(zie ook atoom en atoombom) is energie, welke kan worden vrijgemaakt door middel van processen, waarbij de atoomkernen transformaties ondergaan (z kernfysica), zodat nieuwe atomen worden gevormd. Per atoom genomen is de energie, die bij deze kernreacties in het spel is, van de orde millioen maal zo groot als die welke bij chemische reacties optreedt, waarbij slechts veranderingen plaats grijpen in de buitenste delen der electronenstelsels (z atoommodel) van de atomen of moleculen.
Daarentegen is de kans op een ontmoeting van twee atoomkernen, zodanig dat zij met elkaar een kernreactie kunnen aangaan, van de orde 100 millioen maal kleiner dan de kans op een ontmoeting van twee atomen of moleculen, zodanig dat zij met elkaar een chemische reactie kunnen aangaan. Het gevolg hiervan is, dat kernreacties slechts onder zeer bijzondere omstandigheden kunnen dienen tot het winnen van energie op grote schaal. Waarschijnlijk zijn deze omstandigheden verwezenlijkt op de zon en de sterren. Bij de zeer hoge temperaturen, die in het centrale gedeelte van de zon heersen (tot 20 millioen graden) hebben de atomen hun electronenstelsels vrijwel geheel verloren en bezitten de kernen zelf zodanige snelheden dat bij onderlinge botsingen kernreacties kunnen optreden. In het bijzonder moet men hierbij denken aan reacties van waterstofkernen, die een derde van de zonnematerie uitmaken, met andere lichte atoomkernen. Schattingen omtrent de energie die bij deze reacties kan vrijkomen leren, dat deze voldoende is om de voortdurende energie-uitstraling van de zon te verklaren.
Waarschijnlijk is met name van belang een cyclus van reacties, die van koolstof uitgaat en weer met koolstof eindigt en tot blijvend resultaat heeft de vorming van helium uit waterstof. Technisch is de vrijmaking der atoomenergie mogelijk geworden, door de ontdekking van de splijting van zware atoomkernen (O. Hahn, 1938) door middel van neutronen. Zij is verwezenlijkt in de atoombom en in de uraanzuil. De uraanzuil is in de laatste jaren van Wereldoorlog II ontwikkeld met het oog op de productie van plutonium, dat als materiaal voor de atoombom kan dienen. De uraanzuil bevat een hoeveelheid uraan in de vorm van blokjes of staven, op regelmatige afstanden ingebed in de moderator.
Deze dient om de neutronen te verlangzamen door de botsingen, die zij maken met de atoomkernen van het moderatormateriaal. Voor dit laatste komt vooral koolstof (grafiet) en zwaar water in aanmerking, evenals beryllium dat echter in metaalvorm te schaars is om gebruikt te kunnen worden. De verlangzaamde neutronen (zgn. thermische neutronen) bezitten nl. zeer waarschijnlijk de eigenschap de kernen van de isotoop uraan-235 te splijten, dat 1/139 deel van het uraan uitmaakt. Bij deze splijting ontstaan, behalve twee grote brokstukken (kernen der isotopen van twee middelzware elementen als barium, krypton enz.), die met grote energie wegvliegen, ook enige (2 à 3) neutronen. Deze splijtingsneutronen kunnen na in het moderatormateriaal vertraagd te zijn weer nieuwe splijtingen teweegbrengen, waarbij opnieuw neutronen ontstaan. Hierdoor ontstaat de mogelijkheid van het optreden van een zelfstandig verlopend kettingproces, zodra de winst aan neutronen door de splijtingsprocessen, het verlies door andere kernreacties en door diffusie naar buiten overtreft.
De hoeveelheid uraan, die nodig is om deze voorwaarde te verwezenlijken, bedraagt ten minste enige tonnen. Men kan de neutronen-intensiteit en daarmede de energieproductie regelen, door staven cadmium- of borium-staal, twee stoffen die de neutronen in sterke mate absorberen, meer of minder ver in daartoe in de moderator aangebrachte sleuven te schuiven. De uraanzuilen van de Hanford Engineer Works (Washington U.S.A.) bezitten een vermogen dat waarschijnlijk in de buurt van ½ tot 1 millioen kW ligt. De energie wordt hier niet nuttig gebruikt, doch afgevoerd in het koelwater, dat ontleend wordt aan de Columbia-rivier en daarin ook weer wordt teruggevoerd. Deze zuilen werden nl. niet gebouwd met het oog op de energiewinning, doch met het oog op de plutoniumproductie. De langzame neutronen kunnen nl. wanneer zij uraan-238, het hoofdbestanddeel van natuurlijk uraan, treffen, daarin worden geabsorbeerd, waardoor uraan-239 wordt gevormd, waaruit door twee achtereenvolgende radioactieve transformaties plutonium ontstaat.
Bij een vermogen van 1 millioen kW zal per dag ongeveer 1 kg uraan-238 in plutonium en ongeveer 1 kg uraan-235 in splijtingsproducten (middelzware elementen) worden omgezet. In principe zal het zeker mogelijk zijn deze uraanzuilen te gebruiken voor de energiewinning. Men zal de ontwikkelde warmte bijv. kunnen gebruiken om stoom te verhitten en met deze verhitte stoom een turbine te drijven. Met name kan de toepassing van de uraanzuil als energiecentrale van belang zijn voor moeilijk toegankelijke streken, waar de oprichting van een steenkoolenergiecentrale afstuit op de hoge kosten van het transport der benodigde brandstof. Bij gelijke energieproductie staat tegenover het verbruik van 1 kg uraan in de uraanzuil nl. een verbruik van ca 3000 ton steenkolen in het steenkoolenergiebedrijf. Een voordeel van de uraanzuil is voorts de zeer soepele en gemakkelijke regelbaarheid en de volslagen afwezigheid van rook.
Wel is het noodzakelijk, het bedienend personeel te beschermen tegen de intense radioactieve straling, uitgaande van de zuil zelf en van de splijtingsproducten van het uraan. Deze radioactieve stoffen zullen toepassing kunnen vinden in de medische therapie en bij vele chemische en biologische onderzoekingen. Daar de uraanzuil, wegens de eis van de positieve neutronenbalans, gebonden is aan een minimale afmeting, bestaat voorshands geen uitzicht op de toepassing van de atoomenergie op kleine schaal bijv. voor auto’s en vliegtuigen.PROF. DR G. J. SIZOO
Lit. als sub atoombom, voorts: E. Pollard and W.L. Davidson, Applied Nuclear Physics (N.Y. 1942) ; G. J. Sizoo, Atoomenergie (Amsterdam 1947); Idem, Kernphysica (’s-Gravenhage 1947).
