Kernfusie: het geheim van de zon

Share Button

De zon geeft ons aardbewoners 98% van alle energie waarover we kunnen beschikken. En dat al bijna vijf miljard jaar lang. Wat is het proces waarmee de zon die onvoorstelbare hoeveelheden energie opwekt en kunnen we zelf een eigen zon op aarde opwekken?

Kernfusie: de energiebron van de zon
Sterren in de hoofdreeks, zoals onze zon, zijn enorme gasbollen die in hun centrum zo dicht en heet (miljoenen graden en honderden keren zo dicht als water) zijn, dat de atoomkernen van waterstof, protonen, via verschillende tussenstappen samen kunnen smelten tot helium: kernfusie.

Het geheim van de zon: door waterstofkernen samen te smelten tot heliumkernen komt er ongelofelijk veel energie vrij.

Het geheim van de zon: door waterstofkernen samen te smelten tot heliumkernen komt er ongelofelijk veel energie vrij.

Deze hoeveelheid energie is werkelijk gigantisch groot: als je in een gram water (ongeveer een halve vingerhoed) alle waterstofatomen uit het water (H2O, waterstof dioxide) samensmelt tot helium levert dat ongeveer twintigduizend kilowattuur aan energie op: tien jaar stroom voor een huishouden of evenveel als het verbranden van tweeduizend liter benzine (voldoende om de wereld helemaal mee rond te rijden in een gemiddelde auto) oplevert.

Logisch ook: bij het verbranden van benzine hergroepeer je alleen atomen (benzinemoleculen (octaan, benzeen e.d.) en zuurstofmoleculen veranderen in kooldioxide en water), maar de atomen zelf blijven behouden. Bij kernfusie maak je compleet nieuwe atomen die eerst nog niet bestonden (en vernietig je de uitgangsatomen).

Het samensmelten van atoomkernen is echter extreem moeilijk, dit omdat atoomkernen elkaar afstoten. Ze iets te hard op elkaar afschieten betekent dat ze terugkaatsen voor ze hebben kunnen samensmelten, is de snelheid te laag dan komen ze niet eens bij elkaar in de buurt. Reden dat er helaas nog steeds geen kernfusiecentrales zijn. Zouden we het geheim van de zon kunnen kraken en op aarde kernfusie opwekken, dan zou een tijdperk van onovertroffen rijkdom en welvaart aanbreken, want met voldoende energie kan je zelfs materie maken uit het niets. Als dat al nodig is, want je kan alle atomen die je nodig hebt uit de aarde, lucht of desnoods uit zeewater vissen.

Omdat vier waterstofkernen samen iets zwaarder zijn dan één heliumkern, wordt 0,7% van de massa in energie omgezet: de bron van alle zonne-energie. Bij dergelijke hoge temperaturen bestaan er geen atomen meer. In de kern van de zon en andere sterren zwerven elektronen en atoomkernen door elkaar en botsen geregeld met elkaar. Het goedje dat dan ontstaat wordt daarom elektronenvloeistof genoemd.

Waterstofbom of kerncentrale?
In feite is een ster een waterstofbom, die van ontploffen af wordt gehouden door een evenwicht van twee krachten. Aan de ene kant is er de zwaartekracht, die bij een zwaar ding als een ster enorm sterk is en deze wil laten instorten. Aan de andere kant is er de extreme hitte, die het plasma laat uitzetten. Het evenwicht tussen deze twee krachten wordt bepaald door twee energiestromen: aan de ene kant de snelheid waarmee kernfusie plaatsvindt en aan de andere kant de snelheid waarmee energie weglekt als straling.

Hoe groter de ster, hoe groter de dichtheid en hoe sneller de kernfusie. Als gevolg hiervan wordt het heter en zet de kern uit. Daardoor neemt de fusiesnelheid weer af, ook kan energie makkelijker weglekken omdat de kern groter wordt en dus meer oppervlak heeft, waardoor er meer straling weglekt. Een soort natuurlijke zelfregelende kernfusiecentrale dus. Veel mensen vinden daarom dat we niet zo moeilijk hoeven te doen. De zon doet dit werk immers al voor ons. We hoeven alleen maar het zonlicht op te vangen met een zonnepaneel.

Een zon op aarde
Zonnepanelen zijn duur en hebben veel oppervlak nodig.

Kernfusie vindt alleen in de dichte (hier witte) kern plaats. De rest van de zon geleidt de energie naar buiten. Wij zien alleen de zeer dunne fotosfeer.

Kernfusie vindt alleen in de dichte (hier witte) kern plaats. De rest van de zon geleidt de energie naar buiten. Wij zien alleen de zeer dunne fotosfeer.

Gezien de ongelofelijke hoeveelheden energie die kernfusie oplevert is het daarom niet verwonderlijk dat uitvinders likkebaardend aan methoden denken om zelf kernfusie op te wekken. Helaas is het niet eenvoudig een kernfusiereactie op gang te houden. De zon nadoen gaat niet: geen enkel bekend materiaal is bestand tegen veertien miljoen graden hitte. Ook zonachtige drukken liggen nog ver buiten bereik, we bereiken nu met pijn en moeite de druk in de kern van de aarde. Uiteraard zijn uitvinders niet voor één gat te vangen en verzonnen toch allerlei listige methodes om kernfusie toch te laten werken.

De kansrijkste lijkt de in de Sovjet-Unie uitgevonden tokamak te zijn: een donutvormige fusiereactor met een heel dun, extreem heet plasma van deuterium en tritium (waterstof, maar dan met één resp. twee neutronen in de kern extra). Sterke magneetvelden voorkomen dat de geladen plasmadeeltjes ontsnappen. De resultaten zijn nog steeds niet denderend, maar kruipen steeds dichter bij het break-even punt dat er meer elektriciteit uitkomt dan er in wordt gestopt. Zouden tokamaks inderdaad de oplossing vormen voor ons energieprobleem of moeten we een andere methode voor kernfusie verzinnen? Er zijn inderdaad wat slimmere alternatieven bedacht…

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

12 reacties

  1. Frans Galjee schreef:

    Kernfusie een illusie. (Is het en zal het nog lang blijven)
    Cold Fusion (koude kernfusie) is eigenlijk een “contradictio in terminus” want er zal toch energie(lees warmte) nodig zijn om fusie tot stand te brengen. Italiaans experment (verwijzing Julie) ziet er op eigen site vreemd uit. Weinig informatie en vooral waarom is er bij experiment geen straling gemeten (als bewijs)? Naderen we 1 april?

  2. cyberidiot schreef:

    Al ons ‘wetenschappelijk’ begrip van de zgnd. natuurwetten is tot op heden uiterst rudimentair en
    zwaar gekleurd door ‘heersende wetenschappelijke
    vooroordelen’, genoeg hierover, zie; tesla, keely
    en vele anderen, die ‘buiten het doosje dachten’ en
    vooral experimenteerden, met alle ‘doofpot’ resultaten
    van dien. Leve olie, uranium enz. en laten we ons vooral ‘wetenschappelijk’ bezighouden met nieuwe energiebronnen, zolang shell en vele anderen in die lijn het ‘ermee eens zijn’, want anders zijn de
    resultaten “onzin”

    Nieuwe stelling; Stel nu eens dat de kern van de
    zon nul kelvin zou zijn [wet tegenstellingen/
    wederkerigheid]

    Onzin Natuurlijk!!

    Leve de “rammelende wetten” van de thermodynamica

    Wetenschap??!! laat me niet lachen!!

    • Julie schreef:

      De wet rammelt niet; bij 0 Kelvin (absolute nulpunt) verdwijnt de entropie. (Nernst)

      Gelijke ladingen stoten elkaar af, maar positief geladen protonen die zich tot een heliumatoom kunnen verenigen is mogelijk. Vanwege het quantummechanische, door Gamow ontdekte “tunnel-effect” is er een kans dat protonen in de zon door de electrostatische Coulomb-barrière heen “tunnelen” en elkaar dicht genoeg naderen om binnen de dracht van de sterke kernkracht tot een stabiele verbinding te fuseren.

  3. Nigel schreef:

    Het nadeel van een Fusor is dat de opgewekte energie nogal laag is, daarnaast is het knap lastig om de opgewekte energie op te vangen.  een Farnsworth-Hirsch Fusor is daarentegen wel een goede bron van vrije neutronen en wordt voor dat doel ook al commercieel toegepast.
    Maar Robert Bussard werkte aan een (elektro-)magnetische versie van het sferisch convergente ion focus (SCIF) concept genaamd de Polywell (samentrekking van polyhedron en potential-well). Maar ook deze variatie op de Fusor werkt niet aangezien de opgewekte Bremsstrahlung in een Polywell zo hoog is dat men geen netto fusie-energie kan winnen.

  4. Frans Galjee schreef:

    Een tussentijdse update: Los van nog zeer grote (op te lossen?) problemen wordt een eerste commerciele centrale voor kernfusie (dwz men krijgt er meer energie uit dan men er in stopt) voorzien (?) voor rond het midden van deze eeuw. Ondanks ook mijn bescheiden bijdrage (onderzoek naar schade aan wanden door uit baan vliegend plasma) komt deze datum maar niet dichterbij met het verstrijken van de tijd. Zeer grote problemen moeten nog worden overwonnen (zie oa Wikipedia over dit onderwerp). Ik (en wie wel?) ga deze centrale dan ook niet meer meemaken in dit leven.

  5. Mike schreef:

    (H2O, waterstof dioxide) (uit het artikel).
    Waarschijnlijk een typefout, maar het is toch echt, di-waterstof oxide.

    Of misschien ben ik al te lang van school?

    Groet,
    Mike.

  1. 4 maart 2011

    […] Kernfusie: het geheim van de zon […]

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

Advertisment ad adsense adlogger