Kernsplijting en kerncentrales Wereldbevolking

Kernsplijting en kerncentrales
Jan Leen Kloosterman, TU-Delft
11-5-2009
Delft
University of
Technology
Challenge the future
Wereldbevolking
= 1 miljoen mensen
1800
1974
2030
1
0
1999
000
1987
1960
1927
Bron: www.pbs.org/wgbh/nova
Fysica 2009
2
Electriciteitsverbruik in Nederland
TWh=TeraWattHour=1012 Watt uur
800 Watt/inwoner
TWh
120
100
80
60
40
20
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Jaar
Fysica 2009
3
Energieverbruik in de EU
Energie-besparing leidt tot hoger electriciteits-verbruik:
•
•
•
•
Meer automatisering
Meer electrisch vervoer
Meer lage-temperatuur verwarming (warmtepompen)
Enzovoorts
Verder:
• Meer electronische apparatuur zoals airco’s
Fysica 2009
4
Opbouw van materie
Atomen
Electronen
Protonen
Neutronen
Fysica 2009
5
Atomen
10-10 m
10-14 m
• Diameter van het atoom is 10000 keer die van de atoomkern
• Een atoom is dus vooral “lege” ruimte
• Vrijwel alle massa zit in de atoomkern (electronen wegen bijna
niets)
Fysica 2009
6
Uranium
• Een uraniumkern bevat 92 protonen
• Uranium is het zwaarste element dat in de natuur voorkomt
• Uranium is veel zwaarder dan lood (19 g/cm3)
Fysica 2009
7
Uranium isotopen
In de natuur komen twee soorten Uranium voor:
Zware isotoop
Lichte isotoop
Moeilijk
splijtbaar
Makkelijk
splijtbaar
92 protonen
146 neutronen
92 protonen
143 neutronen
Fysica 2009
8
Uranium isotopen
Moeilijk
splijtbaar
Makkelijk
splijtbaar
99,3%
0,7%
Fysica 2009
9
Kernsplijting
• Uraniumkernen zijn zo zwaar, dat ze vanzelf vervallen of in twee
brokstukken splitsen. Vooral U-235 is instabiel.
• kernsplijting gaat nog makkelijker als ze worden geraakt door een
“kogel”. De beste kogel is een neutron. Waarom?
Fysica 2009
10
Kernsplijting
radioactive
2-3 neutrons
Honderden verschillende splijtingsprodukten
waarvan de meeste radioactief zijn
Fysica 2009
11
Energie uit kernsplijting
Eén splijting levert:
• Splijtingsprodukten (radioactief)
• Gamma- en betastraling
• 2-3 nieuwe neutronen
200 MeV /
splijting
Fysica 2009
12
Energie uit 1 gram Uranium
Benzine
2500 liter
Steenkool
3000 kg
Fysica 2009
13
Ongecontrolleerde kettingreactie
Werkt
alleen
met puur
uranium235
Als elke neutron een splijting veroorzaakt heb je binnen heel korte
tijd heel veel energie Îatoombom
Fysica 2009
14
Gecontrolleerde kettingreactie
Een kerncentrale bevat
• Laagverrijkt uranium (mengsel van 96% U-238 en 4% U-235)
• Regelstaven om het overschot aan neutronen weg te vangen
• Een “moderator” (remstof) om neutronen af te remmen
Een kerncentrale kan NOOIT ontploffen als een atoomwapen
Fysica 2009
15
neutron
U-235
Moderator
U-235
U-238
Pu-239
Moderator
U-238
Pu-239
Fysica 2009
16
Splijtstofsamenstelling
U-238
99,3%
U-235
0,7%
natuurlijk uranium
4% verrijkt
uranium voor
kernreactoren
96%
4%
Fysica 2009
17
Fysica 2009
18
Uraniumverrijking
Splijtstoftabletten
• Bevat 4% Uranium-235 en 96% Uranium-238. Dit heet “verrijkt”
uranium omdat het meer “goed” Uranium-235 bevat.
Fysica 2009
19
Energie in splijtstoftabletten
Hoeveel energie zit er in twee splijtstoftabletten?
Antwoord: Genoeg voor alle electriciteit die een Nederlands
gezin in een jaar verbruikt
Fysica 2009
20
Kerncentrale
Kerncentrale Borssele
Fysica 2009
21
Fysica 2009
22
Kerncentrale Borssele
Kernafval
gebruikte splijtstof
1%
plutonium
opwerken
95%
uranium
4%
splijtingsproducten
Fysica 2009
23
Fysica 2009
24
Kerncentrales in de wereld
Kerncentrales in de wereld
gepland (316)
(316)
gepland
300
in
aanbouw (34)
(34)
in aanbouw
in
bedrijf (439)
in bedrijf
(439)
250
200
150
100
50
0
1
Azië
2
WestEuropa
3
4
Oost- N.- en Z.Europa Amerika
5
Afrika
Fysica 2009
25
Fysica 2009
26
Reactor Instituut Delft
Kernenergie in Nederland
Fysica 2009
27
Fysica 2009
28
Hoger Onderwijs Reactor