Op 9 februari 2022 schreef nu.nl dat wetenschappers in het Verenigd Koninkrijk een recordhoeveelheid energie opgewekt hebben in een kernfusiereactor. Een foto van het binnenste van de gebruikte kernfusiereactor staat in figuur 1.
a) Zoek op internet op wat bedoeld wordt met kernfusie.
Bijvoorbeeld Wikipedia
“Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een zwaardere atoomkern met een hoger atoomnummer wordt gevormd.” Bij dit proces komt relatief veel energie vrij.
De wetenschappers hebben in vijf seconden 59 megajoules aan energie opgewerkt. Dit komt volgens het artikel overeen met een vermogen van 11 kilowatt.
b) Laat met een berekening zien of dit klopt.
$P=\frac{E}{t}=\frac{59\cdot 10^6}{5}=11,8~\mathrm{MW}$
Het klopt dus niet. Goed afronden zou 12 MW geven. Dus zowel de waarde (11 in plaats van 12) als de eenheid (kW in plaats van MW) zijn niet correct in het artikel.
Om een idee te krijgen om hoeveel energie het gaat, schrijft nu.nl dat 1 megajoule energie genoeg is om een pannetje water aan de kook te brengen. Neem aan dat water uit de kraan een temperatuur heeft van 10 ºC.
c) Bereken hoeveel liter kraanwater je aan de kook kan brengen met 1 megajoule.
Het temperatuurverschil is 100 – 10 = 90 ºC
$Q=cm\Delta T\rightarrow m=\frac{Q}{c\Delta T}=\frac{1,0\cdot 10^6}{4,18\cdot 10^3\cdot 90}=2,66~\mathrm{kg}$
Dat komt overeen met 2,7 liter.
d) Klopt de uitspraak dat je een pannetje water aan de kook kan brengen met 1 megajoule energie?
2,7 liter is de inhoud van een vrij grote pan water. Het klopt dus wel, hoewel “pannetje” een kleinere hoeveelheid suggereert dan het daadwerkelijk is.
Een gemiddeld huishouden in Nederland gebruikt volgens MilieuCentraal zo’n 2500 kWh aan elektrische energie per jaar.
e) Bereken hoeveel joule energie een gemiddeld huishouden per dag gebruikt.
2500 kWh per jaar komt overeen met 2500 / 365 = 6,85 kWh per dag. Dat komt overeen met:
$6,85\cdot 3,6\cdot 10^6=25~\mathrm{MJ}$
De 59 megajoules die opgewekt is, is dus eigenlijk maar een hele kleine hoeveelheid energie. Toch is het bijzonder genoeg om een groot artikel op nu.nl over te schrijven.
f) Leg uit waarom.
Kernfusie is een technologie die nu nog in ontwikkeling is. Aan dit experiment werkt men al vanaf 1984. Op dit moment kunnen we kernfusie echter nog niet gebruiken om ons te voorzien in onze dagelijkse energie. Wellicht dat dit in de toekomst wel kan. Een nieuw energierecord wijst er op dat de ontwikkeling gestaag doorloopt. Het vorige record, uit 1997, stond namelijk op 21,7 MJ. Dit record is een ruime verdubbeling. Dat is nieuwswaardig!
