Kernreacties

Bij atoomkernreacties zijn er interacties tussen atomen (al dan niet in moleculen) en straling, andere atomen of subatomaire deeltjes.

Er is sprake van kernsplijting als grotere, zware atomen uiteenvallen in kleinere atomen. De basis van de meeste kernreactoren voor elektriciteitsproductie is de splijting van uranium-235 door kernreactie met een neutron (n), bijvoorbeeld volgens de reactie:

²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴⁴₅₆Ba + ⁸⁹₃₆Kr + 3 ¹₀n

Verspreid over de aarde wordt uraniumerts^w gevonden. De uranium die zich daarin bevindt is voor het overgrote deel U-238 en maar voor een heel klein deel U-235. Doordat van elke element, dus ook van uranium, de isotopen zich chemisch precies gelijk gedragen, kunnen U-235 en U-238 slechts gescheiden worden op basis van hun verschil in massa (en dichtheid). Via een keten van processen^w wordt daartoe uraniumoxide UO₂ geïsoleerd uit uraniumerts en chemisch omgezet in uraniumhexafluoride UF₆. In speciale ultracentrifuges die met zeer hoge toerentallen werken, worden vervolgens ²³⁵UF₆ en ²³⁸UF₆ gescheiden, waarna vervolgens uraniumoxide met een hoger gehalte aan U-235 geproduceerd kan worden.

Bij kernfusiereacties, zoals die plaatsvinden in de zon, smelten lichte atoomkernen (waterstof) samen tot iets zwaardere atomen (helium). De kernfusiereactie die onderzocht wordt voor toepassing in kernfusiereactoren is die waarbij twee vormen van zwaar waterstof, te weten deuterium ²₁H en tritium ³₁H, samensmelten tot helium:

²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n

Er wordt internationaal onderzoek gedaan, de ITER^w-samenwerking, naar de technische haalbaarheid van kernfusie. In Cadarache (Zuid-Frankrijk) wordt door ITER een tokamak^w-onderzoeksreactor gebouwd. De uitdaging bij kernfusie is om bij de fusiereactie meer energie vrij te laten komen dan nodig is om het daarvoor benodigde plasma van zeer hoge temperatuur tot stand te brengen. Een voordeel van kernfusie ten opzichte van kernsplijting is dat bij kernfusie geen radioactief afval ontstaat, maar dat alleen de reactorwand licht radioactief wordt. Deze radioactiviteit is na relatief korte tijd voorbij, namelijk na zo'n 150 jaar.