Verschil tussen kernsplijting en fusie

Belangrijkste verschil - kernsplijting versus fusie

Kernfusie en kernsplijting zijn chemische reacties die plaatsvinden in de kern van een atoom. Deze reacties geven een zeer hoge hoeveelheid energie af. In beide reacties worden de atomen veranderd en de eindproducten zouden volledig verschillen van de oorspronkelijke reactanten. Kernfusie geeft een hogere energie af dan die van kernsplijting. Hoewel kernsplijtingsreacties niet zo veel in het milieu worden aangetroffen, wordt kernfusie gevonden in sterren zoals de zon. Het grootste verschil tussen kernsplijting en fusie is dat kernsplijting is de deling van een atoom in kleinere deeltjes, terwijl kernfusie de combinatie is van kleinere atomen tot een groot atoom.

Key Areas Covered

1. Wat is kernsplijting
      - Definitie, mechanisme, voorbeelden
2. Wat is kernfusie
      - Definitie, mechanisme, voorbeelden
3. Wat is het verschil tussen kernsplijting en fusie
      - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: deuterium, halfwaardetijd, neutronenbombardement, kernsplijting, kernfusie, nucleaire straling, straling, radioactief verval, tritium

Wat is kernsplijting

Kernsplijting is het splitsen van een kern in kleinere deeltjes. Deze kleinere deeltjes worden fragmenten genoemd. Vaak bevatten de producten van kernsplijting neutronen en gammastraling. Een kernsplijtingsreactie kan een grote hoeveelheid energie vrijmaken. Deze reactie kan op twee manieren plaatsvinden, zoals hieronder.

Neutronenbombardement

Dit is een niet-spontane reactie waarbij een grote, onstabiele isotoop wordt gebombardeerd met hoge-snelheid neutronen. Deze versnelde neutronen zorgen ervoor dat de isotoop gespleten wordt. Ten eerste combineert het neutron met de kern van de isotoop. De nieuwe kern is meer onstabiel; dus ondergaat het een splijtingsreactie. De splijting produceert meer neutronen die andere isotopen kunnen induceren om kernsplijting te ondergaan. Dit maakt het een kettingreactie. Dit wordt 'nucleaire kettingreactie' genoemd.

Mechanisme - Binaire Fission

De kernsplijting gebeurt via een speciaal mechanisme genaamd binaire splitsing. De kern van een atoom krijgt een bolvorm vanwege de aanwezigheid van nucleaire krachten tussen subatomaire deeltjes (neutronen en protonen). Wanneer de kern het versnelde neutron vangt, wordt de bolvorm van de kern vervormd. Dit veroorzaakt de vorming van een vorm met twee lobben. Deze lobvorming zorgt ervoor dat de subatomaire deeltjes van elkaar scheiden. Als de snelheid van het bombardement voldoende is, kunnen de twee lobben volledig worden gescheiden, waarbij twee fragmenten worden gevormd omdat de nucleaire krachten nu niet voldoende zijn om de lobben bij elkaar te houden. Hier wordt een zeer hoge hoeveelheid energie vrijgegeven. Deze energie komt uit de kern, waar de sterke kernkrachten tussen subatomaire deeltjes worden omgezet in energie.

Figuur 01: De stadia van binaire splitsing van de kern. Hier worden de twee fragmenten als even groot beschouwd. Maar één product is eigenlijk kleiner dan het andere product.

Radioactief verval

Dit is een spontaan proces. Onstabiele isotopen ondergaan radioactief verval. In dit proces worden subatomaire deeltjes van de kern van isotopen omgezet in verschillende vormen, wat resulteert in een ander element. Het product is stabieler en de onstabiele isotopen ondergaan radioactief verval totdat alle atomen stabiel zijn.

In dit proces verliezen onstabiele isotopen energie door straling uit te zenden. Radioactief verval kan resulteren in straling bestaande uit alfadeeltjes en betadeeltjes. Het verval van radioactief materiaal wordt gemeten met de term "halfwaardetijd". De halfwaardetijd van een materiaal is de tijd die het materiaal nodig heeft om de helft van zijn oorspronkelijke massa te worden.

Figuur 2: A Nuclear Fission Reaction

De bovenstaande afbeelding toont een kernsplijtingreactie die optreedt als gevolg van neutronenbombardement. Het neutron raakt de uranium-235-isotoop en vormt een uranium-236-atoom. Het is erg onstabiel. Het is dus gesplitst in Barium-144, Krypton-89 en meer versnelde neutronen samen met een hoge hoeveelheid energie.

Wat is kernfusie

Kernfusie is de combinatie van twee kleinere atomen om een ​​groot atoom te creëren, waardoor energie vrijkomt. Dit gebeurt onder hoge temperatuur- en drukomstandigheden. Soms zal de combinatie van kernen resulteren in meer dan één groot atoom. Indien berekend, is er een verschil in massa tussen reactanten en producten. Deze ontbrekende massa wordt omgezet in energie. Het verschil in massa ontstaat als gevolg van het verschil in nucleaire bindingsenergie.

Kernfusiereacties komen het meest voor in de zon. De energie die vrijkomt uit de zon is het gevolg van kernfusiereacties die plaatsvinden in de zon. De nucleaire bindingsenergie is de energie die nodig is om protonen en neutronen bijeen te houden in de kern. Omdat protonen positief geladen zijn en elkaar afstoten, zou er een sterke aantrekkingskracht moeten zijn om ze bij elkaar te houden. Als het gaat om kleine kernen, zijn er minder protonen aanwezig; daarom vindt minder afstoting plaats. Aantrekkingskrachten hier zijn hoger. Daarom zal de binding van kernen extra energie vrijmaken vanwege de hoge aantrekking tussen twee kernen. Maar voor grotere nuclei-combinaties wordt geen energie vrijgegeven. Dit komt omdat er meer protonen zijn die een hoge afstoting veroorzaken tussen twee kernen.

Vanwege de aanwezigheid van meer protonen die een afstoting veroorzaken tussen kernen, is kernfusie tussen zwaardere kernen niet exotherm. Maar vanwege de hoge aantrekkingskracht tussen protonen ondergaan lichtere kernen kernfusiereacties die zeer exotherm zijn.

Figuur 3: kernfusie-reactie in de zon

Zon is een ster. Het produceert een hoge hoeveelheid energie in de vorm van warmte en licht. Deze energie komt van de fusiereacties die in de zon voorkomen. De fusiereactie omvat de fusie van kernen van Deuterium en Tritium. De eindproducten die door deze reactie worden gegeven zijn Helium, neutronen en veel energie.

Verschil tussen kernsplijting en fusie

Definitie

Kernsplijting: Kernsplijting is het splitsen van een kern in kleinere deeltjes, waardoor een grote hoeveelheid energie vrijkomt.

Nucleaire fusie: Kernfusie is de combinatie van twee kleinere atomen om een ​​grote atoomlossende energie te creëren.

Natuurlijk voorkomen

Kernsplijting: Kernsplijtingsreacties komen niet vaak voor in de natuur.

Nucleaire fusie: Kernfusiereacties komen vaak voor bij sterren zoals de zon.

Vereisten

Kernsplijting: Kernsplijtingreacties kunnen ultrasnelle neutronen vereisen.

Nucleaire fusie: Kernfusiereacties vereisen hoge temperaturen en hoge druk.

Energie productie

Kernsplijting: Kernsplijtingreacties produceren een hoge energie.

Nucleaire fusie: Kernfusiereacties van lichte kernen produceren een zeer hoge energie, terwijl kernfusiereacties van zware kernen mogelijk geen energie vrijmaken.

Voorbeelden

Kernsplijting:  Een neutronenbombardement op Uranium-235 en radioactief verval in onstabiele isotopen zijn voorbeelden van nucleaire fisson. 

Nucleaire fusie: Kernfusiereacties worden meestal gevonden als de fusie tussen Deuterium en Tritium.

Conclusie

Kernsplijting en kernfusiereacties vinden plaats wanneer de kern van een atoom veranderingen ondergaat op ofwel spontane of niet-spontane manieren. Deze reacties veroorzaken het creëren van nieuwe elementen in plaats van het eerste element. Het verschil tussen kernsplijting en fusie is dat kernsplitsing de deling van een atoom in kleinere deeltjes is, terwijl kernfusie de combinatie is van kleinere atomen tot een groot atoom.

Referenties:

1. "Kernfusie." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 28 juli 2017. Web. Beschikbaar Hier. 31 juli 2017. 
2. "Nucleaire kernsplijting." Hyperfysica-concepten. N.p., n.d. Web. Beschikbaar Hier. 31 juli 2017. 

Afbeelding met dank aan:

1. "Nucleaire kernsplijting" (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Nucleaire fusie" door iemand - iemand (CC BY-SA 3.0) via het Commons Wikimedia