Komt er bij een kernreactie in vergelijking met andere energieopwekkingen veel energie vrij?

Question

Dus in vergelijking met bijvoorbeeld windenergie, energieopwekking bij een 'gewone' elektriciteitscentrale etc. Ik had namelijk wel iets gevonden met de formule E=mc^2. En iemand had uitgerekend dat bij 1 kg U-235 iets van 90x1015J vrijkomt (genoeg om 3 dagen heel Canada van stroom te voorzien). Maar is dit in vergelijking tot andere energieopwekkingen dan veel? En is 1 kg U-235 niet ontzettend veel? Of beter gezegd: Hoe lang doet een kerncentrale erover die 1 kg U-235 te splijten? [Het zijn veel vragen, maar ik hoop dat iemand antwoord heeft ;)]

 · Accepted Answer

Je vindt je vraag heel kernachtig terug in de tabel op Wiki op http://nl.wikipedia.org/wiki/Energiedichtheid waar je zult merken dat (zoals de beantwoorder hierboven) kernsplitsing eigenlijk het hoogst zit.

Op dit moment kun je enkel van kersplitsing spreken, we lopen helaas nog steeds compleet vast in het miljardenverslindende fusieproces zoals het in de zon gebeurt.

Maar de klasse 3 en klasse 4 kerncentrales voor splitsing komen dichterbij, waarbij we niet alleen van uranium zouden afhangen.

Ik zou ook kunnen verwijzen naar 'energiebalans' waarbij we dan ook rekening houden met de bijkomende kosten, maar het Nederlandse Wiki-topic op http://nl.wikipedia.org/wiki/Energiebalans_(natuurkunde) staat nog in kinderschoenen. Ik werp geen steen, want ik heb het zelf ook nog niet aangepast hoe het dan zou moeten worden uitgebreid.

Laat ons dus eerst de energievorm van onze voorouders, kernsplitsing, mooi afwerken volgens de geraamde afschrijvingsduur, dus nog 20 jaar, en intussen werken aan alternatieven, maar laat ons ook eerlijk zijn en een windmolen en zonnepanelen kunnen nauwelijks 5% van de energie nodig voor de petrochemische sector leveren, dus moeten we ons geen blaasjes wijsmaken. Voor een huishouden van een particulier ligt dan anders.  Om die reden durf ik dan ook een pleidooi houden om intussen wèl de reserves uit de heel koude streken aan te spreken die er gevonden worden. De natuur is nog nooit kapot door de mens, maar al altijd af en toe door een natuurramp waarin ook de mens uiteindelijk zal verzwelgen (al was het maar door het einde van de zon waarbij de aarde ofwel oververhit zal worden dan wel de aarde uiteindelijk volledig zal afkoelen en op lange termijn ook haar 21% zuurstof in de atmosfeer terug zal verliezen als er iets gebeurt dat onze aardse plantengroei grotendeels zou vernietigen).  Maar geen doemdenkerij, we spreken hier over verwachtingen van tienduizenden tot miljoenen jaren... Geen echt probleem, maar mensen beheersen zelden hun angsten om pijn te hebben of dood te gaan, zeker in tijden waar emotie zo belangrijk is als nu weer, en emotie staat intelligentie dikwijls in de weg.

Dus op de tabel:  
1 kg Uranium kan 22 × 1.000.000 KiloWatt energie bij splitsing vrijmaken
1 liter diesel (< 1 kg, want drijft op water) kan 360 KW vrijmaken bij verbranding en wint het daarbij ook op andere brandstoffen.

Annihilatie en kernfusie zijn nog niet bruikbaar en zijn jammer genoeg nog steeds theoretische veronderstellingen...

 · Answer

de hoeveelheid energie die vrijkomt bij kernreacties ligt hoger dan andere energieopwekkingen. Maar het rendement(De hoeveelheid energie die nuttig gebruikt word zoals elektriciteit) ligt bij kernreacties lager dat komt voornamelijk doordat bij het creëren van kernreacties meer energie nodig is.

 · Answer

Er is veel online over te vinden. De grootteorde is dat een kerncentrale ongeveer 100 ton splijtstof heeft, dat is Uranium 238 en een wat verhoogd percentage Uranium 235. Daar doet de centrale ongeveer 10 jaar mee (regelmatig worden wat modules met brandstofstaven vervangen zodat er continu stroom is over tientallen jaren).
Een kolencentrale heeft elke dag ongeveer 4000 ton kolen nodig. Dat wordt aangevoerd met grote duwbakcombinaties op de grote rivieren.
De energie die per splijting vrijkomt is uiteindelijk ongeveer 100 miljoen EV, bij het verbranden van een atoom koolstof een paar EV, dat verklaart het grote verschil in aanvoer. Er zijn ook kweekreactoren en alternatieve processen met Thorium waardoor kerncentrales nog effectiever met de voorraad splijtbaar materiaal om kunnen gaan.
De capaciteit voor energievoorziening met behulp van kerncentrales ligt in de orde van miljarden jaren, de beperkingen zijn meer economisch van aard  (kosten winning1 kg Uranium nu ongeveer 150 dollar, maar hoe moeilijker winbaar hoe hoger de kosten).

 · Answer

De energiedichtheid die je haalt bij kernsplijting is ongeveer 10^8 maal zo groot als met (electro)chemische reacties te behalen is.
Kernfusie is echter de meerder van kernsplijting, fusie levert an sich al meer energie op dan splijting (meer van de  massa wordt in energie omgezet)en fusie stoffen hebben ook nog eens een veel geringere dichtheid.
De waterstofbom "haalt" 50MT, de atoombom enige kilotonnen, je kunt daaruit wel afleiden dat waterstof, deuterium en tritium veel meer energie per KG opleveren als
U235,U 238 en Sr90 en /of andere splijtbare stoffen.

Het beheerst opstarten en onderhouden van fusie is voor voor ons nog een niet echt overwonnen probleem maar dat gaat veranderen. Op dit moment begint men het break-even moment te benaderen en kan van uitvindingen als grafeen het nodige verwacht worden.

Mede daarom wil men electrisch gaan rijden, de emissie van fusiereactie is helium(niet giftig maar geeft een raar stemmetje als je veel inademt) en water bij de verbranding.

Zouden we dan allemaal met plug in auto's rijden dan is waterdamp ons uitlaatgas.
Nu moeten we du vulkanen nog afleren CO2 en SO2 uit te spuwen en de CH4 onder de permafrost houden wan DAT zijn de grootste broeikasgas-gevaren.

 · Answer

Ja, de energie die vrijkomt bij enkele grammen uranium daar heb je tonnen klassieke brandstof voor nodig.

Nu moet je weten dat een kerncentrale gebruik maakt van verrijkt Uranium dat nog steeds voor meer dan 90% uit U-238 bestaat. Dit neemt in de huidige reactoren maar een heel heel klein beetje deel aan de kernreactie, de voornaamste energiewinning komt dus uit de splijting van U-235.

Nu is de plaats waar de brandstof in de reactor zit ook bepalend van hoe de kernreactie daar verloopt. Aan de buitenkant is er bijvoorbeeld minder neutronenstraling dus ook minder splijting. Daarom gaat men een kernreactor elke 12 à 24 maanden openen (afhankelijk van ontwerp, type, vergunningen, etc...) om de brandstof te herschikken. Meestal wordt een deel definitief uit de reactor gehaald, van de helft dat overschiet zal men veel brandstof die aan de buitenkant zit naar het midden van de reactor verplaatsen en de buitenkant vervolgens weer opvullen met nieuwe brandstof. De splijtstof verblijft gemiddeld dus zo'n 3 jaar in de kern tenzij er natuurlijk problemen optreden, zoals bijvoorbeeld een lek in de splijtstof, dan wordt deze vroegtijdig verwijderd. De verwijderde splijtstof dient nog wel geruime tijd onder water te worden afgekoeld. Ze blijft dus nog enkele jaren op de kerncentrale aanwezig alvorens deze kan worden afgevoerd, als dit überhaupt al mag!

Als het wel mag wordt de splijtstof mogelijk opnieuw opgewerkt waardoor er slechts een hele kleine hoeveelheid afval is en het overgrote deel van de splijtstof terug naar de reactor kan om er weer 3 jaar in door te brengen.

Je begrijpt dat het niet eenvoudig is om te zeggen: ik plaats nu 1 kg U-235 erbij en na x dagen is dit gespleten. De kernreactie wordt namelijk door tal van effecten beïnvloed zoals de moderator, samenstelling van de splijtstof (welke gedurende de verblijftijd in de reactor uiteraard veranderd!).

Nu is het wel zo dat van dien tonnen splijtstof die in een kernreactor verdwijnen dus maar een heel kleine hoeveelheid U-235 is en dat daar maar een relatief kleine hoeveelheid energie wordt uitgehaald omdat de splijtingsproducten ook een massa hebben. Er zit dus tonnen splijtstof in de reactor, maar nadat deze splijtstof 3 jaar in de reactor heeft doorgebracht is deze slechts een kleine hoeveelheid lichter geworden, grootteorde kilogrammen of bij kleine reactoren misschien slechts grootteorde 100den grammen.

Komt er bij een kernreactie in vergelijking met andere energieopwekkingen veel energie vrij?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (4)

Bekijk alle vragen in deze categorieën: