-Schema kernfusie.
Kernfusie is in de natuurkunde het samensmelten van twee lichte atoomkernen, waarbij uit die twee atoomkernen een zwaardere atoomkern wordt gevormd. Die nieuw ontstane, zwaardere atoomkern heeft een hoger atoomnummer. Hierbij komt energie vrij. Dit gebeurt via de bekende theorie van Einstein: E=m x c2. Waarbij E= energie, m=massa en c=snelheid van het licht. Deze kernfusie processen vinden op onze zon plaats. De energie die vrijkomt als warmte, verwarmt onze aarde en kan via onze zonnepanelen worden omgezet in elektriciteit. Kernfusie is een “schoon”proces, omdat er geen radioactief afval bij ontstaat. Als we nu over kernfusie spreken dan bedoelen we het proces van samensmelten van een deuteriumkern en een tritium kern. Een licht atoom zoals deuterium, een isotoop van waterstof, dat is een waterstofatoom met 1 neutron. Een tritium kern is een waterstofatoom met 2 neutronen. Deuterium wordt verkregen uit water en tritium wordt verkregen uit een reactie met lithium, een element dat op aarde wordt gevonden. Lithium wordt veel gebruikt in de productie van accu's in mobiele telefoons. Als deuterium en tritium samensmelten onder invloed van een grote hoeveelheid kinetische energie en zeer hoge temperatuur, wordt er een heliumkern, een neutron en een grote hoeveelheid energie gevormd. De energie die hierbij vrijkomt wordt uitgedrukt in Mega elektronvolt (MeV). Een MeV is een miljoen elektronvolt. Een elektrovolt is de energie die een elektron wint als het een potentiaalverschil van 1 volt doorloopt. Ofwel de energieverandering die een vrij deeltje met een lading 1e ondervindt wanneer het in een elektrisch veld een weg aflegt tussen 2 punten die een onderling potentiaalverschil van 1 volt hebben. Een elektrovolt (eV) = 1,6.10 ˉ¹⁹ joule (= elementaire lading maal 1 V). In de deeltjesfysica wordt de energie van systemen en deeltjes meestal uitgedrukt elektronvolt, omdat de joule voor microscopische hoeveelheden een onhandelbare grootheid is.
De kinetische energie van een bewegend deeltje wordt ook in elektronvolt uitgedrukt. Voor een betreffend deeltje geeft dit indirect ook aan wat zijn snelheid is. Een neutron van 1 eV heeft een snelheid van 14 km/sec. Een neutron van 1 MeV heeft een snelheid van 14.000 km/sec. Een elektron van 1 eV heeft een snelheid van 600 km/sec. De kinetische energie van deeltjes is ook wel een maat voor de kracht van een deeltjesversneller. Energie uit kernfusie is lange tijd de wens geweest van veel mensen die af wilden van de fossiele brandstoffen en tegen de kernsplitsing waren, omdat hierbij veel radioactief afval als bijproduct vrijkomt. In december 2022 werd vanuit het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië gemeld dat het voor het eerst was gelukt om fusie van atoomkernen te bewerkstelligen waarbij de energie die nodig was om het proces te initiëren, minder was dan de energie die bij de fusie vrijkwam. De test werd op 30 juli 2023 met succes herhaald.
Het belangrijkste probleem bij de fusie van een deuterium en tritiumkern is de hoge temperatuur die nodig is voor dit versmeltingsproces en de hoge druk. Deze extreem hoge temperatuur kan worden bereikt door middel van een extreem heet gas (plasma) die door een sterk magnetisch veld op z’n plaats wordt gehouden. Het is de kunst om plasma te produceren dat meer energie oplevert dan de productie kost. De economische winst kan pas evident zijn als het een concurrerende prijs kan bieden tegenover andere energiebronnen. Wel kan men afspreken dat voor het totale energie verbruik, de kernfusie energie een vast percentage moet bedragen, dat door regeringen gesubsidieerd mag worden. Zo kan het aantrekkelijk blijven om ook in kernfusie te blijven investeren.
Kernfusie is een relatief schone vorm van kernenergie, hoewel de wand van een kernfusie reactor door de vrijgekomen neutronen wel geleidelijk aan radioactief wordt. Na een levensduur van de reactor van enkele tientallen jaren, zal deze veilig moeten ontmanteld en zo’n 100 jaren moeten afkoelen”.
De tijd die nodig is om het proces van kernfusie efficiënt en redelijk betaalbaar te maken wordt geschat op 10 tot 15 jaar en dan is nog zo’n zelfde tijd nodig om die centrales te bouwen en op te starten. Als het technisch lukt om dit voor elkaar te krijgen, dan hebben we een onuitputtelijke, redelijk schone energie bron. Het zal het evenwicht in de wereld doen kantelen, want landen rijk aan fossiele brandstoffen, zoals olie en gas, zullen hun inkomsten zien dalen en daarmee zal ook de machtsverdeling in de wereld veranderen.
J.J. van Verre.
Literatuur:
-Vattenfall. Overtollige energie uit kernfusie: Dit is de grote doorbraak. group.vattenfall.com
30 aug. 2023.
-Kernfusie. Wikipeia.
