Dit artikel maakt gebruik van de Koreaanse film Pandora om te waarschuwen voor de gevaren van kernenergie, legt de principes en voordelen van kernfusie-energie uit en onderzoekt de mogelijkheden van kernfusie om een veilige en duurzame energiebron voor de toekomst te worden.
Introductie
De Zuid-Koreaanse film Pandora volgt de strijd om een secundaire explosie en lekkage van radioactief afval te voorkomen als gevolg van een slechte constructie van een kerncentrale nadat de grootste aardbeving in de geschiedenis ervoor heeft gezorgd dat de centrale ontploft, waardoor radioactiviteit in de lucht vrijkomt en veel mensen schade lijden. Pandora dient als een waarschuwend verhaal om mensen voor te lichten en te waarschuwen voor de gevaren van nucleaire ongelukken waarvan ze zich misschien niet bewust zijn.
Kernenergie, gewoonlijk 'kernenergie' genoemd, is het middelpunt van de film, een vorm van elektriciteitsopwekking waarbij waterdamp wordt gebruikt die is ontstaan uit energie die is gegenereerd door een kettingreactie van kernsplijting om een turbinegenerator aan te zetten om elektriciteit te produceren. De splijtingsreactie die een kerncentrale aandrijft, is een soort kernreactie waarbij de kern van een atoom, meestal met een groot massagetal zoals uranium of plutonium, in botsing komt met een neutron of zichzelf destabiliseert en zich in kleinere kernen splitst. Naarmate de kernmassa vóór en na de kernsplijting afneemt, wordt de gereduceerde massa omgezet in energie en vrijgegeven.
Wanneer er echter splijting plaatsvindt in een kerncentrale, ontstaan er grote hoeveelheden radioactief materiaal en ontstaat er veel warmte, wat tot een zwaar ongeval kan leiden. Het kernongeval in Tsjernobyl in 1986 besmette een groot deel van Europa met radioactiviteit, en de explosie in de kerncentrale van Fukushima in Japan in maart 2011 verspreidde radioactief materiaal door heel Japan en naar de Stille Oceaan. De kernsmelting zorgde ervoor dat de kern smolt, het stalen drukvat binnendrong en in het betonnen insluitingsvat terechtkwam, en de enorme hoeveelheden water die werden geïnjecteerd om de kern af te koelen stroomden de oceaan in, waardoor de zeevruchten in het gebied werden besmet met radioactiviteit. Acht jaar later lijden veel mensen nog steeds onder de nawerkingen van straling, en de vervuilde omgeving is nog steeds niet in de oorspronkelijke staat hersteld.
Veel landen erkennen de gevaren van kernenergie en de controverse over de opslag van radioactief afval en voeren beleid uit om de opwekking van kernenergie te verminderen en nieuwe en hernieuwbare energiebronnen te ontwikkelen. Eén van die bronnen is kernfusie-energie.
Wat is kernfusie?
Laten we eens kijken naar het kernfusieproces dat kernfusie-energie produceert, een vorm van hernieuwbare energie. Kernfusie vindt plaats wanneer kernen met een lichte massa, zoals waterstof, samenkomen om zwaardere kernen te vormen. De bindingsenergie die wordt geproduceerd door een kerndeeltje met een lichtere massa dan een ijzeratoom is kleiner naarmate de massa kleiner is, dus hoe zwaarder de kern, hoe stabieler deze kan worden. Het verschil in bindingsenergie verschijnt als een massatekort, dat enorme fusie-energie genereert. Kernen die zwaarder zijn dan ijzerkernen kunnen ook kernfusie ondergaan wanneer energie van buitenaf wordt geleverd, waardoor de twee kernen kunnen worden gecombineerd, en zodra fusie heeft plaatsgevonden, kan de kern niet gemakkelijk uit elkaar worden gesplitst, zelfs niet als de energie wordt verlaagd. Dit proces van kernfusie is hetzelfde als de manier waarop de zon licht en warmte produceert, daarom worden fusie-apparaten soms ‘kunstmatige zonnen’ genoemd.
Sterren die hun eigen energie en licht genereren, zoals de zon, maken gebruik van kernfusiereacties om extreem hoge temperaturen van meer dan 100 miljoen graden Celsius te bereiken. In deze toestand smelten atoomkernen samen in een kernfusiereactie, waardoor energie ontstaat. Aan het begin van de 20e eeuw wisten mensen niet hoe de zon enorme hoeveelheden zonne-energie kon blijven genereren. Volgens de wet van behoud van energie moet de hoeveelheid energie die door het oppervlak van de zon wordt uitgezonden gelijk zijn aan de hoeveelheid energie die in de zon aanwezig is, wat onmogelijk was met de toen bekende energiebronnen, zoals hout en steenkool. Toen uit onderzoek later bleek dat de manier waarop de zon zijn energie krijgt via kernfusie verloopt, begonnen veel mensen zich af te vragen of ze deze energie daadwerkelijk konden benutten.
Naast fusiecentrales is een kernwapen dat met deze technologie is ontwikkeld de waterstofbom. Waterstofbommen zijn relatief milieuvriendelijk, omdat ze tijdens de waterstoffusiereactie geen grote hoeveelheden radioactiviteit produceren. Het grootste deel van de explosieve kracht van een waterstofbom wordt echter bepaald door de kernfusie die plaatsvindt tijdens de kernexplosie, en de reactie kan niet plaatsvinden zonder het vrijkomen van grote hoeveelheden röntgenstraling als eerste trigger. Bovendien is de efficiëntie van waterstofbommen momenteel gelijkwaardig aan die van TNT met dezelfde massa, en is verdere ontwikkeling nodig.
Voordelen van kernfusie
Waarom zouden mensen kernfusietechnologie willen ontwikkelen en de energie ervan willen benutten door middel van onderzoek? Om deze vraag te beantwoorden moeten we het eerst hebben over de voordelen van kernfusie.
Ten eerste worden bij kernfusie materialen gebruikt die in de natuur als grondstof voorkomen. Dit is iets dat de meeste hernieuwbare energiebronnen gemeen hebben, maar in tegenstelling tot kernsplijting, waarbij uranium wordt gebruikt, dat over beperkte reserves beschikt, wordt bij kernfusie gebruik gemaakt van materialen die direct beschikbaar zijn in de natuur. Bij kernfusie wordt gebruik gemaakt van deuterium (²H), dat kan worden gewonnen uit zeewater, en tritium (³H), dat wordt gemaakt uit lithium, dat gemakkelijk uit de bodem kan worden gewonnen. Waterstof is momenteel direct beschikbaar op aarde, en nog meer in de ruimte, dus we hoeven ons geen zorgen te maken dat de waterstof opraakt.
Vervolgens is kernfusie economisch omdat de brandstof zeer efficiënt is. De energie die wordt gegenereerd tijdens de opwekking van fusie-energie bedraagt ongeveer 638 GJ per gram waterstof, wat betekent dat fusiereacties zeven keer meer energie genereren dan splijtingsreacties bij gebruik van dezelfde massa brandstof. Bovendien is de energie die wordt opgewekt door fusie met behulp van één gram waterstof vergelijkbaar met de energie die wordt geproduceerd door 21 ton steenkool en ongeveer 60 vaten olie, waardoor het ongelooflijk energie-efficiënt is.
Kernfusie is ook een zeer veilige technologie. De opwekking van energie door splijting is afhankelijk van de aanwezigheid van een kritische massa om een kettingreactie op gang te brengen, waardoor een gestage stroom thermische energie wordt geleverd en de reactie wordt gecontroleerd met neutronenvertragers. Fusiekracht daarentegen is afhankelijk van het bijtanken van de fusiereactor met waterstof wanneer dat nodig is, dus zelfs als er een probleem is met het beheersen van de kernreactie in de reactor, is er weinig kans op een explosie. De waterstof, de brandstof voor fusie-energie, bestaat in de reactor als plasma, en in tegenstelling tot vaste stoffen is waterstofplasma zeer compact en kan het slechts een kleine hoeveelheid thermische energie per volume bevatten. Als de controle faalt en het plasma de reactorwand raakt, zal het verdwijnen en zal de kernreactie stoppen.
Tenslotte is kernfusie milieuvriendelijk en produceert het zeer weinig schadelijke stoffen. De hoeveelheid straling die wordt geproduceerd door de opwekking van fusie-energie met behulp van waterstof uit de natuur is feitelijk hoger dan die van de opwekking van kernsplijting. In tegenstelling tot de opwekking van energie uit kernsplijting, waarbij radioactieve stoffen worden geproduceerd die dodelijk zijn voor de mens, en de opwekking van thermische energie, waarbij grote hoeveelheden zwaveloxiden, koolmonoxide en andere schadelijke stoffen worden geproduceerd die in de atmosfeer worden uitgestoten, produceert het fusieproces echter niet- radioactief, voor het milieu onschadelijk helium, dat onschadelijk is voor mens en milieu.
Op deze manier maakt kernfusie gebruik van natuurlijke materialen om energie op te wekken en is het zeer efficiënt en economisch. Als we gebruik kunnen maken van de manier waarop de zon en de natuur energie verkrijgen, zullen we van veel van de bovengenoemde voordelen kunnen genieten. Daarom blijven veel landen onderzoek doen naar kernfusie, omdat ze geloven dat er geen efficiënter alternatief is om de energieproblemen van de mensheid op te lossen dan kernfusie-energie, in een tijd waarin de uitputting van hulpbronnen en de milieuvervuiling toenemen.
Praktische uitvoering van kernfusie
Talloze landen werken er hard aan om de vele voordelen van kernfusie te realiseren. Toen de wetenschappelijke demonstratie van kernfusie eenmaal mogelijk werd, verschoof het kernfusieonderzoek in de wereld naar commercialisering, gericht op technische toepassingen en commerciële elektriciteitsproductie. Als reactie hierop hebben geavanceerde kernfusielanden een internationaal onderzoeksinstrument opgezet om onderzoeksresultaten te delen en de commercialisering te versnellen.
Dit is ITER. ITER betekent 'weg' in het Latijn en belichaamt de hoop van de mensheid op een 'weg naar nieuwe energie'. Het ITER-project is het grootste internationale gezamenlijke onderzoeks- en ontwikkelingsproject om gezamenlijk een internationale kernfusietestreactor te bouwen om eindelijk de commerciële levensvatbaarheid van kernfusie-energie te bewijzen in het licht van de uitputting van fossiele brandstoffen en milieuproblemen. Het project werd aanvankelijk geleid door vier landen – de Verenigde Staten, Rusland, de Europese Unie en Japan – maar is sindsdien vergezeld door Zuid-Korea, China en India, waardoor het totaal op zeven landen komt.
De toekomst van kernfusie
Kernfusie boekt gestage vooruitgang. Om kernfusie praktisch te maken zijn uitmuntende wetenschap en technologie nodig, en onlangs is de vraag gerezen: kan kernfusie bij kamertemperatuur worden gerealiseerd?
Er zijn een aantal mensen die beweren dat kernfusie bij kamertemperatuur kan worden gerealiseerd. In maart 1989 maakten Stanley Ponds en Martin Freischmann van de Universiteit van Utah in de Verenigde Staten bekend dat ze met succes een kernfusie-experiment bij kamertemperatuur hadden uitgevoerd met behulp van palladium, dat het vermogen heeft om waterstof te absorberen. inconsistent en werden niet erkend door de wetenschappelijke gemeenschap. Sindsdien zijn er verschillende beweringen gedaan, waaronder belfusiereacties, maar het lijkt moeilijk om kernfusie op kamertemperatuur te realiseren met de huidige technologie.
De toekomstige energiemarkt zal worden gedomineerd door nieuwe en hernieuwbare energie vanwege milieuoverwegingen, en kernfusie-energie zal leiden tot een verandering in het toekomstige energievoorzieningssysteem omdat het alle vormen van energie kan leveren. Het onderzoek naar kernfusie-energie bevindt zich echter nog in de beginfase en is nog maar net begonnen. In de toekomst zullen we technische problemen moeten oplossen, zoals het diagnosticeren van het plasma, het stabiel houden ervan en het verwijderen van onzuiverheden. Om dit te bereiken hebben we een langetermijnaanpak nodig, en we hebben beleid nodig dat getalenteerde mensen en ondersteuning op lange termijn garandeert.
Conclusie
Kernfusie is veelvuldig aan bod gekomen in recente films. In de film 'Iron Man' gebruikt de hoofdpersoon, Tony Stark, een kernfusieapparaat op kamertemperatuur om zijn Iron Man-pak van stroom te voorzien. Hij gebruikt dit apparaat om verschillende schurken te bevechten en een superheld te worden. In de film “Spider-Man 2” is Dr. Octopus een wetenschapper die kernfusie bestudeert met behulp van tritium (tritium tritium), in de hoop onbeperkte macht te verwerven door middel van kernfusiereacties. Zijn fusie-experimenten mislukken herhaaldelijk, maar de fusiereactor zelf wordt een entiteit met een verlangen om de mensheid te controleren. In deze films wordt kernfusie afgeschilderd als een technologie die onbeperkte energie kan benutten.
Het probleem met de opwekking van fusie-energie is neutronenstraling. Neutronenstralen zijn stromen van snelle neutronen, en de snelle neutronen stralen de reactor uit. In tegenstelling tot splijtingsenergie, waarbij grote hoeveelheden reactieproducten moeten worden geïsoleerd van de omgeving, produceert fusie-energie veel minder milieuschadelijk afval dan splijtingsenergie, omdat deze alleen hoeft te worden behandeld als de reactor buiten gebruik wordt gesteld. Het is belangrijk te onderkennen dat radioactief afval wordt geproduceerd, zij het in kleinere hoeveelheden dan splijting.
Ik ben vóór de opwekking van fusie-energie. Het is echter belangrijk om in gedachten te houden dat de kernfusietechnologie nog steeds in ontwikkeling is, en hoewel deze naar verwachting veel voordelen zal opleveren, kunnen er ook nadelen zijn die nog moeten worden ontdekt. Zoals de geschiedenis van de technologische vooruitgang heeft aangetoond, kunnen onvoorziene problemen zich voordoen en veel gevolgen hebben. Daarom is het aan de mens om te beslissen hoe kernfusie moet worden gebruikt en benut, wat onbeperkte mogelijkheden biedt, en daarmee ook verantwoordelijkheid. Onderzoekers die kernfusie bestuderen en ontwikkelen, maar ook degenen die kernfusie in de toekomst zullen commercialiseren en gebruiken, moeten hun verantwoordelijkheid nemen om misbruik ervan te voorkomen. Als we in staat zijn onbeperkte energie uit kernfusie te benutten, zullen we bovendien maatregelen moeten nemen om problemen op nationaal niveau, zoals oorlog, op te lossen.
