Toestel van de wetenschap: Wat gebeurt er als je een atoom splitst?

Elk atoom heeft in het midden een kern. De kern bestaat uit twee dingen, neutronen en protonen. Neutronen hebben geen lading en protonen hebben een positieve lading. Samen worden neutronen en protonen nucleonen genoemd. Dit zijn de belangrijkste onderdelen waar we ons op richten als we het hebben over het splitsen van atomen, maar atomen hebben ook elektronen. Elektronen hebben een negatieve lading en ze bevinden zich niet in de atoomkern, ze cirkelen eromheen.

Wat gebeurt er als je een atoom splitst?

Er is een bepaalde hoeveelheid energie nodig om alle nucleonen in de atoomkern bij elkaar te houden. Dit wordt de bindingsenergie genoemd. Als we de kern op de juiste manier belasten, is de bindingsenergie niet groot genoeg om alles bij elkaar te houden en splitst de kern.

Om een atoom te splitsen, wordt een neutron met de juiste snelheid op de kern geschoten. Onder de juiste omstandigheden splitst de kern in twee stukken en komt er energie vrij. Dit proces heet kernsplijting.

De energie die vrijkomt bij het splitsen van slechts één atoom is minuscuul. Wanneer de kern echter onder de juiste omstandigheden wordt gesplitst, komen ook enkele verdwaalde neutronen vrij, die vervolgens meer atomen kunnen splitsen, waarbij meer energie en meer neutronen vrijkomen, zodat een kettingreactie ontstaat.

Deze kettingreactie vermenigvuldigt zeer snel het aantal gesplitste atomen en de hoeveelheid vrijgekomen energie. Onder de juiste omstandigheden kan binnen een fractie van een seconde een grote hoeveelheid energie vrijkomen, resulterend in een kernexplosie.

Kan elk atoom op deze manier worden gesplitst?

In theorie kan elk atoom op deze manier worden gesplitst, maar in werkelijkheid is de grootte van belang. Hoe kleiner de atoomkern, hoe meer energie er nodig is om het atoom te splitsen. Atomen met grotere kernen kunnen met meer succes op deze manier worden gesplitst.

Iron is een zeer stabiel element. Atomen met kernen groter dan die van ijzer worden over het algemeen groot genoeg geacht voor kernsplitsing op deze manier. In werkelijkheid worden slechts enkele elementen gebruikt, waarvan uranium het meest in kernreactoren wordt gebruikt.

Splitsing in twee

Wanneer het atoom wordt gesplitst, splitst het zich niet precies in twee helften; uranium heeft bijvoorbeeld 92 protonen in zijn kern. Een uraniumatoom splitst zich gewoonlijk in een kryptonatoom (36 protonen) en een bariumatoom (56 protonen). Dit wordt binaire splijting genoemd. In zeldzame gevallen kunnen atomen in drieën worden gesplitst, dit wordt ternaire splijting genoemd.

Hoe zit het met het splitsen van een atoom in de ruimte?

NASA heeft reeds een kernreactor gemaakt die in de ruimte kan werken. Deze kleine, compacte reactor kan naar verluidt genoeg energie produceren (10 kilowatt elektriciteit) om enkele gemiddelde huishoudens tien jaar lang continu van stroom te voorzien.

Hoewel een dergelijk energiesysteem nog niet in de ruimte is getest, is het ontwikkeld om ons in staat te stellen verder de ruimte in te reizen, veel verder dan onze huidige verkenningen naar de maan.