Splijtingsproces

Kettingreactie : de splijting van uranium

De splitsing van een zware atoomkern (bv. uranium of plutonium) gaat gepaard met vrijgave van energie onder de vorm van warmte en straling. Splijting kan tot stand gebracht worden door een atoomkern met neutronen te beschieten. 

De kans dat een neutron een splijtbaar treft wordt groter naarmate de snelheid van het neutron vermindert. Om die reden is een moderator nodig, d.w.z.een stof die neutronen afremt. 

De splijtbare atoomkern splitst in twee of meer splijtingsfragmenten en zendt bovendien neutronen uit. Die neutronen kunnen op hun beurt de splijting van een splijtbare atoomkern veroorzaken, en aldus wordt een kettingreactie gecreëerd.

Een enorme hoeveelheid stalinisten kinetische energie komt vrij bij het uiteenbarsten van de splijtbare kern, en die energie wordt omgezet in warmte: één kg uranium 235 levert voor splijting van alle atoomkernen 24.000.000kWh op.

Ter vergelijking, het verbranden van één kg steenkool produceert 8kWh aan thermische energie, dus 3 miljoen keer minder.

Splijtstof gebruikt in vermogenreactoren die slechts plusminus 3% onmiddellijk splijtbaar materiaal bevat, heeft dus een ongeveer 100.000 maal groter energiepotentieel dan steenkool. 

Na een verblijf van vier jaar in de reactorkern is de bruikbare energie van de splijtstof stilaan weggeëbd. De splijtstof wordt dan vervangen door nieuwe splijtstof. De gebruikte splijtstof wordt dan heropgewerkt, d.w.z. dat het resterende uranium en plutonium dat hergebruikt kan worden gerecupereerd wordt. Indien er niet aan heropwerking wordt gedaan, worden de gebruikte splijtstofelementen geconditioneerd en opgeslagen als hoog radioactief afval.

De moderator : een rem voor de neutronen

De kans dat een neutron gevangen wordt door een splijtbare kern en een splitsing van die kern veroorzaakt, wordt groter naarmate de snelheid van het neutron vermindert.

Om de neutronen af te remmen wordt een moderator gebruikt. Voorbeelden van moderatoren zijn water en grafiet (lichte atoomkernen). In PWR vervult het koelwater de rol van moderator.

Schematisch voorgesteld botsen de neutronen op de waterstof en worden hierdoor vertraagd, waardoor hun kans om een splijtbare kern te raken vergroot.Ten opzichte van grafiet heeft water het grote voordeel dat er geen brandgevaar is bij hoge temperaturen. Daarbij komt ook nog dat bij water wanneer de temperatuur echt te hoog zou oplopen, de neutronen minder afgeremd worden: indien het water begint te koken maakt de aanwezigheid van stoombellen dat de afremming van de neutronen verslechtert; er vinden dan minder kernsplitsingen plaats en het wordt onmogelijk de kettingreactie te handhaven. Deze eigenschap van het water wordt "negatieve void-coëfficiënt" genoemd.

Neutronenabsorptie

Per kernsplitsing komen twee à drie neutronen vrij. Om de kettingreactie in de hand te houden moet ervoor gezorgd worden dat elke kernsplitsing maar één enkele nieuwe kernsplitsing veroorzaakt. Dat wil zeggen dat van de door de kernsplitsing geproduceerde neutronen, er maar één neutron een splitsing mag veroorzaken. De overige neutronen moeten op één of andere manier geëlimineerd worden: een deel wordt door de reactorkuip en de interne delen geabsorbeerd; de rest moet door middel van een gecontroleerde en regelbare techniek geabsorbeerd worden.

Het toevoegen van boorzuur aan het primaire water, en het inbrengen van controlestaven in de reactorkern laat toe de overtollige neutronen te absorberen en zo de kettingreactie in de hand te houden. Zowel boorzuur als het materiaal van de staven (een indium-cadmium-zilverlegering of boorcarbide) zijn goede neutronenabsorbers. Naargelang het boorzuurgehalte van het primaire water en de positie van de controlestaven in de kern zal de neutronenbalans positief of negatief zijn. Wanneer men alle controlestaven ineens in de reactor laat vallen, stopt de kettingreactie binnen 1.3 seconden. Dit gebeurt bij een noodstop van de reactor, ook "scram" genoemd.

We use cookies on this website, which involves processing of your personal data. These cookies are used for statistical purposes and to provide you a more personalized browsing experience (e.g. by remembering your preferences on other websites). Do you agree with our use of cookies?
More information Ok