Thorium een alternatief voor uranium?

Kernenergie staat wereldwijd ter discussie. Men kan hierbij eenvoudig via internet verschillende discussiegroepen vinden. Zowel voorstanders als tegenstanders bestrijden elkaar met argumenten. Daarbij worden de kernramp in Tsjernobyl (1986) en de kernramp in het Japanse Fukushima (2011) regelmatig aangehaald. Zowel voorstanders als tegenstanders van kernenergie zijn het er over eens dat deze rampen nooit meer mogen gebeuren. Men kijkt naar nieuwe methodes om kernenergie veiliger op te weken. Desondanks kan een natuurramp er voor zorgen dat alle veiligheidsmaatregelen in één klap ontoereikend zijn. Minder gevaarlijke energiebronnen die kernenergie vervangen zullen de beste oplossing zijn.

Uranium
Voor het opwekken van kernenergie wordt verrijkt uranium gebruikt. Dit is een stof waaruit tijdens de kernsplijting in de kerncentrale veel elektrische energie vrijkomt. Door de enorme splijtingswarmte wordt water verhit tot stoom en wordt een stoomturbine in beweging gebracht. Door het draaien van deze turbine ontstaat bewegingsenergie die omgezet wordt in elektrische energie. Een nadeel van uranium is echter dat er door het gebruik van deze stof veel gevaarlijk radioactief afval ontstaat. Dit afval is zeer schadelijk voor mens en milieu. Naast het feit dat uranium schadelijk is, komt deze stof bovendien niet veel voor. Het is dus een kostbare en tevens gevaarlijke  grondstof.

Thorium
Thorium is een element dat vernoemd is naar Thor, de god van de donder in de Germaanse mythologie.  Thorium heeft atoomnummer 90 en scheikundig symbool Th. Thorium wordt veel aangetroffen in verschillende gesteentes. Het gaat daarbij meestal om lage concentraties. Ondanks de hoeveelheid thorium die beschikbaar is in de wereld wordt het materiaal nog niet veel toegepast. Het element  blijkt echter over verschillende gunstige eigenschappen te beschikken. Zo blijkt thorium ook geschikt voor de productie van nucleaire brandstof. In Noorwegen werden in 2007 plannen ontwikkelt voor het opstarten van een thoriumreactor. Dit is een gesmoltenzoutreactor en wordt in het Engels een Molten Salt Reactor (MSR) of soms Liquid Fuel Thorium Reactor (LFTR) genoemd.

TU Delft
De Technische Universiteit  Delft houdt hield op 17 april 2015 een congres over de hierboven genoemde thorium gesmolten-zoutreactor. De  initiatiefnemer van het congres is Jan Leen Kloosterman. Op het congres gaat men meer informatie verschaffen over de werking van een thorium-centrale. Wereldwijd lijkt vooral China zeer positief over deze nieuwe centrales te zijn. Binnen tien jaar verwacht China een werkende thorium-centrale te hebben. Ook Europa kijkt met belangstelling naar deze ontwikkeling en heeft geld vrijgemaakt voor onderzoek naar deze zoutreactor. Jan Leen Kloosterman doet als reactorfysicus zelf ook onderzoek aan de TU Delft naar deze vorm van kernenergie. In een periode van tien jaar groeide zijn enthousiasme over de thorium gesmolten-zoutreactor.

Wat is elektriciteit en wat zijn elektronen?

Elektriciteit is overal aanwezig of je nu thuis bent of op je werk. We kunnen in onze Westerse wereld bijna niet zonder elektriciteit. Wanneer er geen elektriciteit meer zou bestaan zouden mensen in hun dagelijks leven ernstig beperkt worden. Computers, verlichting, wasmachines, drogers, koelkasten en andere machines en apparaten kunnen niet draaien zonder elektriciteit. Daarom is elektriciteit belangrijk.

Het begrip elektriciteit is afkomstig uit de natuurkunde. In de natuurkunde wordt een onderscheid gemaakt tussen elektrostatica en elektrodynamica.  Elektrostatica gaat over de bestudering van statische elektrische ladingen. Elektrodynamica gaat over bewegende elektrische ladingen. Elektriciteit draait vooral om de stroom die ontstaat doormiddel van elektronen.

Wat zijn  elektronen?
Elektronen draaien om de kern van een atoom. De kern van een atoom bestaat uit protonen en neutronen. De elektronen die om de kern van een atoom heen draaien zijn kleiner dan de kern van de atoom. De elektronen zijn niet per definitie vast aan een atoom verbonden. Verschillende materialen kunnen er voor zorgen dat een elektron los gemaakt kan worden van het atoom zodat het zich vrij kan bewegen tussen andere atomen door. De materialen waarin elektronen goed vrij gemaakt kunnen worden van atomen zijn goede geleiders.

De elektronen stromen namelijk door een materiaal dat goed geleid. Elektrotechnische bedrading in woningen is vaak gemaakt van blank koper dat ook wel elektrolytisch koper wordt genoemd. Elektrolytisch koper bestaat voor 99,95 procent uit koper. Dit hoge percentage koper is noodzakelijk om een optimale geleiding te creëren. Verontreinigingen van het koper zorgen er voor dat het geleidingsvermogen afneemt. Elektronen kunnen het beste stromen door een optimaal geleidend materiaal. Hoe beter het materiaal geleid hoe minder de weerstand.

Wat is elektrische stroom?
Elektrische stroom kan het beste worden vergeleken met een water stroom. Wanneer water door een bepaalde buis heen stroomt verplaatst het zich van een beginpunt naar een eindpunt. Door een bepaalde waterdruk kan iets in beweging worden gebracht. Hierbij kan gedacht worden aan een schoepenrad. De waterdruk zorgt er voor dat het schoepenrad gaat draaien. De stoomkring van water moet echter gesloten zijn. Anders raakt het water in een buis op en kan de druk van het water moeilijk worden geregeld.

Zo werkt het ook met de stroom van elektronen. Ook hierbij moet de stroomkring gesloten zijn. Denk hierbij aan een gloeilamp met een stekker. Er vindt een aanvoer van elektronen plaatst naar de gloeilamp. Het wolfraam draadje in de gloeilamp gaat gloeien. Dit komt door de grote weerstand die de elektronen ondervinden wanneer ze door het zeer dunne wolfraam draadje heen moeten. Wanneer de elektronen door het wolfraam draadje heen zijn geweest hebben ze hun ‘werk’ gedaan en stromen ze via een andere draad weer terug naar het stopcontact.

Watt, Ohm, Volt en Ampère
Bij het voorbeeld van de gloeilamp komen een aantal termen aan de orde die verband houden met elektrotechniek. Het aantal Watt is het vermogen dat moet worden geleverd om de lamp te laten branden. De weerstand van de elektrische bedrading en het wolfraam draadje wordt aangegeven in Ohm. Daarnaast moet er een bepaalde spanning worden gegeven om de elektronen door de bedrading te laten stromen. Deze spanning wordt aangegeven in Volt. Naast de spanning wordt ook gekeken naar het aantal elektronen dat per seconde door de bedrading stroomt. Dit is de sterkte van de stroom. De sterkte van de stroom wordt aangegeven in Ampère.