In de NRC van 8 oktober 2025 wordt verslag gedaan van de vorderingen bij de kernfusiereactor ITER:
“ . . .de ITER-reactor, een donut-vormig vacuümvat van 12 meter hoog waarin plasma wordt verhit tot temperaturen waarbij alle bekende materialen smelten. Het hete plasma, in totaal maar ongeveer een halve gram, wordt in bedwang gehouden door extreem krachtige magneetvelden”.
a) Wat wordt er verstaan onder ‘een plasma’? Zoek op internet of met AI.
Een plasma is een toestand van materie waarin:
- atomen zijn geïoniseerd
- elektronen los zijn van hun atoomkernen
- er een mengsel ontstaat van:
* positieve ionen
* vrije elektronen
b) Waarom kan het plasma niet in bedwang gehouden worden door een vat met wanden?
Omdat de temperatuur zo hoog is dat elk materiaal waarmee het in contact komt, zou smelten.
c) Hoe werkt het in bedwang houden van het plasma door het magnetisch veld in het ‘donut-vormige vacuümvat?’
Het plasma bestaat uit geladen deeltjes die in een magnetisch veld een kracht ondervinden, namelijk de lorentzkracht. Magneten wekken binnenin de donutvormige reactor een magneetveld op dat het plasma weghoudt van de binnenwand van de reactor. Dit zorgt er samen met andere mageneten voor dat het plasma de wand niet raakt. Door het magnetisch veld snel te veranderen ontstaat er in het plasma een sterke stroom die het plasma verwarmt en stabiel houdt.
Verderop in het artikel lezen we:
“. . . . . anders dan de zon verbrandt ITER een mix van deuterium en tritium. Dat zijn zwaardere vormen van waterstof, . . . . “.
d) Geef de juiste symbolen voor deuterium en tritium met de bijbehorende aantallen protonen en neutronen.
Tritium is een radioactieve isotoop van waterstof.
Symbool: ³H, kernsamenstelling van tritium: 1 proton en 2 neutronen.
Ook deuterium is een isotoop van waterstof (niet radioactief).
Symbool: 2H, kernsamenstelling: 1 proton en 1 neutron.
e) Geef de kernfusiereactie met deuterium en tritium die men in ITER tot stand wil brengen.
$_{}^{2}\textrm{H}+_{}^{3}\textrm{H}\rightarrow _{}^{4}\textrm{He}\left(3,5\textrm{MeV}\right)+_{}^{1}\textrm{n}\left(14,1\textrm{MeV}\right)$
f) Waar komt de vrijgekomen energie vandaan?
De totale massa van de reactieproducten is iets kleiner dan die van de oorspronkelijke kernen.
Dat massaverschil wordt omgezet in energie volgens: E = mc²
Verderop in het artikel lezen we:
“De belofte van kernfusie is een CO2-vrije energiebron, zonder de problemen van langdurig radioactief kernafval die komen kijken bij de meer traditionele kernsplijting”.
g) Welke twee problemen worden hier benoemd bij verschillende manieren van energieopwekking?
Het vrijkomen van CO2 (verbranding) en het vrijkomen van radioactieve restproducten (kernslijting).
h) Noem een paar manieren van energieopwekking waarbij CO2 vrijkomt.
Bij elke verbranding van een gas, olie, kolen of hout komt CO2 vrij. Meer algemeen: fossiele brandstoffen hebben als afvalproduct o.a. CO2.
i) Wat is het probleem bij de CO2 uitstoot?
Dat CO2-gas hoopt zich op in de atmosfeer en zorgt voor de toename van de gemiddelde temperatuur op aarde. Hetgeen om allerlei redenen onwenselijk is.
j) Wat is het grote verwachte voordeel van kernfusie t.o.v. kernsplijting?
Bij kernsplijting komen radioactieve stoffen vrij die ergens ‘tot in de eeuwigheid’ moeten worden opgeslagen en daarom gevaarlijk zijn voor mens en omgeving.
We lezen verder in de krant:
“Nog een vraagstuk is het systeem van extreem hittebestendige tegels aan de binnenkant van de reactor. Niet alleen moeten die een intense straling van het plasma overleven en de opgewekte warmte wegvoeren, maar ook krijgen ze een intense stroom neutronen te verstouwen. Die beschadigen op den duur ieder vast materiaal, maar tegelijkertijd moeten ze gebruikt worden om vers tritium te kweken, dat nodig is als brandstof. Het idee is dat het element lithium-6 in kanalen door de wand gevoerd wordt. Door het invangen van een neutron kan een lithium-atoom uiteenvallen in een heliumatoom en een atoom van het felbegeerde tritium”.
k) Stel de reactievergelijking op voor het invangen van een neutron door lithium-6.
$_{}^{6}\textrm{Li}+\textrm{n}\rightarrow _{}^{4}\textrm{He}+_{}^{3}\textrm{H}\left(4,8\textrm{MeV}\right)$
