Werkstuk Natuurkunde de kern van kern energie
Werkstuk door een scholier 1e klas vwo
1834 woorden 5 jaar geleden
6,2
4 keer beoordeeld
Vak Natuurkunde
De inleiding Waarom?
Ik heb voor dit onderwerp gekozen, omdat ik er nog helemaal niks van af wist.
Ook had ik naar de andere keuzes gekeken. Eerst wilde ik 9.3 maken, omdat wij thuis ook zonepanelen willen op het dak. Ik heb uiteindelijk niet voor 9.3 gekozen, omdat ik denk dat ik meer kan leren van dit onderwerp.
Ook hoor je vaak in het nieuws over kernenergie. Dan is het ook wel fijn om te begrijpen waar het over gaat en mijn eigen mening te hebben.
Wat weet ik al?
Ik weet dat je energie op verschillende manieren op kan wekken. Maar hoe dat nou precies gaat met kernenergie weet ik niet. Wel weet ik dat er veel discussie is over kernenergie.
Wat wil ik graag leren
Ik wil in deze verdieping graag leren wat kernenergie is, en hoe het werkt. Ook wil ik graag weten waarom sommige mensen zo zwaar tegen kernenergie zijn en waar dat vandaan komt. Veder hoop ik gewoon heel veel te leren met deze verdieping.
Kernenergie
Waarom de naam kernenergie?
Uranium is de grondstof voor het opwekken van kernenergie. Dit komt gewoon voor in de natuur en er is maar heel weinig van nodig. Bij het opwekken van kernenergie worden de kernen van atomen gesplitst (van het uranium). Door de warmte die vrijkomt kan in een kerncentrale stroom (ofwel energie) worden opgewekt. Daarom heet kernenergie kernenergie, door het splitsen van de kernen ontstaat energie. Waar dit wordt gedaan is een kerncentrale, en ook die naam is dus logisch gekozen.
Wat is een atoom/molecuul?
Een molecuul is het kleinste deeltje met eigenschappen van een stof (bijvoorbeeld water, h2o). Die moleculen zijn dan weer verdeeld in nog kleinere deeltjes in het geval van water 2 waterstofatomen en een zuurstof atoom. Er zijn ongeveer 100 soorten atomen. Elk soort atoom bevat zijn eigen element. Atomen zijn zo klein, er passen miljarden
atomen in 1 centimeter.
In de kerncentrale
De atomen worden van het uranium in de kerncentrale gespleten (splitsen van). Het splijten gebeurt onder dikke metalen platen, omdat het splijten van de atomen erg gevaarlijk is. Het wordt dan ook goed in de gaten gehouden op een veilig afstand. Bij het splijten komt heel veel warmte vrij. Door die warmte ontstaat er stoom. Dat stoom zet een grote dynamo in werking. En daardoor krijg je dus energie.
Je kunt het een beetje vergelijken met het licht op je fiets. Want door zelf te trappen gaat je dynamo draaien, en krijg je licht.
Het atoommodel van Rutherford
De natuurkundige Ernest Rutherford is geboren in Nieuw-Zeeland. Hij leefde van 1871 tot 1937. Rond het jaar 1911 is vastgesteld dat de kern van het atoom bestond uit protonen en elektronen. Protonen zijn deeltjes die positief geladen zijn en elektronen zijn deeltje die negatief geladen zijn. Rutherford heeft hiernaar aan het begin van de vorige eeuw heel veel onderzoek naar gedaan. Hij heeft op basis van die experimenten een atoommodel opgesteld. Dit model omschrijft het atoom als een positief geladen kern van protonen met daaromheen een wolk van elektronen in een ijle ruimte. Dit betekent:
een positieve kern (protonen) elektronen die erom heen cirkelen
met lege ruimte zodat de elektronen kunnen bewegen Dit model wordt ook nu nog gebruikt.
Kernfusie en kernsplijting Kernfusie
Bij kernfusie smelten 2 losse atomen samen tot 1 grotere atoom. Het gaat hierbij om 2 losse waterstofatomen die worden omgezet naar een heliumatoom. Bij deze reactie vindt verlies van massa (gewicht) plaats. 0,67% wordt hierbij omgezet in energie. Mensen willen deze energie bij kernfusiecentrales om te zetten in elektriciteit.
De scheikundige formule en tekening zien er als volgt uit: [mathrm{^{2}_{1}H + ^{3}_{1}H longrightarrow ^{4}_{2}He +
^1_0n + 17,6 MeV}] [Schematische weergave van kernfusie]
Kernsplijting
Een ander woord voor kernsplijting is kernsplitsing. Hiermee wordt hetzelfde bedoeld. In de natuur komen 2 soorten uranium voor: het niet-splijtbare uranium-238 en het wel-splijtbare uranium-235. Een mengsel van beide typen (96%
onsplijtbaar en 4% splijtbaar) wordt splijtstof genoemd. Als het atoom uranium-235 geraakt wordt door een neutron valt uranium-235 uit elkaar. Dit wordt kernsplijting genoemd. Hierbij ontstaan 3 dingen:
warmte
nieuwe neutronen
afvalproducten
Energie
De beroemdste formule uit de natuurkunde is misschien wel: E=mc2. Deze formule is ontdekt door de beroemde wetenschapper Albert Einstein. Deze formule houdt in dat er een heleboel energie ontstaan doordat er een klein beetje massa verloren gaat. Deze formule/wetenschap wordt dus ook toegepast bij kernfusie en kernsplijting.
Verschillen
We kunnen kernfusie en kernsplijting op 5 verschillende manier van elkaar onderscheiden:
Splijten of fusie
Eigenlijk zit het verschil al in de beide namen, splijting en fusie. Bij kernsplijting splitst een atoom zich in 2 kleinere atomen. Bij kernfusie worden 2 losse atomen samen gesmolten tot 1 grotere atoom. Een ander woord voor fusie is samensmelting. Dit is dus een groot verschil.
Kerncentrale en zon
Een ander verschil is dat bij kernsplijting de energie wordt opgewekt in de kerncentrale. Kernfusie voorziet de zon van energie. Kernfusiecentrales zijn nog in ontwikkeling.
Groot en klein
Bij kernsplijting de atoom groot genoeg moet zijn om energie op te wekken en bij kernfusie moeten de atomen juist klein zijn.
Radioactief of niet
Bij kernsplijting blijft altijd radioactieve materialen achter als afval. Bij kernfusie hoeft dat niet het geval te zijn.
Kettingreactie
Bij kernsplijting treedt een kettingreactie op. Dit betekent dat een actie automatisch een volgende actie betekent. Bij kernfusie is dit niet het geval. Daar kan het opwekken van kernenergie eenvoudig worden gestopt, bij kernsplijting niet.
Risico’s kernenergie Wat is radioactief afval?
Het grootste nadeel van kernenergie is het radioactieve afval dat ontstaat bij kernsplitsing. Dit afval kan ontstaan uit:
afval uit een centrale afval van uraniumwinning
sloopafval na sluiting van een kerncentrale
Radioactief afval blijft tienduizenden jaren straling afgeven en vormt zo een risico voor heel veel generaties na ons.
Op dit moment is hier nog geen goede opslagmethode voor bedacht. Dit is dus een groot probleem. Dit geldt alleen voor kernsplitsing.
Soorten straling
alfastraling bètastraling gammastraling
Alle soorten kunnen gevaarlijk zijn als je er lang bij in de buurt bent of je een hele grote dosis krijgt. Zo verhoogt het de kans op leukemie (bloedkanker), erfelijke aandoeningen, en afwijkingen bij baby’s die in de baarmoeder aan straling zijn blootgesteld. Alfastraling het meest schadelijk.
Het is juist ook heel gevaarlijk omdat je zintuigen je niet kunnen waarschuiven voor deze stralingen. Je ruikt, hoort, proeft, ziet en voelt het niet. De straling kan gemeten met een dosismeter of ook wel geigerteller genoemd. Hiermee kan ook de bron worden gevonden.
Omgaan met radioactief afval
Radioactief materiaal is levensgevaarlijk, het vormt een groot risico voor de gezondheid. Het is daarom belangrijk dat hier heel goed mee omgegaan wordt.
Er moet heel zorgvuldig mee omgegaan worden. In kerncentrales zijn strenge procedures (wat ze moeten doen), controles door anderen (onafhankelijk) en veilige voorzieningen. Een voorbeeld van een procedure is dat
medewerkers altijd een meetapparaat bij zich hebben.
Ook heeft de kerncentrale een stalen omhulsel. Dit is bestand tegen de druk die kan ontstaan van binnen uit. Ook zit er een betonnen koepel om het stalen omhulsel ter bescherming van gevaar van buiten (bijvoorbeeld een vliegtuig dat neerstort). Ook is de centrale zo gemaakt dat de kernreactie automatisch stopt bij pech, bijvoorbeeld als de koeling stopt.
Melt-down
Het ergste dat kan gebeuren bij een ongeval is een melt-down. Dit gebeurt bij een volledig kernsmelting. Dit risico bestaat als er niet binnen een aantal dagen of weken na een ongeval goed gekoeld kan worden. In 1986 en 2011 zijn er 2 melt-downs geweest, in Tsjernobyl en Fukushima. Nieuwere kerncentrales kunnen beter gekoeld worden dan de centrales waar de ongelukken zijn gebeurd.
Waar laten we het afval
Het afval uit kerncentrales is hoogactief afval. Dit moet wel 100.000 jaar goed afgeschermd bewaard worden. Er zijn twee soorten hoogactief afval: warmteproducerend en niet-warmteproducerend. Van het warmteproducerend afval kan 96% procent gerecycled worden. Dat heet opwerking. De andere 4% word met een stabiele glassoort gemengd.
Als het dan is gemengd wordt het in speciale containers gegoten. Dat het verglazen. Hier is nog geen veilige en definitieve opslag plaats voor.
De risico’s van kernenergie
De kans op een ernstig ongeval is dus klein maar de gevolgen kunnen groot zijn.
Kernfusie
Bij kernfusie is er geen risico op een melt-down en ontstaat er geen radioactief afval.
Voor- en nadelen
Kernsplijting en kernfusie zijn alternatieven voor de beperkte voorraad van fossiele brandstoffen (aardolie, aardgas en steenkool). Het grote voordeel van kernenergie is dat er veel minder CO2 uitstoot is dan bij de fossiele
brandstoffen, wel 10 tot 100 keer minder. Daarom is kernenergie een duurzame energiebron. Andere voordelen van duurzame energiebronnen zijn zonlicht en windkracht. Dit heet zo omdat deze bronnen niet op kunnen raken. Deze voordelen gelden dus voor kernsplijting en kernfusie.
Het nadeel van kernsplijting is al besproken in het vorige hoofdstuk. Er is bij kernsplijting het risico op ongelukken door de radioactieve straling die daar vrijkomt. Wat zijn dan de extra voor- en nadelen van kernfusie?
Voordelen kernfusie
Kernfusie is in vergelijking met kernsplitsing redelijk veilig, omdat er geen kettingreactie plaatsvindt. Ook komen er geen schadelijke stoffen vrij, dus is het afval niet schadelijk (radioactief).
Nadelen kernfusie
Het grootse nadeel bij kernfusie is het geld. Er is namelijk nog veel geld nodig bij onderzoek naar kernfusie, het gaat om miljarden euro’s. Er is dus heel veel geld nodig om te kunnen onderzoek of kernfusie in de toekomst een grote energiebron kan worden.
Mijn conclusie
Mij lijkt het het beste voor de toekomst om gebruik te gaan maken van kernfusie en dan te stoppen met kernsplitsing.
Omdat het een duurzame energiesoort is met veel minder CO2 uitstoot. De fossiele brandstoffen zullen ook een keer opraken. Ook uranium wat nodig is voor kernenergie komt uit de natuur, maar hier is maar heel weinig van nodig.
Ook is kernfusie tot nog toe veilig, dat is bij kernsplitsing niet het geval (ook al wordt het beter in de gaten gehouden dan vroeger). Er kunnen altijd nog dingen mis gaan, zoals bijvoorbeeld een lek. En veiligheid gaat voorop.
Wel is een groot nadeel het geld bij kernfusie, maar ik denk dat het het geld waard is om dit verder te onderzoeken.
Omdat we er veel energie voor terug kunnen krijgen, en we er als mensen wijzer door worden.
Ook lijkt het mij handig om gewoon (net als nu) door te gaan met andere duurzame energiesoorten, zoals
bijvoorbeeld zonnepanelen. Dit vind ik een goed plan omdat het geen CO2 uitstoot en dus niet schadelijk is voor het milieu. Ook is het niet schadelijk voor de mens, en dus gewoon veilig.
Nog een voorbeeld van duurzame energie is de windmolen. Ook vind ik dat wij als land hier meer geld aan moeten besteden, maar ik vind dan wel dat we de windmolens in zee moeten plaatsen en niet op het land. Dit vind ik, omdat vissen het fijn vinden om daar te kunnen schuilen voor vogels. En het plaatsen van de windmolens in zee de
oppervlakte in Nederland niet verkleind. Het enige nadeel aan windmolens is dat er jaarlijks veel vogels komen te overlijden omdat ze in de wieken vliegen. Het is onderzocht dat het voor de overlijdensaantallen niet uitmaakt of je de windmolens in zee plaatst of op het land.
Dus even kort samengevat. Ik vind het dus belangrijk dat de manier van energie verkrijgen veilig is, goed voor het milieu (groene energie) en dat we er op lange termijn mee door kunnen gaan. Meer onderzoek naar kernfusie en doorgaan met wind- en zonne-energie.
