Wat is ioniserende straling?

Ioniserende straling is een straling die voldoende energie bevat om een elektron uit de buitenste schil van een atoom weg de schieten. Door het wegslaan van de elektron krijgt het atoom een positieve lading in plaats van een neutrale lading. Dit effect zorgt er voor dat een atoom wordt geïoniseerd. Het atoom verandert dan in een ion dit is een elektrisch geladen atoom. Ioniserende straling is gevaarlijk en daarnaast kunnen mensen deze straling niet met hun zintuigen waarnemen. Men kan de straling niet horen, niet proeven, niet zien en niet ruiken. De effecten van ioniserende straling kan men echter wel voelen. Ioniserende straling ontstaat bij radioactiviteit. Bij radioactiviteit vallen atoomkernen uiteen in een spontane reactie. Ioniserende straling heeft dus te maken met radioactiviteit. Wat precies het verband is wordt kort uitgelegd in de volgende alinea.

Ioniserende straling en radioactieve straling
Regelmatig wordt ioniserende straling ‘radioactieve straling’ genoemd deze benaming is echter niet juist. De term  ‘radioactief’ betekent letterlijk ‘actief straling uitzendend’ dit is echter niet het proces dat plaatsvindt bij ioniserende straling. Een radioactieve stof geeft echter wel een ioniserende straling. Bij ioniserende straling wordt het bestaande materiaal verandert. Er ontstaan in het bestraalde materiaal elektrisch geladen deeltjes en daardoor zal de structuur van het materiaal wijzigen. Ioniserende straling is gevaarlijk omdat het de celstructuur van mensen kan veranderen.

Waar kan men ioniserende staling aantreffen?
Ioniserende straling wordt afgegeven door radioactieve stoffen. In processen en arbeidsomstandigheden waarbij radioactieve stoffen (kunnen) voorkomen bestaat tevens de kans op ioniserende straling. We noemen een aantal voorbeelden van situaties waarin ioniserende straling kan voorkomen:

  • Aardgaswinning, verwerken van erts.
  • Kerncentrales en kernwapentechniek.
  • Geneeskunde, tandheelkunde, verpleging waarbij men werkt men radioactief materiaal.
  • Materiaalcontrole.
  • Meetapparatuur in de procesindustrie
  • Detectieapparaten

Veiligheidsmaatregelen bij ioniserende straling
Ioniserende straling kan een groot gevaar opleveren voor de gezondheid en veiligheid van mensen. Omdat de straling niet direct door mensen waargenomen kan worden is deze straling zeer verraderlijk en gevaarlijk. Mensen die aan ioniserende straling worden blootgesteld kunnen veranderingen krijgen in hun levende cellen. Deze cellen kunnen beschadigen en afsterven. Ook kunnen ze blijvend beschadigd blijven en een gezwel gaan vormen. Het effect van de ioniserende straling is afhankelijk van:

  • Het soort radioactieve stof.
  • De duur van de blootstelling.
  • De afstand tot de stralingsbron.
  • De middelen die zijn genomen om de mens af te schermen van de stralingsbron, bijvoorbeeld persoonlijke beschermingsmiddelen.

Deze vier factoren maken duidelijk hoe men zich het beste kan beschermen tegen ioniserende straling namelijk door:

  • Jezelf zo ver mogelijk te verwijderen van de stralingsbron.
  • Verpakkingen met radioactieve materialen moeten heel blijven en beslist niet beschadigd worden.
  • Er voor zorgen dat niemand in de buurt van de stralingsbron kan komen door een gebied af te zetten.
  • Het plaatsen van waarschuwingsborden met een duidelijk leesbare tekst.
  • Het dragen van speciale Persoonlijke Beschermingsmiddelen die bestand zijn tegen ioniserende straling en mensen tegen de effecten van deze straling beschermen.
  • Het is belangrijk dat voortdurend metingen worden gedaan om de hoogte van de ioniserende straling te bepalen.

Wellicht ten overvloede maar misschien toch het vermelden waard: werknemers die werken met radioactieve stoffen zijn hiervoor speciaal opgeleid en getraind. Een leek moet niet in de buurt komen van stoffen die radioactief zijn en ioniserende straling afgeven.

Wat is een kerncentrale en waarvoor worden kerncentrales gebruikt?

Kerncentrales zijn energiecentrales waarin elektrische energie wordt opgewekt door een proces van kernsplijting. Kernsplijting is een proces waarbij een zware onstabiele atoomkern wordt opgesplitst in twee lichtere kernen. Hierbij komt veel energie vrij met bijbehorende splijtingswarmte. Deze splijtwarmte zorgt er voor dat water wordt omgezet in stoom. Door de stoom wordt een stoomturbine aangedreven. De stoomturbine draait hierdoor enorm snel rond. De mechanische energie van de turbine wordt via een alternator omgezet in elektrische energie. Uiteindelijk wordt in een kerncentrale dus elektrische energie opgewekt.

Hoeveel energie levert een kerncentrale?
Kerncentrales zijn opgebouwd uit een aantal verschillende kernreactoren. Er zijn kernreactoren die een paar megawatt leveren maar grote kerncentrales leveren tot wel 8000 megawatt. Aan het begin van 2013 waren er over de gehele wereld 427 kernreactoren in gebruik. Deze kernreactoren zijn verspreid over 31 landen. In de Verenigde Staten zijn een honderdtal kernreactoren en in Frankrijk zijn er 58 geplaatst. In totaal zouden al deze kernreactoren indien ze operationeel blijven een elektrisch vermogen kunnen leveren van  364 gigawatt. In het jaar 2012 was ongeveer tien procent van de mondiale elektriciteitsproductie afkomstig uit kerncentrales.

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 affakkelen van gassen in de aardgaswinning en aardolieproductie?

Affakkelen is een term die wel voorkomt in de petrochemische sector. Met affakkelen wordt het verbranden van gassen genoemd die bij het winnen van aardgas, de productie van olie en olieraffinage vrijkomen. Het gaat hierbij om de gassen propaan, ethaan en methaan die tijdens de processen aanwezig zijn. deze gassen worden ook wel “dry gasses” genoemd. Ze kunnen worden hergebruikt als raffinage-brandstof in dat geval spreekt men ook wel van de Engelse term refinery fuel. Bij een teveel aan ethaan, propaan en methaan worden deze gassen in sommige landen nog terplekke verbrand op het boorplatform of bij een raffinaderij. Door het verbranden van deze gassen ontstaan grote vlammen die ook wel flares worden genoemd. Deze flares zijn soms te zien op raffinaderijen.

Affakkelen is verboden in Europa
Het affakkelen van gassen is in Europa verbonden. De reden van dit verbod zit in de luchtverontreiniging die door affakkelen wordt veroorzaakt. Door het verbranden van gassen komt onder andere kooldioxide (CO2) vrij in de lucht. Deze emissie draagt bij aan het broeikaseffect in de atmosfeer. Daarom mogen deze gassen tijdens het winnen en bewerken van olie en gas niet worden verbrand. In sommige gevallen worden gassen echter toch afgefakkeld omdat het zeer onpraktisch of zelfs gevaarlijk is om de vrijgekomen gassen met een andere methode te verwijderen.

Affakkelen van aardgas
In sommige landen en gebieden die ver van de bewoonde wereld liggen wordt aardgas afgefakkeld tijdens het proces van olie winnen. Aardgas wordt dan gezien als een bijproduct van het winnen van olie uit de aardlagen.  Het transporteren van aardgas is niet altijd mogelijk of niet altijd effectief omdat aardgas het beste kan worden getransporteerd in vloeibare toestand. Hiervoor moet aardgas in cryogene toestand worden gebracht. Aardgas dat in cryogene toestand is gebracht wordt ook wel in het Engels liquid natural gas genoemd en afgekort met lng.

Het volume van vloeibaar aardgas is in cryogene toestand 600 maal geringer dan aardgas in atmosferische druk en onder atmosferische temperatuur. Voordat aardgas echter in cryogene toestand is gebracht moet het sterk worden afgekoeld. Daarvoor moeten speciale voorzieningen worden aangebracht en speciaal transport worden geregeld. Dit is echter niet altijd mogelijk daarom kiest men er in sommige landen helaas nog te vaak voor om aardgas af te fakkelen.

Affakkelen of gassen laten ontsnappen in de atmosfeer
Aardgas bestaat voor een groot deel uit methaan. Als men methaan niet affakkelt en gewoon in de atmosfeer laat ontsnappen is methaan echter schadelijker voor de atmosfeer dan wanneer men het wel affakkelt. Methaan heeft namelijk een bijdrage aan het broeikaseffect die ongeveer 25 keer zo hoog is als kooldioxide (CO2).

Wat wordt met energiedichtheid bedoelt?

Met het woord energiedichtheid bedoelt men de hoeveelheid energie, uitgedrukt in een massa-eenheid of volume-eenheid, die is opgeslagen in een bepaalde stof. Deze stof kan bijvoorbeeld een brandbare stof zijn zoals afvalhout, houtpallets, papier of een ander materiaal dat uit een natuurlijk basisproduct kan worden gewonnen. Er zijn echter ook fossiele brandstoffen zoals aardolie en aardgas. Deze stoffen worden uit de aardkorst gehaald en zijn vaak zeer brandbaar.

Als een stof verband moet worden om een bepaalde energie te verkrijgen beoordeeld men de calorische waarde. Zo wordt bijvoorbeeld onderscheid gemaakt tussen laagcalorisch gas een hoogcalorisch gas. Het gas dat in de gasvelden van Groningen wordt gewonnen bestaat voor een groot deel uit laagcalorisch gas. Uit dit gas kan dus in verhouding tot hoogcalorisch gas weinig energie worden gewonnen. In Nederland heeft men voor het gasgebruik van de huishoudens hoogcalorisch gas nodig. Nederland exporteert veel van haar laagcalorisch gas naar het buitenland terwijl Nederland vanuit het buitenland juist hoogcalorisch gas importeert.

Chemische energie en kernenergie
Naast energie die doormiddel van verbranding vrijkomt zijn er ook vormen van energie die door andere processen vrijkomen. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan chemische energie die vrij komt bij de potentiaalverschillen tussen stoffen in een accu. Daarnaast zijn er kernbrandstoffen waar men kernenergie onder een gecontroleerd proces kan winnen.