Logo Universiteit Utrecht

De Natuurkunde Top 10

Zelf een zon maken

Een atoom bestaat uit protonen en mogelijk neutronen in de kern waaromheen elektronen vliegen. Waterstof is het lichtste atoom en bestaat maar uit 1 proton en 1 elektron. Het komt heel veel voor in het heelal en zweeft in grote wolken tussen de hemelichamen. Soms klontert zo’n wolk samen, massa’s trekken elkaar aan namelijk (zoals je hier al hoorde). De waterstof aan de buitenkant van zo’n klont duwt de kern van die klont samen en de kern wordt daardoor steeds compacter. Op een gegeven moment wordt de kern zelfs zo compact dat de waterstof atomen tegen elkaar aan kunnen botsen. Als er bij zo’n botsing ook neutronen aanwezig zijn, dan lijmen die de botsende protonen aan elkaar waardoor er Helium ontstaat. Dit process noemen we kernfusie. Wanneer er Helium wordt gevormd, wordt tijdens die botsing een deel van de aanwezige massa (ongeveer 0,67%) omgezet in energie (E=mc2!). Die energie warmt de klont op en de klont gaat daardoor gloeien. En zo’n gloeiende klont noemen we een ster. Onze zon is ook een ster die heel dichtbij staat.

Op aarde maken we op zowat alle mogelijke manieren gebruik van de zon. Niet alleen om ons eten te laten groeien, maar ook voor elektriciteit. Maar omdat de zon ‘s nachts altijd onder gaat en er ook wolken voor kunnen zitten, kunnen we daar niet altijd op rekenen. Daarom dachten onderzoekers: “Waarom maken we niet gewoon een mini-zon op aarde?”. En daar wordt op het moment op internationale schaal heel hard aan gewerkt.

Het zon-op-aarde project levert veel uitdagingen. De eerste is: Hoe laat je de waterstof atomen botsen? De protonen die moeten botsen stoten elkaar namelijk af. In een grote ster in het heelal is de druk in de kern zo groot, dat die protonen met een enorme snelheid op elkaar af razen. De afstotende kracht is in sommige gevallen dan niet meer sterk genoeg om een botsing te voorkomen. Op aarde is het lastig om een vergelijkbare druk te creëren, maar wat je wel kan doen, is het heel heet maken. Zoals we uitgebreid zullen bespreken in de Top 7, is temperatuur eigenlijk de mate van snelheid waarmee de atomen kunnen bewegen. Dus door het heel heet te maken kan je inderdaad weer botsingen tussen protonen krijgen.

Een tweede uitdaging is: Hoe houd je de mini-zon op zijn plek? Je wilt natuurlijk niet dat als je je zon hebt gemaakt hij onhoudbaar is en alles op zijn pad verbrandt. Zon-de! Daarnaast kan je de zon veel kleiner maken als je hem op zijn plek weet te houden omdat je hem dan precies de gewenste hoeveelheid brandstof en ontbrandingshitte kan voeren. Mocht hij dan ontsnappen om welke reden dan ook, dan dooft hij meteen uit omdat hij geen brandstof en hitte meer krijgt. Hoe onderzoekers nu de mini-zon op zijn plek proberen te houden is door geen bolvormige zon te maken maar een ronddraaiende donut-vormige zon te vormen met krachtige magneetvelden.

Een derde uitdaging is om, als de je de mini-zon eenmaal op z’n plek hebt, er energie uit te onttrekken zonder dat je energie centrale meteen afbrandt. Je hebt dus een materiaal nodig dat sterk genoeg is om contact met de mini-zon te weerstaan waarmee je de zon kan opsluiten. Onderzoekers gebruiken daar nu zeer compact Wolfraam voor. Dat is hetzelfde materiaal als waar de gloeidraadjes in gloeilampen van gemaakt zijn. Wolfraam geleidt ook goed warmte, dus kan je aan de andere kant van de Wolfraam muur de warmte weer aftappen en omzetten in elektriciteit. Op het plaatje (bron) hiernaast zie je een tekening van de ITER, het apparaat waarin de zon gemaakt gaat worden.

Meer info?

Interessante filmpjes:

Interessante websites of artikelen: