Als een atoom zich in tweeën splitst, hetzij door natuurlijk verval, hetzij in een laboratorium, komt er energie vrij. Dit proces staat bekend als splijting. Het heeft een groot potentieel als energiebron, maar er zijn ook een aantal veiligheids-, milieu- en politieke bezwaren aan verbonden die het gebruik ervan kunnen belemmeren.
definitie van kernsplijting
Een atoom bevat protonen en neutronen in zijn centrale kern. Bij kernsplijting splitst de kern, hetzij door radioactief verval, hetzij doordat hij door andere subatomaire deeltjes, neutrino’s genaamd, is bestraald. De resulterende stukken hebben samen minder massa dan de oorspronkelijke kern, waarbij de ontbrekende massa in kernenergie wordt omgezet.
Gecontroleerde kernsplijting vindt plaats wanneer een zeer licht neutrino de kern van een atoom bombardeert en deze in twee kleinere kernen van dezelfde grootte breekt. Bij de vernietiging komt een aanzienlijke hoeveelheid energie vrij – wel 200 maal de energie van het neutron dat de procedure in gang heeft gezet – en komen nog eens ten minste twee neutrino’s vrij.
Dergelijke gecontroleerde reacties worden gebruikt om energie vrij te maken in kerncentrales. Ongecontroleerde reacties kunnen kernwapens van brandstof voorzien.
Radioactieve splijting, waarbij het centrum van een zwaar element spontaan een geladen deeltje uitzendt als het uiteenvalt in een kleinere kern, komt niet vaak voor, en gebeurt alleen bij de zwaardere elementen.
Splijting is iets anders dan fusie, waarbij twee kernen samenkomen in plaats van uit elkaar te gaan.
Ontdekking van atoomenergie
In 1938 bombardeerden de Duitse natuurkundigen Otto Hahn en Fritz Strassman een uraniumatoom met neutronen in een poging om zware elementen te maken. In een verrassende wending splitsten zij het atoom in de elementen barium en krypton, beide aanzienlijk kleiner dan het uranium waar het tweetal mee begon. Bij eerdere pogingen van natuurkundigen waren slechts zeer kleine stukjes van een atoom afgesplitst, zodat het tweetal verbaasd was over de onverwachte resultaten.
De in Oostenrijk geboren natuurkundige Lise Meitner, die naar Zweden was gevlucht na de invasie van Hitler in haar land, realiseerde zich dat bij de splitsing ook energie was vrijgekomen. Toen zij aan het probleem werkte, stelde zij vast dat splijting een minimum van twee neutronen opleverde voor elk neutron dat een botsing veroorzaakte. Uiteindelijk realiseerden andere natuurkundigen zich dat elk nieuw vrijgekomen neutron twee afzonderlijke reacties kon veroorzaken, die elk nog eens minstens twee reacties konden veroorzaken. Eén enkele botsing kon een kettingreactie op gang brengen, waarbij nog meer energie vrijkwam.
Energie en vernietiging
In een intellectuele kettingreactie begonnen wetenschappers zich bewust te worden van de mogelijkheden die de nieuwe ontdekking inhield. In een brief aan de Amerikaanse president Franklin Roosevelt aan het begin van de Tweede Wereldoorlog, opgesteld door de Hongaarse natuurkundige Leo Szilard en ondertekend door Albert Einstein, werd opgemerkt dat dergelijk onderzoek kon worden gebruikt om een bom van epische proporties te maken, en werd het idee geopperd dat de Duitsers zo’n wapen op een dag voor de deur van de VS zouden kunnen afleveren. Roosevelt trok geld uit voor Amerikaans onderzoek, en in 1941 werd het Office of Scientific Research and Development opgericht met als doel het onderzoek toe te passen voor de nationale defensie.
In 1943 nam het Army Corp of Engineers het onderzoek naar het maken van een kernwapen over. Dit uiterst geheime project, bekend als het “Manhattan Project”, resulteerde in de vorming van de eerste atoombom in juli 1945. Twee daaropvolgende atoomwapens werden gebruikt als onderdeel van een militaire aanval op de steden Hiroshima en Nagasaki in Japan.
Sindsdien wordt nucleair onderzoek als uiterst gevoelig beschouwd. De kennis zelf is niet al te ingewikkeld, maar de materialen waarmee het proces wordt gefinancierd zijn aanzienlijk moeilijker te verkrijgen.
Splijting wordt meestal gebruikt om energie op te wekken in een kerncentrale. Bij dit proces ontstaat echter een aanzienlijke hoeveelheid kernafval die gevaarlijk kan zijn voor zowel mens als milieu. Tegelijkertijd zijn de mensen vaak bang voor de gevaren van kerncentrales en willen zij deze niet in hun omgeving. Dergelijke kwesties betekenen dat kernenergie niet zo populair is als meer conventionele methoden om energie te verkrijgen, zoals het gebruik van fossiele brandstoffen.
In de jaren zestig onderzocht de Amerikaanse regering de mogelijkheid om kernsplijting als raketvoortstuwingsmethode te gebruiken. De ondertekening van het Verdrag inzake een Beperkt Verbod op Kernproeven in 1963 maakte echter een einde aan de bovengrondse explosie van alle kernwapens, waardoor de deur voor het testen van door kernsplijting aangedreven raketten in ieder geval tijdelijk op slot ging.
– Nola Taylor Redd, LiveScience Contributor
Related:
- VIDEO: Atoms for Peace: Nuclear Fission
- Power the Future: 10 Ways to Run the 21st Century
- Top Ten Disruptive Technologies
Recent news