In een artikel in de NRC van 9 februari 2024 wordt melding gemaakt van een stap vooruit in de ontwikkeling van kernfusie. We lezen: “Bij kernfusie wordt het proces nagebootst dat ook de zon aandrijft.”
a) Geef een van de mogelijke reeksen kernreactievergelijkingen die plaats vinden in de zon.
Mogelijke reacties die in de zon plaatsvinden (bron: Wikipedia):
In de fusiereactor waarover in het artikel wordt gesproken, bestaat de fusiebrandstof uit twee isotopen van waterstof, n.l. deuterium en tritium.
b) Geef de reactievergelijking van de fusie van deuterium en tritium.
De schrijver stelt in de opening van het artikel ook: “Het levert veel minder afval op dan kernsplijting”
c) Geef een mogelijke reactievergelijking van het splijten van een kern van uranium-235.
Een paar mogelijke reacties bij kernsplijting van uranium-235 (bron: Wikipedia):
d) Wat wordt er bedoeld met ‘afval’?
Met afval wordt hier bedoeld de radioactieve vervalproducten. Deze moeten worden opgeslagen en hebben een behoorlijke halveringstijd. Bij de splijting van uranium-235 ontstaan middelzware kernen, zoals strontium, krypton, xenon en barium. Deze hebben halfwaardetijden die variëren van jaren tot dagen. Uiteindelijk blijven vooral cesium-137 en strontium-90 over met een halveringstijd van rond de 30 jaar. Dit noem je middellang levende splijtingsproducten. Het zijn dan ook deze laatste twee isotopen die van belang zijn voor de radioactiviteit van de splijtingsproducten.
e) Leg uit dat er bij kernfusie minder ‘afval’ vrijkomt dan bij kernsplijting.
Bij fusie is het - niet radioactieve- restproduct helium en dat is niet schadelijk voor mens en milieu. Bij splijting komen gevaarlijke radioactieve splijtingsproducten vrij.
Verder in het artikel lezen we:
“Donderdagmiddag werd bekendgemaakt dat het Europese fusie-experiment Joint European Torus (JET) begin oktober in 5,2 seconden 69,26 megajoule aan warmte-energie heeft geproduceerd. Dat is vergelijkbaar met het elektrische energieverbruik van een driepersoonshuishouden in twee dagen.”
Om een goed idee te hebben van de energieopbrengst van deze experimentele reactor vergelijkt de schrijver de opbrengst (in megajoule) met het gemiddelde energieverbruik van een driepersoonshuishouden.
f) Bereken het door JET geleverde vermogen.
$P=\frac{69,26}{5,2}=13,3~\mathrm{MW}$
g) Zoek op internet het vermogen van kerncentrale Borsele op en vergelijk dat met de uitkomst van vraag f.
Het vermogen van de kerncentrale Borsele is 485 MW. In verhouding is het vermogen van deze fusiereactor (nog) weinig.
h) Bereken met bovenstaande gegevens het gemiddelde energieverbruik van een driepersoonshuishouden in kWh/dag.
Energieverbruik is 69,26 MJ in 2 dagen. Per dag is dat 34,63 MJ.
1 kWh = 3,6 . 106 J = 3,6 MJ. Dus 1 MJ = 1/3,6 kWh = 0,27778 kWh à 34,63 MJ = 34,63 x 0,27778 = 9,6 kWh.
i) Zoek op internet op of dat ongeveer klopt.
Het elektrische energieverbruik voor een driepersoonshuishouden is gemiddeld
3250 kWh/jaar (NIBUD). Dat is 3250/365 = 8,9 kWh/dag. Dat klopt dus heel aardig.
