IndexLast Update: 2025-08-04 20:52:39
Alle materie bestaat uit kleinste deeltjes. Atomen heten deze. Dit komt uit het oud Grieks en betekent ondeelbaar. Natuurlijk is een atoom ook weer deelbaar, maar dat wisten ze in de oudheid nog niet.
Een atoom bestaat uit een zware, positief elektrisch geladen kern, met eromheen een wolk van negatief geladen lichte deeltjes. In de kern zitten twee soorten deeltjes. Er zijn protonen, die positief geladen zijn, en neutronen, die geen lading hebben. De deeltjes in de wolk heten elektronen. De elektrische lading van een elektron is even groot als die van een proton, maar dan negatief in plaats van positief. In een atoom zijn evenveel elektronen als protonen, waardoor het in totaal geen lading heeft. De neutronen helpen de kern bij elkaar te houden.
Protonen en neutronen zijn ongeveer even zwaar. Een elektron is onvergelijkbaar veel lichter dan een proton of een neutron. Een neutron is een proton en elektron samen.
Het aantal protonen en elektronen in een atoom bepaalt wat voor stof het is, bijvoorbeeld ijzer heeft 26 protonen en 26 elektronen en dit bepaalt dat het ijzer is en geen goud. Het aantal neutronen kan wisselen, maar meestal komt een bepaald aantal het meest vaak voor, bijvoorbeeld 30 voor ijzer. Een ijzeratoom bestaat dan uit een kern met 26 protonen en 30 neutronen en een wolk met 26 elektronen.
Als je twee protonen naar elkaar toe duwt, stoten ze elkaar af omdat ze beide positief geladen zijn en positieve ladingen elkaar afstoten. Als je ze echter dicht genoeg bij elkaar brengt, trekken ze elkaar ineens veel sterker aan dan dat ze elkaar eerder door de gelijke lading afstootten, en plakken ze aan elkaar. De kracht die dit doet heet de sterke kernkracht en waar hij vandaan komt is onbekend. Als protonen en neutronen samensmelten op deze manier, komt heel veel energie vrij, een beetje op dezelfde manier als dat je energie kunt maken door een zwaar voorwerp op aarde te laten vallen. Twee protonen laten samensmelten tot een kern lukt echter niet, daarvoor stoten ze elkaar te hard af, maar met neutronen ertussen lukt het wel. Grotere atomen maken door kleinere bij elkaar te brengen heet kernfusie.
Het meest eenvoudige atoom is waterstof. Dit bestaat uit één proton en één elektron. Een iets minder eenvoudig atoom is helium. Dit bestaat uit een kern met twee protonen en twee neutronen en daaromheen twee elektronen. Waterstof bij elkaar duwen met neutronen en helium maken is de meest eenvoudige kernfusie. Dit is kernenergie zoals deze wordt gemaakt op de zon. De zon bestaat voor het grootste deel uit waterstof en in het centrum van de zon wordt dit door de zwaartekracht zo hard op elkaar geduwd dat er helium ontstaat. Dit levert heel veel energie en geeft weinig tot geen radioactief afval. Helium is ongevaarlijk. Op aarde is deze kernfusie echter nog niet gelukt, behalve in de waterstofbom.
Door protonen en neutronen op elkaar te duwen kun je allerlei soorten stoffen maken, zoals stikstof, zuurstof, koolstof, ijzer enzovoorts. Steeds levert dit energie. Echter, als het atoom zo zwaar geworden is als ijzer (26 protonen en 30 neutronen, 56 totaal), levert meer deeltjes erbij stoppen geen energie meer op, maar kost het energie. De reden is dat er teveel positieve lading is en daarom de energiewinst door de sterke kernkracht kleiner wordt dan wat erin moet om de deeltjes tegen het afstoten door de lading in toch bij elkaar te brengen. Zwaardere kernen dan ijzer bestaan echter wel, bijvoorbeeld uranium (92 protonen, 146 neutronen, 238 totaal). Dit soort kernen ontstaan doordat het materiaal heel hard op elkaar is geduwd, bijvoorbeeld in bepaalde aardlagen. De energie die dit heeft gekost kun je weer terug krijgen door de kernen te splijten. Dit proces heet kernsplijting en dit is wat wordt gedaan in kernreactoren op aarde. Het levert veel minder energie dan kernfusie en je krijgt er ook radioactief afval mee. Als namelijk in een atoomkern de verhouding tussen de neutronen en protonen niet goed is, gaan ze uit elkaar vallen en deeltjes uitzenden, bijvoorbeeld helium kernen, elektronen of gamma stralen. Dit soort niet stabiele kernen zijn radioactief en zijn het afval van kerncentrales. Sommige kernen vallen heel snel uit elkaar en zijn dus heel erg radioactief, maar ook snel weg, zoals radioactief jood. Al na echt dagen is hiervan de helft uit elkaar gevallen. Andere kernen vallen minder snel uit elkaar en zijn minder radioactief, maar blijven het veel langer, zoals radioactief cesium. Hiervan is pas na twintig jaar de helft uit elkaar gevallen. De tijd die radioactief materiaal nodig heeft om voor de helft uit elkaar te vallen heet halfwaardetijd. Steeds de helft nemen wordt echter nooit nul en radioactief afval is hierdoor voor eeuwig al wordt uiteindelijke de straling verwaarloosbaar, maar dit duurt heel lang.
Kerncentrales gebruiken kernsplijting om energie op te wekken. Bij kernsplijting komt hitte vrij, deze wordt gebruikt om water te verdampen en hiermee wordt een dynamo aangedreven om elektriciteit te produceren. Feitelijk is een kerncentrale een stoommachine.
Kerncentrales werken niet met gewoon uranium, met een variant van Uranium met drie neutronen minder, 235 deeltjes in totaal. Deze uranium variant is instabiel en valt af en toe spontaan uit elkaar waarbij een of meerdere losse neutronen vrijkomen. Door veel van dit materiaal bij elkaar te brengen kun je ervoor zorgen dat deze neutronen worden opgevangen door kernen eromheen, waardoor deze ook gaan splijten, wat weer nieuwe neutronen geeft die ook weer andere kernen laten splijten enzovoorts. Dit is een kettingreactie. Het splijten van de ene kern laat een nieuwe kern splijten. Als echter één kern twee of meer kernen laat splijten, en daar zijn genoeg neutronen voor als de hoeveelheid materiaal groot genoeg is, gaat dit proces steeds sneller. Zo maak je een kernbom en dit is ook wat er gebeurt bij een meltdown van een kernreactor. Er is dan zoveel radioactief materiaal bij elkaar gekomen dat er zoveel neutronen vrijkomen dat er steeds meer materiaal gaat splijten waardoor het steeds sneller gaat. De techniek in een kernreactor is heel eenvoudig. Je brengt uranium bij elkaar, waardoor de kettingreactie op gang komt en wanneer het te hard gaat beweeg je het weer uit elkaar zodat het weer langzamer gaat.
Dit proces is echter lastig te controleren. De hoofdreden hiervoor is dat als je de controle kwijt raakt, de kettingreactie niet stopt, maar steeds sneller gaat en het daardoor steeds erger misgaat, totdat uiteindelijk een meltdown volgt en de boel ontploft. Meestal is de oorzaak dat door de ongecontroleerde kettingreactie het splijtingsmateriaal te heet is geworden en is gaan smelten waardoor je het niet meer kunt hanteren. Dit kan ook gebeuren als omliggende systemen uitvallen, zoals koeling of er brand uitbreekt, zoals in Tsjernobyl in 1986. De centrales zijn dus instabiel. Vanzelf gaan ze te hard en ontploffen ze, maar door ze onder controle te houden voorkom je dit. Je moet actief zijn en blijven om ongelukken te voorkomen. De techniek voor kernsplijting is gerealiseerd aan het einde van de tweede wereldoorlog omdat men er een bom mee wilde maken. De huidige kerncentrales zijn dan ook gebaseerd op het ontwerp van een bom. Eigenlijk is een kerncentrale een kernbom die heel graag wil ontploffen, maar die je steeds tegenhoudt.
Veel veiliger is een centrale waarin je actief moet zijn om het proces op gang te houden en die vanzelf stopt, eventueel kapotgaat, als er iets misgaat. Dit kost dan geld omdat de centrale stuk is, maar deze schade is draagbaar. Een van de redenen dat deze techniek niet is ontwikkeld is dat ze niet kan worden gebruikt om een bom mee te maken, waardoor financiëring tot op heden ontbrak.
Daarbij komt dat je een kerncentrale, ook als hij perfect in orde is, niet in een keer uit kunt zetten. Als de kettingreactie in het uranium eenmaal op gang is, gaat hij door, ook nadat je het materiaal weer uit elkaar bewogen hebt, zij het minder snel. Door de gaande kettingreactie zijn er veel meer vrije neutronen dan er waren voordat je het materiaal bij elkaar bracht en er nog geen kettingreactie was. Deze neutronen laten de reactie doorgaan, waardoor het materiaal heter wordt, wat het laat smelten waardoor het weer bij elkaar komt en er alsnog een meltdown kan ontstaan. Om dit te voorkomen moet je ook nadat de centrale is uitgezet nog een hele tijd, soms wel een paar jaar, blijven koelen. Zo niet, dan gaat het alsnog mis. Dit is wat er in Fukushima in Japan onder andere is gebeurd. De centrale was uitgezet, maar er was geen koeling.
Dat het in kerncentrales niet veel vaker is misgegaan dan tot nu toe is door de stricte veiligheidsregels en de voorzichtige manier van werken door werknemers. Ook voor kernenergie geldt echter het marktprincipe. Er moet aan worden verdiend. Dit remt het toepassen van veiligere en dus duurdere techniek en zet het veilig bouwen en veilig gebruiken van kerncentrales onder druk. De huidige tendens dat ook overheden gaan denken als private bedrijven versterkt dit.
Als het misgaat en een kerncentrale ontploft, komt er ongecontroleerd radioactief afval vrij in de omgeving. Dit afval kun je niet goed opruimen, omdat je je niet goed tegen de staling kunt beschermen en het afval overal in doordringt, bijvoorbeeld de bodem. Ook moet je heel voorzichtig met het afval omgaan en moet het afval moet vervolgens veilig worden opgeslagen. Het kan bijvoorbeeld niet worden verbrand.
De denkfout is dat we doen alsof we het proces onder controle hebben terwijl dit niet zo is. Systemen dubbel uitvoeren helpt misschien om de kans dat het misgaat te verkleinen, maar het gaat een keer mis en meestal gaat het mis door iets dat vantevoren niet was voorzien, zoals aardbeving gecombineerd met een tsunami in Japan, en daar helpt niets tegen. Als bijvoorbeeld de energie uitvalt, werkt geen enkel systeem meer, ook een reserve systeem niet. Daarbij komt dat we de gevolgen als het fout gaat niet kunnen dragen. Dit lijkt een beetje op gokken met geleend geld. Als je verliest, kun je niet terugbetalen. Om iets als kernenergie veilig te kunnen doen, moet je ervanuitgaan dat je het niet onder controle hebt en het om de zoveel tijd misgaat en het zo uitvoeren dat je de gevolgen kunt dragen, maar met kernenergie wordt dit nauwelijks geprobeerd en is het misschien wel onmogelijk. Conclusie is dat kernenergie te gevaarlijk is om het te gebruiken.
Mochten we echter ooit in staat zijn kernsplijtingsreactoren veilig te maken dan zijn ze nog steeds geen oplossing voor het energieprobleem. Om te beginnen is uranium een fossiele brandstof, net als olie, en gaat het dus op. Ook is er geen oplossing voor het afval. Een deel kan worden "opgewerkt" en hergebruikt, maar dit is een gevaarlijk proces en het kan alleen met een deel van het materiaal. De rest kan alleen worden opgeslagen en ook dit is problematisch.
Geen enkele opslag is volledig veilig en het afval kan ongecontroleerd vrijkomen door bijvoorbeeld aardbevingen, vaten die gaan roesten of een oorlog, waarin een depot kan worden beschadigd. Bovendien gaan na verloop van tijd de vaten lekken doordat ze verzadigd raken met de radioactieve deeltjes van binnenuit en ze deze gaan doorlaten of zelf radioactief worden. Het afval zelf is voor eeuwig. De radioactiviteit neemt weliswaar per periode met de helft af, maar steeds de helft nemen wordt nooit niets en de periodes zijn lang.
Het afval zal bestaan uit het afval uit het gebruik van kerncentrales en de resten van centrales die, al dan niet veilig gebouwd, kapot zijn gegaan, zoals in Tsjernobyl en Fukushima. Het is echter onbekend hoe deze centrales moeten worden opgeruimd of hoe dit afval zou kunnen worden opgeslagen. Het zal een grote hoeveelheid afval worden, die altijd een risico zal blijven en voortdurend zal moeten worden bewaakt en regelmatig onderhouden, bijvoorbeeld door het vervangen van vaten die zijn gaan lekken. Reeds nu is niet te verwachten dat de gebieden rond Tsjernobyl en Fukushima ooit volledig zullen zijn hersteld. De verhoogde radioactiviteit is blijvend en de toegelaten norm verhogen, wat soms wordt gedaan, is geen oplossing.
De huidige bijdrage door kernenergie is een paar procent, maar de risico's en afvalproblemen zijn vele malen groter. Als energieopwekking door kernsplijting al op een veilige manier mogelijk zou zijn, dan niet zolang we denken dat we het onder controle hebben, zeker niet als we er ook nog proberen geld mee te verdienen en al helemaal niet voordat er een afdoende oplossing is gevonden voor het afval, bijvoorbeeld door zo lang door te splijten dat het niet meer radioactief is, maar waarschijnlijk kan dit niet. Op de korte termijn waarop het energieprobleem moet worden opgelost lijkt veilige kernenergie zonder een ernstig afval probleem niet mogelijk en bij kernenergie als "tijdelijke" oplossing weet niemand hoelang dit "tijdelijk" zal zijn en het afval zal voor eeuwig zijn. Bewaren is geen optie. Het lukt nu al niet terwijl kernenergie slechts op kleine schaal wordt gebruikt. Opruimen en opslag van het afval van de rampen in Tsjernobyl en Fukushima is niet mogelijk. Het probleem zal onhoudbaar worden als kernenergie op grotere schaal gaat worden gebruikt. In plaats van door te gaan met kernsplijting, kunnen we onze energie beter gebruiken voor het oplossen van dit, reeds ontstane, afvalprobleem.
Uiteindelijk zal het afval van kernsplijting een grotere milieuramp worden dan de klimaatverandering. Met de klimaatverandering kunnen we uiteindelijk leren leven. Bovendien zal dit moeten, want we leven in de uitloper van een ijstijd waardoor het op aarde hoe dan ook warmer zal worden. Van een steeds groter wordende berg radioactief materiaal gaat echter alle leven op aarde, en dus ook wij, uiteindelijk dood en hiermee kunnen we niet leren leven. Bovendien hoeft dit niet omdat we het kunnen voorkomen door kernenergie te mijden.
Liever een klimaatverandering dan een door het gebruik van kernsplijting als energievoorziening door radioactiviteit vergiftigde aarde.