1996 werden gedaan riepen veel protest op. De hele wereld was op de hoogte van de schade die toegedaan zou worden op het milieu en de bevolking van de Pacific. Het doel van de kernproeven was een verdere verbetering van de Franse kernwapens, die op termijn een rol zouden kunnen spelen bij een Europese defensie van Europese massavernietigingswapens. Groot-Brittannië heeft door de jaren heen een groot aantal bovengrondse kernproeven uitgevoerd. Deze proeven werden gedaan in het Aboriginal-gebied in Australië. Ook hier was de omringende bevolking het slachtoffer van de proeven. India en Pakistan leven al lange tijd met elkaar op gespannen voet als gevolg van een conflict over een stuk land in Kasjmir. Beide landen zijn in het bezit van kernwapens en beide landen hebben herhaaldelijk kernproeven gedaan om elkaar af te schrikken. Er is sprake van een wapenwedloop, waarbij de spanningen steeds hoger oplopen. De laatste kernproeven werden gedaan in 1998. In 1996 ondertekenden 133 landen het Algemeen Kernstop Verdrag. Belangrijke kernwapenstaten hebben het verdrag echter vooralsnog niet bekrachtigd. Onder deze landen vallen de Verenigde Staten en Rusland. India en Pakistan hebben het verdrag helemaal niet ondertekend. Bijna inzetten van atoombom
In de Koude Oorlog hebben zowel de politieke leiders van de VS als de SU een aantal keer overwogen een atoombom in te zetten. Tijdens de Cubacrisis was de kans op een nucleaire oorlog groter dan ooit, maar ook na de Koude Oorlog heeft men het inzetten van een atoombom overwogen. Deze gebeurtenissen worden meestal geheim gehouden en komen pas veel later aan het licht. Zo werden in 1994 kernraketten op het vliegdekschip Clemenceau in paraatheid gebracht, nadat Franse VN-militairen in Bosnië in de problemen waren gekomen. De raketten zouden mogelijkerwijs worden ingezet op Voormalig Joegoslavië. Op 25 januari 1995 verscheen er een raket op het scherm van een radarstation, dat werd opgevat als een mogelijke aanval op Rusland. Toenmalig president Jeltsin werd op de hoogte gebracht en hij gaf toestemming de procedure te starten om kernraketten af te vuren voor een nucleaire tegenaanval. Twee minuten voordat deze procedure daadwerkelijk in werking zou worden gesteld, kwam het bericht binnen dat de ‘vijandelijke’ raket eigenlijk een Noorse onderzoeksraket was, die geen bedreiging voor Rusland vormde. Kernfysica: Onze mening J.C. Crol Moeten we alle kennis die we hebben toepassen, naar buiten brengen en verder ontwikkelen, of is het in sommige gevallen beter om bepaalde ontdekkingen geheim te houden of zelfs te vernietigen? En welke rol is bij een dergelijke kwestie weggelegd voor de wetenschappers en wat moet er overgelaten worden aan de politieke leiders? De kernfysica is misschien wel het belangrijkste voorbeeld van een dergelijk dilemma. In de twintigste eeuw is de kernfysica in zeer korte tijd sterk ontwikkeld. De kernfysica werd toegepast op verschillende manieren. Het is de vraag of de mogelijkheden die de kernfysica ons biedt ook zomaar toegepast mogen worden. Kernfysica heeft geleid tot de ontwikkeling van de atoombom en de waterstofbom. De atoombom is het eerst gebruikt in Japan in 1945. Twee bommen werden tot ontploffing gebracht in Hiroshima en Nagasaki. Deze actie had duizenden slachtoffers tot gevolg. Reden voor deze militaire actie van de VS was om Japan te dwingen tot overgave en ook het testen van een atoombom en machtsvertoon speelden hierbij een rol. De vraag is natuurlijk of deze redenen opwogen tegen de levens van duizenden onschuldige burgers die verloren gingen. Naar mijn mening moet een leger zoveel mogelijk uitgevecht worden door militaire legers en moeten de burgers zo goed als mogelijk buiten de strijd gehouden worden. Een atoombom verwoest in één klap een heel groot gebied en maakt daarbij uiteraard geen onderscheid tussen militaire- of burgerdoelen. Het gooien van zo’n bom op een grote stad vind ik dan ook onaanvaardbaar, omdat zich in een stad een groot aantal mensen in een relatief klein gebied bevinden. Bovendien zijn dan vooral de onschuldige burgers het slachtoffer. Om dan nog maar te zwijgen van de generaties die volgen, die zelf niets meer te maken hebben met de oorlog, maar wel geboren zijn met een ernstige handicap als gevolg van radioactieve straling. Maar als het gebruik van een kernbom onaanvaardbaar is, mogen landen dan wel kernbommen bezitten, kunnen ze wel dreigen met het inzetten ervan en is het dan wel juist om kernproeven uit te voeren? Er bestaat altijd het gevaar dan het bezit van gevaarlijke wapens van landen uitloopt op een wapenwedloop, zoals het geval was tussen de VS en de Sovjet-Unie in de Koude Oorlog. Hoewel deze landen na de Koude Oorlog beiden sterk ontwapend zijn, zijn ze nog steeds in het bezit van een groot aantal kernwapens. Ook andere grootmachten hebben de beschikking over kernbommen. Aan de ene kant zorgt dit natuurlijk voor spanningen, zoals tussen de VS en Irak, maar aan de andere kant geloof ik dat landen veel minder snel op een conflict zullen aansturen wanneer ze zich bewust zijn van de schade die veroorzaakt wordt door kernbommen. Een wereld zonder kernbommen lijkt nu eenmaal niet meer waarschijnlijk. Veel landen zijn niet bereid om deze wapens te ontmantelen. Dit is misschien niet juist, maar het is wel de realiteit. Ik ben dan ook niet fel tegen het bezit van kernwapens; zolang men er maar op een ingetogen manier mee omgaat en alleen in het uiterste geval gedreigd wordt met het inzetten ervan. Kernproeven daarentegen vind ik onacceptabel. Men weet wat een atoombom kan aanrichten. Het tot ontploffing brengen van een nieuw soort atoombom om te kijken wat deze nieuwe bom aanricht vind ik geen excuus. De atoombommen die op dit moment bestaan hebben al genoeg desastreuze gevolgen. Verdere ontwikkeling van de atoom- of waterstofbom acht ik ook niet nodig. Ik twijfel er niet aan dat de wetenschap nog veel zwaardere bommen kan ontwikkelen, maar zolang deze bommen niet bestaan is ook het risico van het gebruik van deze wapens niet aanwezig. Kernproeven zijn dus eigenlijk niets meer dan puur machtsvertoon en de grote schade die hierbij veroorzaakt wordt is veel belangrijker dan het doel dat met de proeven bereikt wordt. Vaak blijkt ook dat overheden totaal geen rekening houdt met de bevolking die nabij het proefgebied woont. De bevolking is vaak niet op de hoogte gebracht van de risico’s waaraan ze zijn blootgesteld. In 1996 werd door een groot aantal landen het kernstopverdrag gesloten. Deze landen spraken af geen kernproeven meer uit te voeren. Helaas worden er toch nog kernproeven gedaan. Kernfysica kan echter ook voor hele andere doeleinden gebruikt worden, bijvoorbeeld voor het opwekken van energie. Kerncentrales hebben doorgaans een slechte naam, omdat er bij het opwekken van energie radioactief afval overblijft, dat vooralsnog niet verwerkt kan worden. Ook bestaat er natuurlijk het risico dat er een hoge dosis van radioactiviteit vrijkomt als er iets misgaat in de kerncentrale. Wegen de nadelen van kernenergie op tegen de voordelen, of is het juist andersom? Onze fossiele brandstoffen raken een keer op en dus moet er gezocht worden naar een andere oplossing. Zonne-energie en windenergie zijn voorbeelden, maar met deze middelen kan nooit zoveel energie opgewekt worden als met fossiele brandstoffen. Een kerncentrale produceert ongelooflijk veel energie. Met veertig kerncentrales zou ons hele land in principe van voldoende energie te voorzien, terwijl we als we ons hele land vol zouden zetten met windmolens nog lang niet genoeg energie zouden hebben. Ik vind dan ook dat kernenergie niet meteen afgeschreven moet worden, omdat er een aantal risico’s aan verbonden is. Natuurlijk schrikt een ramp zoals in Tsjernobyl de mensen af. Het is waar dat, als er eenmaal iets fout gaat in de centrale, de gevolgen ook vaak zeer ernstig zijn. De kans dat er iets fout gaat is echter heel klein, omdat er heel veel veiligheidsmaatregelen zijn bij kerncentrales. Het radioactief afval dat overblijft vormt nog steeds een groot probleem, en er zal intensief gezocht moeten worden naar een oplossing voor dit probleem. Kerncentrales zorgen bovendien niet alleen voor energie, maar er kunnen tegenwoordig ook bepaalde isotopen geproduceerd worden die gebruikt worden bij de behandeling van kanker. Dit is uiteraard een hele positieve ontwikkeling en hierom des te meer reden om verder te gaan in het ontwikkelen van kerncentrales. De kernfysica heeft een zeer grote invloed gehad op de ontwikkelingen van de afgelopen decennia. Enerzijds heeft het geleid tot de ontwikkeling van de atoombom, waarmee zowel in oorlog als met proeven veel ellende werd veroorzaakt. Anderzijds heeft het geleid tot het ontstaan van de kerncentrale, waarmee veel energie opgewekt kan worden en waarmee een bijdrage wordt geleverd aan het bestrijden van kanker. Het is duidelijk dat de kernfysica ons vele mogelijkheden biedt. Wetenschappers zullen het onderzoek naar kernfysica voortzetten en men zal moeten proberen hun ontdekkingen op een positieve wijze te gebruiken. H.F. Bontje De wereld ondergaat veel ontwikkelingen. Allerlei gebruiksvoorwerpen worden uitgevonden, ziektes worden ontdekt en genezen, theorieën over het ontstaan van de aarde en het heelal worden bedacht en men weet steeds meer over de bouw en structuur van de mens. De kernfysica is één van deze ontwikkelingen. Honderd jaar geleden werd de Röntgenstraling ontdekt en mede door die ontdekking stierven in de Tweede Wereldoorlog in Hiroshima en Nagasaki 220.000 mensen, omdat de VS atoombommen op die plaatsen gooiden. Uit kernfysica zijn zowel goede als slechte dingen ontstaan. Door de röntgenstraling en de bestralingskuren op mensen met kanker, kunnen mensen van hun ziekte genezen. Kernenergie is een energiebron die in overvloed aanwezig is. De kernbommen op Hiroshima en Nagasaki, en de kernramp in Tsjernobyl hebben zeer veel slachtoffers tot gevolg gehad. Ik denk dat met kernfysica zeer veel dingen bereikt kunnen worden. Het is niet meer weg te denken in ons bestaan. Maar toch moet er zeer voorzichtig mee om worden gesprongen, omdat een nieuwe uitvinding in de kernfysica zeer grote gevolgen kan hebben. Maar moeten wij, als de mogelijkheid daartoe is, tot het uiterste gaan? Dit lijkt mij niet. De kernbommen van de VS op Japan waren té erg. Ze waren de eerste kernbommen die werden uitgeprobeerd op menselijke doelen en daardoor was Japan een soort proefkonijn, om te kijken wat er zou gebeuren, wat die twee bommen voor gevolgen zouden hebben. Maar deze bommen met deze gevolgen waren niet nodig geweest. Ook door andere middelen had de VS Japan kunnen aanvallen, maar dan zonder zo’n lange nasleep en zulke grote gevolgen. Ik vind niet dat een land bepaalde wapens op een ander land uit mag testen, zonder de precieze gevolgen ervan te weten. Kernenergie is een duurzame energiebron. Het raakt niet op, in tegenstelling tot organische brandstoffen als kolen en aardgas. Om het nog goedkoper en veiliger te maken, moet veel onderzoek worden gedaan naar kernreacties en kernenergie. Hierbij moeten echter wel voortdurend de veiligheid van de omgeving in de gaten worden gehouden. De ramp van Tsjernobyl bijvoorbeeld mag niet nog een keer gebeuren. Na de aanslag van terroristen op het World Trade Center in de VS, waren veel mensen in westerse landen bang voor een aanval door vliegtuigen op de kerncentrales. Dit zou een grote ontploffing veroorzaken, met alle gevolgen van dien. Ik denk dat het goed is dat deze angst er was, omdat iedereen daardoor nog eens opnieuw met de neus op de feiten werd gedrukt over de nadelen van kernenergie. In de toekomst zullen wetenschappers met de bouw van kerncentrales ook met deze factor rekening houden. Door de kernfysica is ook de medische wetenschap vooruitgegaan. Tumoren bijv. kunnen worden bestraald, waardoor ze in veel gevallen verdwijnen. Ook hier wordt veel onderzoek naar gedaan. Om zieken nog beter te kunnen helpen, worden alle mogelijke mogelijkheden onderzocht en uitgeprobeerd. Maar ook deze goede ontdekking en vooruitgang kan vervelende gevolgen hebben, er kan misbruik van worden gemaakt. Stel nou dat over een aantal jaar een manier wordt ontdekt om een ongeboren baby’tje blauwe ipv. bruine ogen mee te geven, door het de hele zwangerschap door elke week te laten bestralen. Dat is natuurlijk ontzettend fijn voor de ouders als die dat eenmaal wensen, maar het is niet nodig voor de gezondheid van het kindje. Deze gaat misschien alleen maar achteruit van al die straling die het krijgt. Ik vind dat zolang straling wordt gebruikt voor de gezondheid van mensen, het bijna altijd mag worden gebruikt. Zodra het echter overbodig wordt, niet meer. Want als je dat soort dingen wel toe staat, kan er misbruik van worden gemaakt en wordt niemand daar meer beter van, behalve degenen die er geld voor krijgen. Zolang er goed op wordt gelet en goed wordt omgesprongen met veiligheid, mag er van mij een heleboel. Kernproeven kunnen erg nuttig zijn, omdat daardoor nieuwe mogelijkheden en bijkomstigheden worden ontdekt. Maar zodra dit blijvende invloed heeft op die omgeving, zonder dat dit voorkomen op verholpen kan worden, ben ik er tegen. Kortom, wetenschappers en onderzoekers maar ook de overheden van landen moeten goed nadenken wat voor gevolgen hun gebruik van kernfysica kan hebben en dit in de gaten houden. Veiligheid van de wereld met al haar bewoners heeft bij mij voorrang, en dit gaat boven alle ‘voordelen’ als het winnen van een oorlog.
Conclusie De onderzoeksvraag van onze praktische opdracht was: ‘Hoe is kernfysica sinds de ontdekking ervan gebruikt en ontwikkeld?’ We hebben hier uitgebreid onderzoek naar gedaan en zijn veel te weten gekomen over de mogelijkheden die de kernfysica ons biedt en hoe deze de laatste decennia in de wereld zijn benut. We hebben in deze praktische opdracht ook veel aandacht besteed aan onze eigen opvattingen over kernfysica. Omdat we ons eerst hadden verdiept in de mogelijkheden en de geschiedenis van de kernfysica is onze mening over kernfysica redelijk veranderd. We vonden het vooral schokkend te ondervinden dat regeringen van kernmachten vaak roekeloos omgaan met kernproeven en veiligheid van de omringende bevolking. We zijn allebei van mening dat die veiligheid juist voorop moet staan. De onderzoeksvragen die we van tevoren hadden opgesteld, besloegen een breed gebied, zodat we niet al te moeilijk informatie over dit onderwerp konden vinden. Onze hoofd- en deelvragen zijn voor ons gevoel voldoende beantwoord. Onze samenwerking is prima verlopen. Onze taakverdeling bleek goed in verhouding te zijn en was bovendien heel goed afgestemd op onze profielen. Heleen (N&G) heeft zich vooral in de technische kant van kernfysica verdiept en Jacobien (E&M) meer in de geschiedenis ervan. Kernfysica is een zeer interessant onderwerp, zowel op wetenschappelijk als ethisch gebied en het was leerzaam om ons in beide aspecten te verdiepen. Bronvermelding A. Pais Einstein woonde hier New York, 1994
A. Bos Sfinx, geschiedenis voor de tweede fase Zutphen, 1998
http://www.onsverleden.net/index09.htm
http://www.vredesmuseum.nl/t_illeg/paneel6.html
http://www.greenpeace.org/~nl/klimaat_energie/11atoomproeven.shtml
http://www.kcd.nl/images/kernsplijting/kernsplijting.jpg
http://gallery.uunet.be/Lode.Stevens/atoom.gif
http://www.nrg-nl.com/public/abc/abc_boek.html
http://www.scholieren.com
http://www.eia.doe.gov/kids/non-renewable/ reactor.gif
http://www.tu-harburg.de/rzt/rzt/it/sofie/albert14.gif
http://www.stichtingleefmilieu.be/middenkrant/ images/elementen.gif
http://www.nrg-nl.com/public/hfrvisit/index_en.html
http://www.amd.uu.nl/straling/ RADIOACT.jpg

http://serendipity.nofadz.com/more/i4a.jpg
http://www.anusha.com/poll-cli.htm