Kernfysica Splijtingsreactie. Equivalentie van massa en energie. Bindingsenergie Kerncentrale. Kernfusie

1905: Einstein postuleert de equivalentie van massa en energie. Fats Blz. 12

1942: Enrico Fermi brengt de eerste kettingreactie op gang in een primitieve kerncentrale. Fast Blz. 12

4 He 2 e -1 e 1 g 1 p 1 n a-straling: He-4 kern = b-straling: electron -1 b-straling: electron b- straling = e 1 b+ straling = positron g g-straling p 1 protonen n 1 neutronen

Be(a,X) C He Be C + X n Be-9 beschieten met a-deeltjes, Splijtingsreactie: Be(a,X) C 12 9 Be-9 beschieten met a-deeltjes, splijtingsproducten C-12 en X 2 4 He 9 Be 12 C + X 1 n 4 6

Equivalentie van massa en energie. E = m.c2 BINAS tabel 35.8 Kernfysica E = energie in J m = massa in kg c = lichtsnelheid = 3,0.108 m/s m = omgezette massa dus beter: Dm

u in kg en in MeV: 1 u = 1,66054.10-27 kg Tabel 7 E = mc2 = = 1,66054.10-27 .(2,997925.108)2 = 1,49242.10-10 J 1 MeV = 1,6021765.10-13 J Tabel 6 1 u = 1,49242.10-10/1,6021765.10-13 1 u = 931,49 MeV Tabel 7

Na e + Mg + E 11 24 -1 12 Dm = m(voor) – { m(na)} VWO 11 24 Na -1 e + 12 Mg + E Dm = m(voor) – { m(na)} Dm = m(Na-24 atoom) – 11me – { me + m(Mg-24 atoom) – 12me } BINAS: 1,39 MeV maar CRC: 5,51 MeV = 23,99096 u – 23,98505 u = 0,00591 u 1 u = 931,49 MeV E = 5,505 MeV = Ek van e en van Mg

11 24 Na -1 e + 12 Mg HAVO + E mvoor = 4,01184.10-26 kg mna = 9,10939.10-31 + 4,01076.10-26 = 4,01085.10-26 kg Dm = 4,01184.10-26 - 4,01085.10-26 9,89906.10-30 kg

11 24 Na -1 e + 12 Mg HAVO + E m = 9,89906.10-30 kg E = mc2 = = 9,89906.10-30 .(2,997925.108)2 = 8,89683.10-30 J 1 MeV = 1,6021765.10-13 J Tabel 6 E = 8,89683.10-30/ 1,6021765.10-13 = 5,505 MeV

Bindingsenergie. 1 p + 2 4 He E n 2*1,007276 u + 2*1,008665 u = 4,031882 u 4,002603 u – 2*0,000549 u = 4,00150584 u Dm = 0,030376 u E = 28,28 MeV E/kerndeeltje = E/4 = 7,07 MeV

Bindingsenergie per nucleon Splijting zware kernen levert E 4 7,07 2 4 He Fusie lichte kernen levert E

‘n Kernsplijting 143 90

‘n Splijtingsreactie in een kerncentrale: 1 n 235 U + 92 94 Sr 140 Xe n 1 + + 2 + 3.10-11 J 38 54 1. energiewinst. 235 g U = 1 mol > 6.1023 kern > 18.1012 J > 0,5ML benz. 2. kettingreactie/ vermenigvuldigingsfactor k moet 1 worden . . . 3. moderator (C) nodig. n gaan te snel . . . 4. regelstaven (Cd) k = 1,005, na 1 s 10000 splijt. > 1,00510000 > 4,6.1021 n

Buizen met koel-middel Splijt- stof staven U-235 Buizen met koel-middel Moderator (C) Regel- staven (Cd) 1 n  3 n reactorkern 1 n  2 n absorptie

Centrale TUD

Fusiereacties: + 2 H 3 He 1 n 1 1 2 H 1 + 2 3 H 1 + 3 He 4 2 n 1 + 3 H 0,8 + 2,5 MeV 1 n 1 1 2 H 1 + 2 3 1 + 3 MeV H 1 + 3 He 4 2 3,7 + 14,6 MeV n 1 + 3 H He 2 3,5 + 14,1 MeV Na reactie 1/2 wordt 3/4 mogelijk.

Voordelen en problemen 1. 1 L H2O bevat 33 mg H-2 eq. met 360 L benzine 2. Winningskosten € 0,03 (prijsniveau 1975) 3. Toevoeren van H-2 en afvoeren van He-4. 4. H-2 diffusie door RVS. 5. Magneetveld opwekken vereist 105 A in spoel. 6. n niet magnetisch op te sluiten: 7. neutronenflux 1018s-1m-2 > wand bros/radioactief. 8. Leeftijd wand (0,5 Mkg RVS) 2 jaar/ 1020 Bq. 9. Bijv: n + Ni-62 > Ni-63 (t1/2 = 92 j).

Fusievoorwaarden

Drie fusie-processen

1. Tokamak

2. Tokamak

Transformator t.b.v. verhitting plasma Primaire windingen (3 K) Torus met plasma is secundaire winding Spoel voor toroïdale veld t.b.v. opsluiting

Primaire windingen (0 K)

Tokamak fusiereactor Mantel van Li-6 en Li-7 Li-7 + n + 2,5 MeV > H-3 + He-4 + n Li-6 + n > H-3 + He-4 + 4,8 MeV

Einde