Wat is Kernsplijting? — Natuurkunde

Definitie 33.11 Natuurkunde bovenbouw · Hoofdstuk 33 — Kernenergie: splijting, fusie, E=mc2

Kernsplijting is het uiteenvallen van een zware kern in twee middelgrote brokstukken. Uranium-235 is splijtbaar: een traag neutron dat wordt opgenomen, laat de kern zo opgewonden achter dat ze in tweeën scheurt en daarbij twee of drie verse neutronen uitspuwt — ${}^{1}_{0}\mathrm{n} + {}^{235}_{92}\mathrm{U} \to \text{twee brokstukken} + 2\text{--}3\;{}^{1}_{0}\mathrm{n}$ , met een paar dat van splijting tot splijting wisselt.

Voorbeelden

Voorbeeld 33.12 (Eén splijting, gewogen)

Eén veelvoorkomende route, volgens Methode 33.7:

{}^{1}_{0}\mathrm{n} + {}^{235}_{92}\mathrm{U} \longrightarrow {}^{94}_{38}\mathrm{Sr} + {}^{140}_{54}\mathrm{Xe} + 2\,{}^{1}_{0}\mathrm{n}.

Ervóór: $1.00866 + 234.99350 = 236.002\,16\,\mathrm{u}$ . Erna: $93.89450 + 139.89200 + 2 \times 1.00866 = 235.803\,82\,\mathrm{u}$ . Dus is $\Delta m = 0.198\,34\,\mathrm{u}$ en $E \approx 185\,\mathrm{MeV}$ ; tel je de latere vervallen van de radioactieve brokstukken mee (Hoofdstuk 32), dan is elke kernsplijting ongeveer $200\,\mathrm{MeV}$ waard — terwijl één atoom steenkool voor enkele $\mathrm{eV}$ te koop is.

Voorbeeld 33.17 (D–T, gewogen)

Ervóór: $2.01355 + 3.01550 = 5.029\,05\,\mathrm{u}$ ; erna: $4.00151 + 1.00866 = 5.010\,17\,\mathrm{u}$ ; dus $\Delta m = 0.018\,88\,\mathrm{u}$ en $E \approx 17.6\,\mathrm{MeV}$ , waarvan vier vijfde op het neutron — minder dan een kernsplijting, maar uit vijf nucleonen in plaats van $236$ : ongeveer $3.4 \times 10^{14}\,\mathrm{J}$ per kilogram brandstof, vier keer de splijting. Helium-4 (Voorbeeld 33.6) is opnieuw de as.

Voorbeeld 33.21 (De energieladder, per kilogram)

Energie per kilogram brandstof: steenkool, $3.0 \times 10^{7}\,\mathrm{J}$ ; uranium-235 door kernsplijting, $8.2 \times 10^{13}\,\mathrm{J}$ ; deuterium–tritium door kernfusie, $3.4 \times 10^{14}\,\mathrm{J}$ ; volledige omzetting ( $E = mc^2$ ), $9.0 \times 10^{16}\,\mathrm{J}$ . Zes ordegrootten scheiden de chemie van de kern — de reden dat een reactor per vrachtwagen wordt bevoorraad en een kolencentrale per goederentrein.

Lees in het hoofdstuk →