Kernfusie in de zon

Wat je nodig hebt:

• Basiskennis natuurkunde

Kernfusie in de zon - zo ontstaat energie

• energie uit atoomdeeltjes kunnen lichte kernen worden verkregen, niet alleen door kernsplijting van zware elementen, maar ook door fusie (technisch: kernfusie of gewoon fusie).
• Dus niet alleen de zon, maar alle sterren halen hun energie uit de fusie van waterstofkernen. Hierdoor ontstaat het zwaardere element helium en energie in de vorm van bewegende neutronen en gammastraling.
• Met andere woorden: de zon en de sterren halen hun energie uit de omzetting van waterstof in helium. Dit proces vindt plaats bij hoge temperaturen in de centrale kern van de ster.

De CNO-cyclus - een ingewikkelde keten

Hoewel deze CNO-cyclus (ook wel koolstofcyclus genoemd) een gecompliceerde keten van reacties is het was veel eerder bekend dan de (veel eenvoudigere) waterstofketen (ook bekend als de proton-protonketen) genaamd).

• Deze eerste cyclus, waarin de atomen koolstof, stikstof en zuurstof (vandaar CNO) een soort beschermend gebouw vormen waarin in de loop van het proces De reactie van waterstofatomen tot heliumatomen werd in 1938 ontwikkeld door de twee natuurkundigen Hans Bethe en Carl Friedrich von Weizsäcker ontdekt.


Waarom brandt de zon? - Kernfusie eenvoudig uitgelegd

Ook al dacht je dat eerder: niets brandt in de zon. Het recept voor...

• Het proces is eigenlijk ingewikkeld en gaat ervan uit dat er naast waterstof als brandstof nog andere elementen in de ster zijn, zoals b.v. B. Koolstof daar.
• De koolstof (C-12) speelt de rol van katalysator bij kernfusie.
• Waterstof hoopt zich op deze atomen op wanneer ze botsen; er ontstaat een kern van het element stikstof (N-13).
• Deze stikstof wordt radioactief omgezet in een zwaardere koolstofisotoop (C-13).
• Als een ander waterstofatoom deze kern raakt, wordt er weer stikstof geproduceerd, maar een zwaardere isotoop (N-14).
• De cyclus gaat verder wanneer het een ander waterstofatoom raakt, waardoor een isotoop van zuurstof (O-15) ontstaat.
• Deze isotoop is echter radioactief, het breekt af tot N-15, een stikstofisotoop.
• Door deze fusieprocessen is de C-12 nu een zware N-15 geworden.
• Als een ander waterstofatoom dit zwaardere kerndeeltje raakt, wordt het niet gevormd een nog zwaardere atoomkern, in plaats daarvan wordt het een heliumatoom (2 waterstofatomen, 2 neutronen) afgestoten. De kern wordt weer omgevormd tot de oude koolstofkern (C-12). De cyclus of de kringloopreactie is dus gesloten.
• Tijdens dit proces werden in totaal vier waterstofatomen "ingeslikt" en werd een heliumkern gevormd.
• Alleen Bethe ontving in 1967 echter de Nobelprijs voor het ontdekken van dit kernfusieproces.
• Al snel werd duidelijk: er moest een eenvoudiger proces komen voor kernfusie, want de eerste sterren hadden nog geen koolstof voor deze cyclus.