Milieu-encyclopedie

Oosthoek milieu-encyclopedie

Gepubliceerd op 01-12-2020

kernenergie

betekenis & definitie

samenvattende benaming voor technieken om energie te winnen met behulp van kernreacties. De energie afkomstig van de kernreacties wordt omgezet in warmte, die op dezelfde manier als in conventionele elektrische centrales wordt omgezet in elektriciteit.

De warmte kan ook gebruikt worden om schepen voort te stuwen. Vooral bij de Amerikaanse en Russische marine zijn nucleaire oorlogsschepen in de vaart, waaronder kernonderzeeërs, maar ook door kernenergie voortgestuwde ijsbrekers. De koopvaardijschepen met kernvoortstuwing, de Amerikaanse Savannah en de Duitse Otto Hahn, zijn vanwege de hoge exploitatiekosten uit de vaart genomen.De kernenergie zoals die wordt toegepast, is gebaseerd op kernsplijting. De kern van een uraanatoom, die is opgebouwd uit protonen en neutronen, wordt beschoten met een neutron, waardoor die kern in twee brokstukken uiteenvalt, de splijtingsprodukten. Bij deze kernsplijting komen 2—3 neutronen vrij, die op hun beurt weer andere atoomkernen kunnen splijten. Op deze wijze kan een kettingreactie op gang gebracht worden. Als er per tijdseenheid evenveel nieuwe neutronen gevormd worden als er voor splijtingen verbruikt worden en aan de brandstofmassa ontsnappen, stelt zich een evenwicht in. Bij het splijtingsproces blijkt massa verdwenen te zijn, d.w.z. de totale massa van de uraankern plus het neutron voor de reactie is groter dan de totale massa van alle splijtingsprokernenergie.

De kemdukten na de reactie. De verdwenen mascentrale bij Doel aan sa, het massadefect, is omgezet in energie. de Schelde In de natuur komen twee uraanisotopen voor (d.w.z. uraankernen met hetzelfde aantal protonen, maar verschillende aantallen neutronen; chemisch zijn de verschillende isotopen van hetzelfde element niet te onderscheiden). U-235 (92 protonen en 143 neutronen) is splijtbaar, U-238 (92 neutronen en 146 neutronen) niet.

Slechts 0,7 % van het natuurlijke uraan bestaat uit U-235. Om in een kernreactor gebruikt te worden moet het uraan eerst verrijkt worden tot een gehalte van 3 % U-235. In Nederland gebeurt dit bij de NV Ultra-Centrifuge Nederland in Almelo.

Het verrijkt uraan wordt opgeborgen in lange metalen staven, de splijtstofelementen.

De neutronen die het U-235 moeten splijten, mogen niet een te hoge snelheid hebben. Daarom worden zij in een stof, de moderator, afgeremd. Veel gebruikte moderators zijn water (H20) en zwaar water (D20, deuteriumoxide). De splijtingsproducten vliegen na de reactie met snelheden van 10000—15000 km/s weg, maar worden binnen enkele micrometers afgeremd. Deze bewegingsenergie wordt omgezet in warmte. Die warmte wordt via de metalen wand van het splijtstofelement aan het koelwater afgegeven.

In een zgn. kokend-waterreactor gaat het koelwater over in stoom, waarmee een turbine aangedreven wordt. In een drukwaterreactor wordt de warmte van het koelwater, dat onder druk staat en dus niet in stoom over kan gaan, in een warmtewisselaar aan een tweede watercircuit afgestaan, waarin stoom ontstaat die weer een turbine aandrijft. De turbine is gekoppeld aan een generator, waarin de elektriciteit opgewekt wordt.

De warmteproduktie van een kernreactor wordt geregeld met behulp van regelstaven, die bestaan uit neutronenabsorberend materiaal. Als de regelstaven tussen de splijtstofelementen geschoven worden, neemt het aantal neutronen in de splijtstofelementen af, en daarmee het aantal kernreacties.

Een andere vorm van kernsplijtingsenergie maakt gebruik van de → kweekreactor. Hierin wordt als brandstof sterk verrijkt uraan of plutonium gebruikt. Uit het U238 wordt Pu-239 gevormd dat ook splijtbaar is.

Kernsplijtingsreacties verbruiken een brandstof (uraan, plutonium), waarvan in principe slechts eindige voorraden op aarde zijn. Kernsplijtingsenergie kan dus slechts gedurende beperkte tijd een bijdrage leveren aan de energievoorziening. Dit bezwaar heeft een principieel andere vorm van kernenergie, de → kernfusie. niet. Hierbij worden twee lichte atoomkernen samengesmolten tot een zwaardere kern; ook daarbij treedt een massadefect op dat omgezet kan worden in elektriciteit. Als brandstof komt m.n. een mengsel van deuterium en lithium in aanmerking. Deuterium is een waterstofisotoop bestaande uit één neutron en een proton en komt voor in een klein percentage in zeewater en is dus in vrijwel onbeperkte hoeveelheden voorradig.

Ook lithium is in ruime mate (o.a. in zeewater) aanwezig. Kernfusie lijkt dan ook een aantrekkelijke manier van energievoorziening, maar de technische problemen rond de kernfusie zijn enorm. Ondanks grote en kostbare inspanningen in vele landen (o.a. de bouw van proefreactoren als de JET (Joint European Torus) in Groot-Brittannië, ziet het er niet naar uit dat praktische toepassing van kernfusie voor de energievoorziening binnen enkele decennia gerealiseerd zal worden.

Kernenergie werd aanvankelijk verwelkomd als de toekomstige, schone energiebron. De verwachtingen over de ontwikkeling hiervan waren hooggespannen. Sinds het begin van de jaren zeventig is echter het verzet tegen kernenergie sterk gegroeid in vrijwel alle westerse industrielanden. De bezwaren uit de samenleving richten zich m.n. op de gevaren van de radioactieve straling, de nog niet bevredigend opgeloste problematiek van de opslag en verwerking van het radioactief afval en het probleem van de verspreiding van kernwapens.

De straling van een kerncentrale in normaal bedrijf is vanwege de zeer strenge eisen die gesteld worden, zeer klein en vele malen minder dan de achtergrondstraling overal op aarde (afkomstig van de aarde, bouwmaterialen en de kosmische straling). Bij een ongeval kunnen echter ongecontroleerd grote hoeveelheden radioactiviteit vrijkomen met mogelijk ernstige gevolgen. Bij de ongevallen die zich tot op heden hebben voorgedaan, zijn echter nooit grote hoeveelheden ontsnapt (→ Harrisburg). De vraag is hoe groot de kans is op een ernstig ongeval. Met behulp van risico-analyse is gepoogd de kans te berekenen. De resultaten van die berekeningen zijn controversieel, m.n. omdat moeilijk of niet te meten factoren daarin een zeer grote rol spelen.

De afvalproblematiek is nog niet bevredigend opgelost en er zijn verschillende voorstanders van kernenergie die menen dat als dit probleem niet opgelost kan worden, dat dan afgezien moet worden van kernenergie (→ radioactief afval). Het is onwaarschijnlijk dat de verspreiding van atoomwapens, die het gevolg kan zijn van het feit dat meer landen over uraan en plutonium en kerntechnologie gaan beschikken, is tegen te houden. Men heeft getracht de verspreiding tegen te gaan door het opstellen van het zgn. Non-Proliferatieverdrag. Maar niet alle landen, waaronder Frankrijk, China en India, hebben dit verdrag ondertekend. In Nederland heeft de weerstand geleid tot het niet verder bouwen van kerncentrales en tot het besluit de brede maatschappelijke discussie te houden, waarin m.n. de rol van de kernenergie aan de orde zal komen.

In Nederland staan twee kerncentrales. Bij Dodewaard is sinds 1968 een kleine centrale met een kokend-waterreactor in bedrijf, en sinds 1973 staat bij Borssele een centrale met een drukwaterreactor. In België zijn vijf kerncentrales in bedrijf, (drie in Doel en twee in Tihange), zijn twee centrales in aanbouw en zijn er nog twee gepland.

Litt. J.D.Fast, Energie uit atoomkernen (1980).