Kernreactie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Schematische weergave van de fusiereactie van deuterium en tritium.

Een kernreactie is een proces waarbij de kernen van atomen van samenstelling veranderen. Dit kan plaatsvinden door het absorberen van andere kernen of deeltjes, waarbij ze ook wel in delen uit elkaar kunnen vallen, of door spontaan radioactief verval, waarbij uitzending van een of meer deeltjes plaatsvindt.

Een kernreactie is duidelijk te onderscheiden van de "gewone", scheikundige reactie. Daarbij blijven de kernen van de deelnemende atomen ongewijzigd, alleen de elektronen van de atomen verdelen zich dan anders over de aanwezige kernen. Bij dit proces speelt uiteindelijk enkel het elektromagnetisme een rol.

Om een kern te veranderen moet de veel grotere sterke kernkracht overwonnen worden. Deze is op de kleine afstanden die bij kernreacties een rol spelen, veel sterker dan het elektromagnetisme. Bij een kernreactie zijn voor en na de reactie de massa's niet gelijk. De massa-energierelatie E = mc2 geeft aan dat er bij een kernreactie een zekere hoeveelheid energie kan ontstaan als er een hoeveelheid massa verdwijnt. Deze energie komt vrij als kinetische energie van de reactieproducten of als foton (gammastraling). De typische energieën die gepaard gaan met kernreacties zijn daarmee veel groter dan die bij chemische reacties.

Dat is ook de reden dat de ontploffing van één waterstofbom een hoeveelheid energie vrij kan maken gelijk aan de (scheikundige) ontploffing van 10 megaton TNT, een grotere energie dan alle geallieerde bommen van de Tweede Wereldoorlog bij elkaar.

Verschillende soorten kernreacties[bewerken]

Alfaverval
Door alfaverval gaat een atoomkern over in een lichtere kern onder uitzending van een alfadeeltje (heliumkern). Voorbeeld:
{}^{238}{\rm U}\ \rarr\ {}^{234}{\rm Th}\ +\ \alpha
Bètaverval
Bij bètaverval gaat een atoom over in een atoom met hetzelfde massagetal maar een andere lading onder uitzending van een elektron of positron en een neutrino. Voorbeeld:
{}^{22}{\rm Na}\ \rarr\ {}^{22}{\rm Ne}\ +\ {\rm e}^+\ +\ {\rm \nu}_e
Gammaverval
Gammaverval vindt eigenlijk alleen plaats als secundair proces: na alfa- of bètaverval of het invangen van een deeltje (zie onder) bevindt de atoomkern zich veelal in een aangeslagen toestand. Het overschot aan energie kan dan vrijkomen in de vorm van gammastraling, waarbij de kern niet van samenstelling verandert. In reacties wordt een kern in aangeslagen toestand doorgaans aangegeven met een asterisk:
{}^{60}{\rm Co}\ \rarr\ {}^{60}{\rm Ni}^*\ +\ {\rm e}^-\ +\ \nu_e;\quad {}^{60}{\rm Ni}^*\ \rarr\ {}^{60}{\rm Ni}\ +\ \gamma
Kernsplijting
Kernsplijting kan optreden wanneer een licht deeltje (zoals een neutron of een heliumkern (alfadeeltje) wordt ingevangen door een zware atoomkern en deze zodanig instabiel wordt dat ze in twee of meer delen uiteenvalt, veelal onder uitzending van neutronen. Voorbeeld:
{}^{235}{\rm U}\ +\ {\rm n}\ \rarr\ {}^{236}{\rm U}^*\ \rarr\ {}^{92}{\rm Kr}\ +\ {}^{141}{\rm Ba}\ +\ {\rm 3n} (andere vervalproducten komen ook voor)
Kernfusie
Bij kernfusie reageren twee of meer lichte atoomkernen (mogelijk via een instabiele tussentoestand) tot een andere samenstelling, waarbij in ieder geval een zwaardere kern dan in de beginsituatie gevormd wordt. Een bekend voorbeeld is de reactie van deuterium en tritium tot helium en een neutron, zoals in de afbeelding bovenaan. Voorbeeld:
{}^2{\rm H}\ +\ {}^3{\rm H}\ \rarr\ \alpha\ +\ {\rm n}
Neutronenvangst
Neutronenvangst houdt in dat een atoomkern een extern neutron invangt, waardoor een al dan niet stabiele zwaardere isotoop van dat element ontstaat. Dergelijke reacties worden gebruikt om met behulp van de neutronen uit een kernreactor zogeheten radionucliden te produceren voor medisch en industrieel gebruik.
Protonenvangst
Protonenvangst houdt in dat een atoomkern een extern proton invangt, waardoor een al dan niet stabiele zwaardere kern van een ander element ontstaat. Dergelijke reacties worden gebruikt om met behulp van bijvoorbeeld protonen uit een cyclotron zogeheten radionucliden te produceren voor medisch en industrieel gebruik.
Elektronenvangst
Bij elektronenvangst wordt een elektron uit een van de onderste elektronenschillen ingevangen in de atoomkern, waardoor een proton in een neutron verandert onder uitzending van een neutrino. Voorbeeld:
{}^{83}{\rm Rb}\ +\ {\rm e}^-\ \rarr\ {}^{83}{\rm Kr}\ +\ \nu_{\rm e}