science >> Wetenschap >  >> Fysica

Splijting versus fusie: definitie, verschillen en overeenkomsten

Splijting en fusie zijn twee manieren om via nucleaire reactie energie uit atoomkernen vrij te maken. Het verschil tussen hen zit in het proces: de ene versmelt atomen met kleinere kernen door ze samen te smelten, terwijl de andere ze opsplitst in splijtingsproducten. In beide gevallen is de hoeveelheid energie zo groot, miljoenen keren meer dan uit andere energiebronnen, dat deze nucleaire processen alleen onder specifieke omstandigheden plaatsvinden.
Wat is nucleaire fusie?

Als werkwoord , fuse is synoniem met "combineren" of "mix". Hieruit volgt dat in een kernfusieproces twee lichte kernen samensmelten tot een zwaardere kern. Twee waterstofatomen kunnen bijvoorbeeld samen smelten om één deuterium te vormen.

Enorm hoge energie, meestal in de vorm van extreme hitte die zeer hoge temperaturen creëert, en druk is vereist om twee sterk positieve kernen te coaxen die normaal afstoten in een ruimte die dichtbij genoeg is om fusie te laten plaatsvinden, waarbij kernenergie vrijkomt tijdens het proces.

Als gevolg hiervan gebeurt dit proces alleen in sterren zoals de zon die een natuurlijke fusiereactor in hun kernen hebben. De mensheid kan tijdelijk de voorwaarden scheppen voor kernfusie, bijvoorbeeld met een waterstofbom, maar het handhaven van zulke hoge temperaturen die nodig zijn voor een gecontroleerde, voortdurende reactie om als energiebron te gebruiken, is nog niet mogelijk.

Zodra kernfusie begint het kan echter doorgaan in een zelfonderhoudende kettingreactie. Dit komt omdat de kleinere atomen met een massa tot die van ijzer op het periodiek systeem meer energie afgeven wanneer ze worden versmolten dan nodig is om ze samen te smelten (een exotherme reactie). Als zodanig is kernfusie het proces waarbij de meeste sterren energie afgeven.
Wat is nucleaire splijting?

Splijting, die kan worden gedefinieerd als de handeling waarbij iets in delen wordt gesplitst, is het tegenovergestelde van fusie .

Bij kernsplijting valt een zware kern uiteen in lichtere kernen. De breuk treedt op wanneer een neutron in een zware kern slaat, waardoor zeer radioactieve en onstabiele bijproducten ontstaan, samen met meer neutronen, die blijven afbreken in een nucleaire kettingreactie.

De energie die vrijkomt uit kernsplijting is miljoenen keer efficiënter dan die vrijkomt bij het verbranden van een equivalente massa steenkool. In tegenstelling tot fusiereacties zijn splijtingsreacties relatief eenvoudig te initiëren en te beheersen in kernreactoren, waardoor ze een wijdverbreide energiebron zijn.
Voorbeelden van splijting en fusie

  • Kernreactoren: ingenieurs gebruiken meestal plutonium of uranium om een splijtingsreactie te starten, waarbij de snelheid wordt geregeld met water en staven van niet-reactief materiaal dat vrije neutronen absorbeert. De energie die vrijkomt in de splijtingsreacties verwarmt water, en de resulterende stoom verandert turbines die elektriciteit opwekken voor menselijk gebruik.


  • Atoombommen: nucleaire splijtingsreacties komen voor in atoombommen. Anders dan in een kerncentrale, wordt de reactie niet gecontroleerd, waardoor een snelle kettingreactie mogelijk is die resulteert in ongelooflijke energieën die tegelijkertijd worden vrijgegeven. De enige manier waarop mensen op aarde de voorwaarden kunnen scheppen die nodig zijn voor fusie, de juiste temperatuur met voldoende massa die op een voldoende hoge druk wordt ingeslagen, is door splijting met een bom te initiëren.


  • Radioactief verval : Kernsplijting treedt ook op bij radioactief verval, wanneer een element spontaan energie uitzendt in de vorm van deeltjes. De halfwaardetijd van radioactief verval, of de tijd waarin de helft van de radioactieve kernen in asample wordt afgebroken, is afhankelijk van de algehele stabiliteit van de kern. Natuurlijk radioactief materiaal op aarde ondergaat op deze manier voortdurend spanningsreacties.


  • De kern van sterren: kernfusiereacties treden van nature op bij de intense temperatuur en druk in een ster. Dit is de basis van de meeste energie die sterren afgeven.


  • Koude fusie: een hypothetische manier om kernfusie te creëren bij "kamertemperatuur", waardoor het een levensvatbare door de mens gemaakte energiebron wordt , koude fusie is nooit met succes ontwikkeld.