Tritium in een kerncentrale
vwo 2015, 2e tijdvak, opgave 5

Vraag 22

In het proces waarbij deeltje (1) ontstaat wordt uranium-235 beschoten met een neutron. Hierbij ontstaat, behalve deeltje (1) en drie neutronen, ook strontium-97. De atoomnummers van uranium en strontium vinden we in BINAS tabel 40A of 99 en zijn respectievelijk 92 en 38. Als je de reactievergelijking uitschrijft krijg je

²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹⁷₃₈Sr + ^..._...... + 3·(¹₀n)

Omdat het totale massagetal én het totale ladingsgetal links en rechts van de pijl gelijk moeten zijn weet je dat het onbekende deeltje een massagetal van 136 moet hebben en een ladingsgetal van 54. In BINAS vind je dat dit xenon-136 is.

Deelje (2) ontstaat bij de overgang van uranium-239 naar neptunium-239. Het massagetal blijft hierbij hetzelfde maar het atoomnummer (ladingsgetal) gaat van 92 naar 93. Dit betekent dat deeltje (2) een ladingsgetal van -1 heeft. Dit is een β^- deeltje en de reactie is dus β^--verval.

Deeltje (3) ontstaat bij de overgang van neptunium-239 naar plutonium-239. Ook hierbij stijgt het atoomnummer met 1 (van 93 naar 94). Ook deeltje (3) is dus een β^- deeltje.

Vraag 23

Per kernsplijting komt er een energie vrij van 190 MeV. Als je dit omrekent (1 elektronvolt = 1,602·10^-19 J, zie BINAS tabel 5) kom je op een energie van

E = 190·10⁶ · 1,602·10^-19 = 3,0438·10^-11 J

De totale energie die per jaar in de centrale bij kernsplijting vrijkomt is dus

E_tot = 2,93·10²⁷ · 3,0438·10^-11 = 8,9183·10¹⁶ J

Deze energie wordt met een rendement (η) van 35% omgezet in elektrisch energie. De totale elektrische energie die de centrale levert is dus

E_geleverd = 0,35 · 8,9183·10¹⁶ = 3,1214·10¹⁶ J

Gevraagd wordt niet de energie maar het gemiddelde vermogen. Vermogen is de hoeveelheid energie die per seconde geleverd wordt. Het vermogen is hier dus de in een jaar geleverde energie gedeeld door het aantal seconden in een jaar

P_gem = 3,1214·10¹⁶ / (365·24·60·60) = 9,8979·10⁸ W

Afgerond is dit 0,99 GW.

Vraag 24

De bij de splijting vrijkomende neutronen hebben teveel kinetische energie op het moment dat ze vrijkomen. Hierdoor hebben ze minder kans om een volgende splijting tot stand te brengen. Om de kans op een volgende splijting te vergroten moeten de neutronen afgeremd worden. Dit gebeurt in een moderator.

Vraag 25

De reactie luidt

¹⁰₅B + ¹₀n → ³₁H + 2·(⁴₂He)

Wanneer we van alle deeltjes de massa opzoeken in BINAS tabel 25 en uitschrijven wordt dit (uitgedrukt in atomaire massaeenheid u)

10,012937 + 1,008665 → 3,016049 + 2·(4,002603)

Voor de totale massa links en rechts vind je dan

11,021602 u → 11,021255 u

De massa neemt dus af bij deze reactie (we hoeven geen rekening te houden met de massa's van de elektronen links en rechts. Aan beide kanten staan 5 elektronen). Deze massa-afname betekent dat er energie vrij komt bij deze reactie.

Vraag 26

Bij twee op de miljoen splijtingen ontstaat tritium. Dit betekent dat er na een jaar

2,97·10²⁷ · 2 / 10⁶ = 5,94·10²¹

tritiumkernen zijn gevormd. In BINAS tabel 25 zie je dat de halveringstijd van tritium (³₁H) 12,3 jaar is. Dit is gelijk aan 3,8816·10⁸ s. Als je met de formule de activiteit uitrekenen vind je

A = (ln 2 / 3,8816·10⁸) · 5,94·10²¹ = 1,0607·10¹³ Bq

Dit is van dezelfde orde van grootte als optie B (10¹³ Bq).

(We hebben er bij het berekenen van de activiteit geen rekening mee gehouden dat een deel van de ontstane tritiumkernen al vervallen is in de loop van het jaar. Met een halveringstijd van 12,3 jaar zal dit maar een klein effect hebben en omdat het hier om een schatting gaat hoef je hier geen rekening mee te houden)

Vraag over "Tritium in een kerncentrale"?

Typ hier je vraag

Stel je vraag     Hou mijn naam verborgen voor andere bezoekers