Profielwerkstuk Nucleaire Luchtvaart

Profielwerkstuk Nucleaire Luchtvaart Coen van Hasselt en Kylian de Looze Schoter Scholengemeenschap 5 Havo

PWS – Nucleaire Luchtvaart 2 Coen van Hasselt en Kylian de Looze ___PROFIELWERKSTUK___

Nucleaire Luchtvaart Nuclear Aviation Research Project

Mede mogelijk gemaakt door:

PWS – Nucleaire Luchtvaart 3 Coen van Hasselt en Kylian de Looze

Inhoud: Inleiding.___________________________________________________________________blz. 4 Hoofdvraag en deelvragen_____________________________________________________blz. 7 Hypothese en Deductie________________________________________________________blz. 10 Onderzoek: Stralingspractica bij het Reactor Instituut Delft (RID)_________________________blz. 12 Onderzoek: Interview________________________________________________________blz. 22 Deelvraag 1: Welke manieren zijn er om kernenergie op te wekken?______________________blz.25 Deelvraag 2: Hoe wordt energie opgewekt in een kerncentrale?_________________________blz.27 Deelvraag 3: Wat zijn de voor- en nadelen van kernenergie?____________________________blz.29 Deelvraag 4: Hoe werkt een vliegtuig?_____________________________________________blz.30 Deelvraag 5: Welke soorten voortstuwing zijn er binnen de luchtvaart?____________________blz.33 Deelvraag 6: Welk onderzoek is er in het verleden al gedaan naar nucleaire luchtvaart?_______blz.35 Deelvraag 7: wat waren de uitkomsten van eerder onderzoek naar nucleaire luchtvaart?______blz.37 Deelvraag 8: waarom wordt er nog niet gevlogen op kernenergie?_______________________blz.40 Deelvraag 9: is de straling van een overvliegend nucleair vliegtuig gevaarlijk?_______________blz.42 Deelvraag 10: Wat zijn de veiligheidsvoorschriften voor een nucleair vliegtuig?______________blz.43 Deelvraag 11: is een nucleair vliegtuig vandaag de dag een mogelijkheid?__________________blz.45 Deelvraag 12: Kunnen wij andere toepassingen bedenken voor kernenergie in de luchtvaart?__blz.53 Conclusie: antwoord op de hoofdvraag____________________________________________blz.55 Evaluatie.____________________________________________________________________blz. 57

Bijlagen: Onderwerporiëntatieverslag___________________________________________________blz.62 Hoofd- en deelvragenverslag___________________________________________________blz.69 Werkplan.__________________________________________________________________blz.71 Dankbetuiging________________________________________________________________blz.75 Bronvermelding_______________________________________________________________blz.76 Logboek_____________________________________________________________________blz.78


inleiding


I

n dit Profielwerkstuk staat ons onderzoek naar de mogelijkheden voor het gebruik van nucleaire energie om vliegtuigen aan te drijven beschreven. Het principe is niet eens zo onrealistisch. Het rendement en elektrisch vermogen van een kerncentrale is tegenwoordig enorm hoog en hele schepen worden vandaag de dag aangedreven door middel van een kernreactor aan boord. Daarnaast wordt de urgentie van het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen steeds groter terwijl het aantal vluchten van bijvoorbeeld luchthaven Schiphol met 64% is toegenomen sinds 1992 (bron: http://www.schiphol.nl/SchipholGroup1/Onderneming/Statistieken/VerkeerVervoerCijfers1.htm) . Dit terwijl het vliegverkeer verantwoordelijk is voor ongeveer 12% van de totale hoeveelheid koolstofdioxide die door de mens wordt uitgestoten. Ook worden vele vormen van organische brandstof steeds schaarser en duurder, dus er moeten binnen vrij korte termijn alternatieve brandstoffen ontwikkeld worden. De vraag is echter of er ooit een brandstof vergelijkbaar met kerosine gevonden zal worden waarvan er in hoog tempo grote hoeveelheden kunnen worden geproduceerd zonder dat het al te veel bijdraagt aan het versterkt broeikaseffect en dat allemaal tegen een lagere prijs dan kerosine op het moment. Dus waarom zou een kernreactor niet kunnen zorgen voor de aandrijving van een vliegtuig? Natuurlijk klinkt dit makkelijker dan het is, want een vliegtuig mag niet te zwaar zijn en een kernreactor is zwaar, maar er moeten toch mogelijkheden zijn? De mogelijke ethische bezwaren achterwegend houdende hebben wij opgemerkt dat die mogelijkheden er inderdaad blijken te zijn. Gedurende ons onderzoek hebben wij de hand weten te leggen op rapporten van eerdere onderzoeken naar dit concept. Zowel de Verenigde Staten als de (voormalige) Sovjet-Unie hebben in het verleden tientallen jaren aan onderzoek uitgevoerd om nucleaire vliegtuigen te ontwikkelen. Deze vliegtuigen zouden voor militaire doeleinden gebruikt worden, maar ze zijn, de geruchten daar gelaten, nooit gebouwd. Wij willen ook weten of het principe in de commerciële luchtvaart mogelijk is. over dit onderzoek leest u verderop in het verslag meer. Alle informatie die wij vinden tijdens dit onderzoek, bouwt op tot de op een na laatste deelvraag ‘’is een nucleair vliegtuig vandaag de dag mogelijk?’’ (waarin we berekenen of het tegenwoordig mogelijk is een vliegtuig te bouwen dat voortgestuwd wordt door een kernreactor aan boord) en uiteindelijk tot de hoofdvraag. We verwachten dat we enorm veel zullen hebben aan de onderzoeken die in het verleden gedaan zijn. Dit denken we niet alleen omdat wij door middel van deze onderzoeken het principe beter zullen leren begrijpen, maar ook omdat veel informatie die toen gevonden is, nog steeds van toepassing is. zo hopen we te kunnen berekenen of een nucleair vliegtuig tegenwoordig gebouwd zou kunnen worden aan de hand van de gegevens van het NEPA Project uit de jaren ’40, ’50 en ’60 en aan de hand van gegevens die we zelf gevonden en berekend hebben. Uiteindelijk, in diezelfde deelvraag, ontwerpen we ook daadwerkelijk een nucleair aangedreven vliegtuig. Dit vliegtuig dient ervoor om de gegevens die we gedurende het onderzoek vinden aan elkaar te koppelen en deze gegevens zo een minder abstracte betekenis te geven. wij noemen dit volledige onderzoek N.A.R.P. N.A.R.P. staat voor Nuclear Aviation Research Project. Deze naam en het bijbehorende logo hebben we eigenlijk slechts voor de presentatie gecreëerd. om essentiële berekeningen te kunnen maken en om meer te leren over straling hebben wij de TUDelft benaderd met de vraag of wij daar onderzoek zouden kunnen doen naar gammastraling en de bescherming ertegen. De TU-Delft heeft ons toen toestemming gegeven onze eigen experimenten te komen uitvoeren bij het Reactor Instituut van de Faculteit Natuurwetenschappen van de Technische Universiteit Delft onder begeleiding van Jolanda de Beer – Kouwenberg ([email protected]).


Samengevat hebben we dit onderwerp om een aantal redenen gekozen. We zijn beiden erg technisch ingesteld en hebben grote interesse in nucleaire techniek. Ook de wereld van de experimentele luchtvaart is niet nieuw voor ons. Toch is zeker de belangrijkste reden dat we met dit onderwerp aan de slag gaan heel simpel: uitdaging. Wij houden namelijk niet van onderwerpen waarvan we denken dat we het zo snel mogelijk kunnen uitvoeren om er van af te zijn. Als we iets ondernemen willen we dat er ook daadwerkelijk uitdaging in zit. Wij vinden dat aantonen of vliegen op kernenergie wel of niet mogelijk is wel uitdagend genoeg is. We hebben nooit verwacht binnen 80 uur klaar te zijn, maar dat hoeft voor ons ook niet. Zolang we het onderwerp leuk vinden en we mooie resultaten behalen maakt het voor ons niet uit of we 80 uur of 150 uur bezig zijn. Ook hopen we, door met nucleaire techniek bezig te zijn, meer inzicht te krijgen in dit onderwerp, waardoor we waarschijnlijk een grote voorsprong aan kennis hebben wanneer we dit behandelen met Natuurkunde. Zo word ook het examen weer een beetje makkelijker.


onderzoeksvraag en deelvragen


A

chterin het verslag, in de bijlage, vindt u het volledige verslag met daarin de totstandkoming van de onderzoeksvraag en de bijbehorende deelvragen. Op deze pagina’s staan deze hoofdvraag en deelvragen slechts opgesomd met bij elke deelvraag een motivatie waarin we beschrijven waarom we onszelf deze vraag stellen. Hoofdvraag Is het mogelijk dat vliegtuigen ooit zullen vliegen op kernenergie dat aan boord wordt opgewekt? Motivatie voor de hoofdvraag: we zijn tijdens het bedenken van een onderwerp (zie bijlage onderwerporiëntatie) als snel op het onderwerp nucleaire luchtvaart gekomen. Nu kunnen we ons vele dingen afvragen, maar wij denken dat deze vraagstelling de meeste aspecten van het onderwerp overkoepeld. Het moeten beantwoorden van deze hoofdvraag betekend voor ons dat we zowel naar de wetenschappelijke aspecten als de maatschappelijke aspecten van het onderwerp zullen moeten kijken. Toch zult u zien dat dit profielwerkstuk voornamelijk wetenschappelijk van aard is. Deelvraag 1 Welke manieren om kernenergie op te wekken zijn er? Om uiteindelijk een nucleair aangedreven vliegtuig te kunnen ontwerpen, moeten we eerst zoveel mogelijk weten over kernenergie. Deze kennis hebben we nodig voor begrip van het onderwerp en uiteindelijke berekeningen. Deelvraag 2 Hoe werkt een kerncentrale? Het belangrijkste onderdeel van een kerncentrale is natuurlijk een kernreactor. En een kernreactor is precies dat wat we willen proberen, op papier, in een vliegtuig te plaatsen voor de aandrijving. Weten hoe een kerncentrale werkt is dus van essentieel belang voor het beantwoorden van onze hoofdvraag. Deelvraag 3 Wat zijn de voor- en nadelen van kernenergie? Kernenergie is een mooi principe, maar brengt veel gevaren met zich mee die overwonnen zullen moeten worden. Ook bied de beantwoording van deze deelvraag ons hopelijk inzicht in bijvoorbeeld ethische bezwaren tegen nucleaire luchtvaart. Deelvraag 4 Hoe werkt een vliegtuig? De werking van een vliegtuig lijkt op het eerste gezicht simpel, maar wanneer je onderzoekt of het mogelijk is vliegtuigen nucleair aan te drijven, zal je overal rekening mee moeten houden. Weten hoe een vliegtuig werkt is dan ook wel zo logisch wanneer je er een ontwerpt. Deelvraag 5 Welke soorten voortstuwing bestaan er binnen de luchtvaart? we kunnen wel een vliegtuig nucleair aan kunnen drijven, maar het is altijd goed om te weten welke krachten er nu voor zorgen dat een vliegtuig vooruit komt door middel van voortstuwing. Ook zal onze nucleaire voortstuwing veel in overeenkomst hebben met reguliere vormen van vliegtuigvoortstuwing.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 9 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Deelvraag 6 Welk onderzoek is er in het verleden gedaan naar nucleaire luchtvaart? Deze vraag zal ons meer inzicht moeten schaffen in het concept nucleaire luchtvaart. Van deze onderzoeken zullen wij veel leren en zo nodig zelfs onderzoeksresultaten en gegevens overnemen. Deelvraag 7 Wat waren de uitkomsten van eerder onderzoek naar nucleaire luchtvaart? Door het beantwoorden van deze deelvraag, die overigens een logische opvolger is van deelvraag 6, zullen wij erachter komen wat wel- en wat niet kan. Ook zullen we naar waarschijnlijkheid te weten komen welke uitkomsten wij zouden kunnen verbeteren. Deelvraag 8 Waarom wordt er nog niet gevlogen op kernenergie? We willen uiteindelijk dus onderzoeken of het waarschijnlijk is dat vliegtuigen ooit nucleair aangedreven zullen worden. Kennis hebben van de redenen die er toe leiden dat nucleair vliegen nog niet gebeurt zal zeker weten van pas komen bij het opstellen van de conclusie. Deelvraag 9 Hoe hoog moet een nucleair vliegtuig met de reactor van het NEPA-project vliegen zonder dat een mens op de grond schade ondervindt van de straling van het vliegtuig? We willen een nucleair vliegtuig ‘ontwerpen’ om te zien of nucleair vliegen nu wel of niet mogelijk is, maar we zullen moeten stellen dat het onmogelijk is wanneer we een vliegtuig in theorie wel de lucht in krijgen, maar dat het tegelijkertijd een te groot gevaar zou vormen als het daadwerkelijk zou vliegen. Voordat we kunnen ontwerpen zullen we dus eerst rekening moeten houden met (stralings)veiligheid. Deelvraag 10 Wat zijn de veiligheidsvoorschriften bij het gebruik van kernenergie in de luchtvaart? Net als de vorige deelvraag, dient deze ter inzicht over veiligheid van het concept nucleaire luchtvaart. Om deze deelvraag te beantwoorden zullen we namelijk veel moeten lezen over veiligheidsmaatregelen bij het gebruik van nucleaire energie. Deelvraag 11 Is een nucleair vliegtuig vandaag de dag een mogelijkheid? Dit is verreweg de belangrijkste deelvraag om te beantwoorden. Om te weten te komen of er ooit nucleair gevlogen kan worden, willen we weten of het principe al mogelijk is. we willen deze deelvraag beantwoorden door een poging te doen tot het ontwerpen van een nucleair aangedreven vliegtuig. Deelvraag 12 Welke toepassingen kunnen wij nog meer bedenken voor het gebruik van kernenergie in de luchtvaart? Wanneer we erachter komen dat een bemand nucleair vliegtuig bouwen niet mogelijk is, willen we het concept met deze deelvraag nog een laatste kans geven. Blijkt het wel mogelijk te zijn, dan is dit een verdere uitbreiding op het onderwerp.


hypothese en deductie


D

eze hypothese is van toepassing op de hoofdvraag (dus niet op elke deelvraag apart). Hoewel het maken van een hypothese belangrijk is voor het doen van onderzoek, zullen we wel beginnen met het onderzoek alsof we geen verwachtingen hebben om te voorkomen dat we tunnelvisie krijgen op dit onderzoek. Mogelijkheid Naar onze verwachting zal het gebruik maken van kernreactors in vliegtuigen voor de voortstuwing van het vliegtuig in de toekomst goed mogelijk zijn. De ambitie een nucleair aangedreven vliegtuig te bouwen heeft al tot veel onderzoek met veelbelovende resultaten geleid, maar helaas waren er nog te veel onopgeloste problemen. Gezien de huidige snelheid der technologische ontwikkeling, verwachten we dat deze problemen binnen een niet al te lange tijd opgelost zullen zijn. Of die verwachting ook werkelijkheid wordt is nog maar de vraag: het idee bestaat al meer dan 50 jaar, maar oplossingen voor de problemen rond kernenergie in de luchtvaart zijn zelfs in dit tijdperk, waarin niks onmogelijk lijkt, nog steeds niet gevonden. Praktisch nut We kunnen er dus vanuit gaan dat vliegen op kernenergie in de toekomst goed mogelijk is, maar is het ook nodig? Heeft het nut? Is het waarschijnlijk dat het ook daadwerkelijk gebruikt gaat worden? Hier hebben wij onze twijfels over. Momenteel is er een tal aan andere mogelijkheden om een vliegtuig voort te stuwen, dus het zou niet logisch zijn om over te springen op (het, binnen de luchtvaart, nog onveilige) kernenergie. Toch zal kernenergie overwogen kunnen worden wanneer kerosine en andere brandstoffen te schaars worden en alternatieve ‘groene’ brandstoffen niet ver genoeg ontwikkeld zijn om de volledige luchtvaart te kunnen voorzien van energie. Daarnaast zou kernenergie behalve in vliegtuigen misschien prima gebruikt kunnen worden in de onbemande luchtvaart (denk aan drones en kruisraketten). Al met al is verwachten wij dus dat onze conclusie zal zijn dat het principe ‘nucleaire luchtvaart’ mogelijk zal zijn, maar dat er binnen de mondiale samenleving veel zal moeten veranderen om het principe een kans te geven. Op dit moment is nucleaire energie in vliegtuigen nog niet mogelijk en de bezwaren van zowel burgers als politici staan onderzoek hiernaar in de weg. Wij zijn van mening dat veel angst voor nucleaire technologie voor een groot deel te wijten is aan onwetendheid, maar toch zal nucleaire technologie een stuk veiliger moeten worden voordat de gemiddelde burger bereid zal zijn nucleaire technische ontwikkeling te omarmen.


onderzoek deel I: eigen onderzoek naar gammastraling bij het Reactor Instituut Delft (RID)


Inleiding bezoek aan het RID

D

eels om meer te weten te komen over straling, maar vooral om later berekeningen uit te kunnen voeren hebben wij de TU-Delft benaderd met de vraag of we bij hen onze twee eigen practica over stralingsveiligheid konden uitvoeren. De reden dat we hiervoor naar delft zijn gegaan is dat het Reactor Instituut daar beschikt over een eigen kernreactor, erg professionele apparatuur en experts op het gebied van nucleaire energie, straling en stralingshygiëne. Op het Schoter of ergens anders zouden wij deze practica natuurlijk nooit kunnen en mogen uitvoeren. Daarnaast wordt de kernreactor in Delft uitsluitend gebruikt voor nucleair onderzoek en onderwijs, dus hadden wij ook verwacht dat de TU-Delft ons graag verder zou helpen. Uiteindelijk werden wij bij onze practica begeleid door Jolanda de Beer-Kouwenberg. Zij is docente stralingshygiëne bij het RID. Behalve haar begeleiding heeft ze ons ook geholpen met enorm veel uitleg over straling en een rondleiding door de reactorhal. Door met straling te werken hebben wij ondervonden dat straling een heel ander begrip is geworden voor ons. Natuurlijk kenden wij veel theorie, maar theorie blijft als het ware abstracte kennis; je kan erover lezen, maar je doet er geen ervaring mee op. en deze ervaring, hoe klein dan ook, geeft veel meer inzicht dan wij in eerste instantie hadden verwacht. Zoals dus al eerder vermeld waren deze twee practica, waarvan de verslagen op de komende bladzijden staan, vooral bedoelt om er later berekeningen mee te kunnen maken. Met de informatie die wij hebben over de straling die de reactor van het NEPA-Project (zie deelvraag 6 en de bron ‘Reactor Program of the Aircraft Nuclear Propulsion Project’) uitzendt willen wij berekenen of die straling schadelijk is voor een persoon is die op de grond staat terwijl het vliegtuig overvliegt, of beter geformuleerd; hoe hoog het vliegtuig moet vliegen zonder dat mensen op de grond schade ondervinden aan de straling ervan. Hiervoor diende ons eerste practicum (die we als tweede uitvoerden)waarbij we het verband onderzochten tussen radioactiviteit en afstand. Op deze manier wilden wij een formule opstellen waarmee we het antwoord op onze vraag kunnen berekenen. Verder zitten we nog met het probleem van de bescherming van de piloten in de cockpit. Omdat wij niet verwachten dat het mogelijk zal zijn dat we een nucleair passagiersvliegtuig kunnen ontwerpen in verband met het gewicht en de niet al te goede voortstuwing die de reactor en de straalmotoren leveren, houden we dus alleen rekening met de piloten. Dit wilden we onderzoeken door het verband tussen de dikte van lood en de radioactiviteit achter het lood (de kant waar de straling niet vandaan komt) te vinden en weer een formule op te stellen. Zo willen wij te weten komen hoeveel lood er nu precies nodig is tussen de kernreactor en de cockpit om de veiligheid van de piloten te garanderen. Om deze reden voerden we practicum twee uit.

Het Reactor Instituut Delft van de TU-Delft

Kernreactor van het RID


onderzoek 1: Radioactiviteit en Afstand. Onderzoeksvraag: Wat is het verband tussen afstand en Radioactiviteit? Hypothese: Wij verwachten dat wij een omgekeerd kwadratisch verband zullen vinden. Deductie: Simpel uitgelegd volgt straling een rechte lijn in divergerende bundels. Hierdoor wordt een gebied dat bestraald wordt groter naarmate de afstand toeneemt. De hoeveelheid straling blijft gelijk, maar doordat het een steeds groter oppervlak bestraalt wordt de hoeveelheid straling per bijvoorbeeld vierkante centimeter steeds kleiner. Het totaaloppervlak dat bestraald wordt groeit per gelijke tussenafstand kwadratisch, dus zal ook de radioactiviteit per vastgesteld oppervlak kwadratisch afnemen. Het onderzoek Benodigdheden: Stralingsbron o Nuclide: Co-60 o Radioactiviteit: 116,6 GBg o Datum van plaatsing: 18-08-1990 o Halveringstijd: 5 jaar Stralingsmeter o Meeteenheid: µ Sv/h Meetlat (in dit geval een volledig geautomatiseerd systeem). Opstelling:

Schematische weergave↑ (1: Beeldscherm, 2: Stralingsbron, 3: camera, 4: stralingsmeter, 5: automatisch baansysteem).


Foto opstelling↓

Werkwijze: Allereerst moest de stralingsbron opnieuw gekalibreerd worden. Dit gebeurde met behulp van een laser. vervolgens hebben we de meetafstanden waar we mee wilden meten vastgesteld met steeds 50 cm tussenruimte. Aangezien de stralingsbron die we gebruikten sterk radioactief was, werd deze bij elke meting afgesloten om de camera die boven de rails hing, waarmee het display afgelezen kon worden, handmatig boven de stralingsmeter te hangen. De stralingsmeter zelf werd van een afstand door middel van schakelaars over de rails verplaatst. Bij elke meting hebben wij de radioactiviteit zoals aangegeven op de stralingsmeter genoteerd.


Waarnemingen: De radioactiviteit bij een afstand van 1 meter was 2940,5 µ Sv/h. als de hypothese klopt zou die radioactiviteit ongeveer vier keer zo klein moeten zijn bij twee meter, waarna deze kwadratische trend voort zet. Natuurlijk zal niks precies kloppen, maar dit is slechts meetonzekerheid en is niet uit te sluiten. De waarnemingen staan in het tabel hieronder. S in m tussen stralingsbron en geigerteller 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Radioactiviteit in µ Sv/h 2940,5 1270,5 700,5 460 320 230 177 140 115

Verwerking van de waarnemingen: S in m tussen stralingsbron en Radioactiviteit in µ Sv/h geigerteller

Constante (Formule:

)

1 2940,5 2940,5 1,5 1270,5 2858,625 2 700,5 2802 2,5 460 2875 3 320 2880 3,5 230 2817,5 4 177 2832 4,5 140 2835 5 115 2875 Uit het feit dat een constante geeft bij elke meting kunnen wij concluderen dat het verband tussen afstand en radioactiviteit omgekeerd kwadratisch is. om dit te verduidelijken volgt hier ook een grafiek. 3500 3000 2500 2000 Reeks 1

1500 1000 500 0 1

Conclusie:

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

PWS – Nucleaire Luchtvaart 17 Coen van Hasselt en Kylian de Looze We hebben met het onderzoek onze hypothese kunnen bevestigen. Het verband is omgekeerd kwadratisch, oftewel: y is omgekeerd evenredig met . Tijdens ons onderzoek werd ons verteld dat dit de kwadratenwet heet. De formule waar we uiteindelijk mee zullen rekenen is . Hierin is R de radioactiviteit in Sv/hr, C de constante die afhankelijk is van de straling die de kernreactor uitzendt (hier komen we later op terug) en S de afstand in m. Evaluatie: Misschien hadden we de resultaten nauwkeuriger kunnen krijgen om de proef meerdere malen te herhalen, maar voor de rest zijn de meeste meetonzekerheden geëlimineerd, omdat we bijna alles geautomatiseerd deden. De professionele begeleiding van de TU Delft heeft ook geholpen.


onderzoek 2: Radioactiviteit en lood. Onderzoeksvraag: Wat is het verband tussen radioactiviteit in Sv en lood? Hypothese We verwachten dat de radioactiviteit kwadratisch afneemt wanneer het loodschild dikker wordt (met gelijke stappen). Deductie Wanneer een gamma straal door een stof gaat, hangt het van de dikte, materiaaldichtheid en de oppervlakte van het materiaal af. Een formule leert ons dit: Waarin: X= de afstand vanaf de oppervlakte die blootgesteld wordt. μ= absorptiecoëfficiënt σ= oppervlakte dat wordt blootgesteld Hieraan kan men leren dat wanneer alle omstandigheden constant zijn op de dikte van het lood na, de uiteindelijke straling exponentieel afneemt. Benodigdheden: Stralingsbron (Co 60) Stralingsmeter Statief Statiefklem Loden plaatjes Loden cilinder om straling alleen in een opstaande kolom te ‘sturen’. Opstelling:

stralingsbron

Stralingmeter Loden plaatje 2mm

PWS – Nucleaire Luchtvaart 19 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Onderzoeksbeschrijving. Omdat we in een stralinglab werkten hebben we eerst de achtergrondstraling gemeten. Hierdoor weten we hoe hoog de straling normaal is en kunnen we dat als ijkpunt gebruiken. vervolgens hebben de stralingsbron gemeten zonder lood ervoor. Daarna met 2mm lood ervoor, dan weer 2mm lood enzovoorts. Uitvoering: We hebben eerst het stappenplan gevolgd totdat we door de plaatjes lood van 2 mm heen waren. Toen hebben we plaatjes van 2.5 gebruikt. Nadat die opwaren hadden we alle overige plaatjes die we konden vinden erop gelegd . uiteindelijk hebben we op deze manier bijna de hoeveelheid straling gereduceerd tot een gelijke waarde aan de achtergrondstraling. Resultaten: Als eerste moesten we een schatting maken bij de meter die het stralingsniveau in Counts per Second aangaf, hierdoor krijg je steeds andere waarden rond een gemiddelde. We hebben geprobeerd het gemiddelde zo goed mogelijk te benaderen. Bij de eerste paar plaatjes leek het erop dat de radioactiviteit vrij lineair afnam, maar na het toevoegen van steeds meer plaatjes begonnen we uiteindelijk toch een exponentieel verband te zien. Hierbij hebben we ook rekening gehouden dat we uiteindelijk andere diktes gebruiken. De exacte resultaten staan hieronder: Stralingsbron: Co60______________________________________________________________________________ Achtergrondstraling: 10 Counts per Second_______________________________________________ Gebruikte stralingsdetector: Sciutillatie detector met NaI-kristal______________________________ Dikte van het lood in mm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20,5 23 25,5 28 30,5 31,5 48,5

Radioactiviteit in Counts per Second 95 70 65 55 55 50 45 40 37 36 30 25 22,5 20 17 17 10

PWS – Nucleaire Luchtvaart 20 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Verwerking van de waarnemingen: Dikte van het lood in mm Radioactiviteit in Counts per Second

Constante [Formule: ] 0 95 2 70 140 4 65 260 6 55 330 8 55 440 10 50 500 12 45 540 14 40 540 16 37 560 18 36 648 20,5 30 615 23 25 575 25,5 22,5 573,75 28 20 560 30,5 17 518,5 31,5 17 535,5 48,5 10 485 We zien hier dat we een contante krijgen wanneer we de radioactiviteit vermenigvuldigen met de dikte van het lood. Het valt op dat veel van deze constanten helemaal niet dicht bij elkaar liggen, maar er is geen dalende of stijgende trend te zien. Verder zijn bijna alle constanten rond de 500. Het feit dat ze ver uit elkaar liggen is te wijten aan de meetonzekerheid die het gevolg is van het vele fluctueren van de naald op de stralingsmeter. Dit maakte het bij de meeste metingen moeilijk goed een waarde te bepalen. Het verband hierbij is omgekeerd evenredig. Oftewel: de radioactiviteit is omgekeerd evenredig met de dikte van het lood. Hieronder staat een grafiek om dat te illustreren.

radioactiviteit in Counts per Second

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

12

dikte van het lood in mm

14

16

18


Conclusie: We hebben tot onze verbazing de hypothese ontkracht. In plaats van een omgekeerd kwadratisch verband vonden wij een omgekeerd evenredig verband. Evaluatie: Tijdens het practicum is er duidelijk iets fout gegaan. Wij snapten niet waardoor de hypothese niet bleek te kloppen, want behalve ons onderzoek wijst alles erop dat de hypothese correct was. Na enig onderzoek op het internet zagen we inderdaad dat we een omgekeerd kwadratisch verband gevonden hadden moeten hebben. Nu lijken de twee verbanden qua grafiek heel erg op elkaar, maar bij het omgekeerd kwadratisch verband vonden wij voor slechts de laatste paar metingen een constante en voor de rest een sterk stijgende trend binnen de constanten. Aan de begeleiding in delft heeft het in ieder geval niet gelegen, het was simpelweg te lastig de aanwijzer van de stralingsmeter goed af te lezen door de fluctuatie ervan. Hiervan leren we dat je een onderzoek altijd meerdere malen moet herhalen voor een betrouwbaar resultaat.


onderzoek deel II: interview


V

oor dit interview hebben we geprobeerd om meer informatie te krijgen van iemand die werkt binnen de luchtvaartsector. Eerst probeerden we een interview te regelen met een expert op het gebied van nucleaire energie, maar ons bezoek aan delft maakte dat overbodig, aangezien we daar al genoeg leerden van experts op dit gebied. Daarom hier een bescheiden interview met J.W. Van Hasselt, Customer Support Manager en luchtvaartenthousiast. Hoe verschilt de besturing van een licht vliegtuig ten opzichte van een zwaar vliegtuig? Zwaardere vliegtuigen hebben meer energie nodig om van koers te wijken. Maar als ze eenmaal gaan, gaan ze ook! Dit kan je al merken bij radiografische vliegtuigjes. Een lichter model reageert heel direct op de besturing, maar vallen ook zeer makkelijk te corrigeren. Zwaardere vliegtuigen reageren ook zwaarder. Is eigenlijk best wel logisch als je erover nadenkt. Hetzelfde geldt voor vliegtuigen. Alleen in moderne vliegtuigen ligt het weer anders. Hier wordt vaak net als in een auto gebruikgemaakt van stuurbekrachtiging en in andere vliegtuigen wordt er vaak gevlogen met een Fly By Wire systeem. Dit is een systeem dat gebruikt maakt van een Joystick en een computer om het vliegtuig te besturen. Hoe beïnvloed het motorvermogen de besturing van een vliegtuig? Een sterkere motor zorgt ervoor dat het vliegtuig sneller gaat. Hoe sneller het vliegtuig gaat hoe preciezer je moet besturen, want de uitslag van de roeren creëerden door de hogere snelheid een groter drukverschil waardoor het vliegtuig sneller en abrupter reageert. Is extra motorvermogen te hebben bij een vliegtuig handig of niet? Nee. Extra motorvermogen zorgt ervoor dat de piloten nooit het gas op honderd procent kunnen zetten. Een straalmotor werkt dan niet efficiënt en zorgt voor een veel hoger brandstof gebruik. Daarnaast kunnen vliegtuigen maar een bepaald vermogen aan. Anders slijten de motorophangingen te snel of kan het vliegtuig zelfs uit elkaar vallen in de lucht. Vliegtuigen en motoren worden hierom ook vaak voor elkaar ontwikkeld. Zal kernenergie een uitkomst bieden voor wanneer er geen fossiele brandstoffen meer zijn? Hoogst waarschijnlijk niet. Zoals jullie zelf al hebben aangekaart komt het geeneens door de politiek heen. Daarnaast proberen de luchtvaartmaatschappijen al zelf alternatieven te vinden voor het komende brandstof probleem. Er zijn al vliegtuigen die op bio-ethanol, gemaakt van gebruikt frituurvet vliegen. Deze techniek wordt vooral toegepast op de zogeheete cityhopper vluchten tussen Europese steden. Die noemen we vaak een beetje spottend ‘citywhoppers’. Uiteindelijk zal er eerder gevlogen worden op batterijen in plaats energie die aan boord wordt opgewekt. Er zijn wel experimentele vliegtuigen op zonne-energie, maar dat zijn maar eenmotorige propellervliegtuigjes voor een (of geen) persoon. Een nuclear vliegtuig heeft wel een flight engineer nodig dat weer banen creëert, zal dit een goed argument zijn voor het project? Haha, nee. Een nucleair vliegtuig is al vrij prijzig in de ontwikkeling en een flight engineer kost nog meer geld. De flight engineer als bij conventionele vliegtuigen al vervangen door de computer. Dit zal waarschijnlijk meer een tegenargument zijn.


beantwoording van de deelvragen


Deelvraag 1: Welke manieren om kernenergie op te wekken zijn er? Momenteel wordt kernenergie (met uitzondering van kernreacties in natuurlijke processen zoals in processen die plaatsvinden in bijvoorbeeld sterren of de kern van de aarde) uitsluitend opgewekt door middel van kernsplijting. Er is echter nog een andere hypothetische mogelijkheid voor kunstmatig opwekken van kernenergie, namelijk kernfusie. Kernfusie is een techniek die voor alsnog niet in gebruik is door de vele nog onopgeloste problemen. Verdere uitleg over kernfusie vindt u verderop in de beantwoording van deze deelvraag. We gaan eerst dieper in op kernsplijting. Opwekking van kernenergie door middel van kernsplijting. De meeste stoffen hebben stabiele atoomkernen, maar enkelen hebben instabiele atoomkernen. Een atoomkern kan instabiel zijn doordat het bijvoorbeeld te veel neutronen of protonen bevat. Wanneer zo’n atoomkern in aanraking komt met alfastraling of bètastraling (soms in combinatie met gammastraling) vervalt deze. Deze straling is er bijna altijd en overal. Wanneer zo’n instabiele atoomkern vervalt, veranderd het in de atoomkern van een andere stof. Dit heet radioactief verval. Stabiele atoomkernen blijven echter intact wanneer ze in aanraking komen met alfastraling of bètastraling. Er zijn daarentegen wel enkele soorten stabiele atoomkernen die gespleten kunnen worden in twee nieuwe, andere, atoomkernen. Deze atoomkernen zijn zo groot dat, wanneer ze beschoten worden met slechts één neutron (die dan aan de atoomkern toegevoegd wordt), ze instabiel worden en zich splitsen in twee nieuwe atoomkernen waarbij erg veel energie ontstaat. Voor de kunstmatige opwekking van deze energie wordt uitsluitend plutonium of uranium gebruikt. Deze stoffen moeten echter wel eerst verijkt worden. U237 is niet splijtbaar, maar wanneer het na verrijking in grote centrifuges U235 geworden is, kan hier energie mee opgewekt worden. De atoomkern van U235 splitst zich op in de atoomkernen van Barium en Krypton. Grote hoeveelheden energie komen hierbij vrij in de vorm van licht en warmte. Deze warmte wordt in een kerncentrale via bewegingsenergie omgezet in elektrische energie. Natuurlijk is de energie die vrijkomt bij het splijten van slechts één uranium- of plutoniumkern niet voldoende om gebruikt te worden door duizenden huishoudens. Om voldoende energie op te wekken moeten binnen relatief korte tijd grote hoeveelheden atoomkernen gespleten worden. Gelukkig hoeven niet alle atoomkernen kunstmatig beschoten te worden met een neutron; bij het splijten van een atoomkern komen er namelijk enkele neutronen los van de splijtende atoomkern. Wanneer deze neutronen in aanraking komen met andere nog stabiele, splijtbare, atoomkernen splijten deze kernen ook. Deze splijtende atoomkernen laten weer neutronen los die op hun beurt weer stabiele atoomkernen kunnen laten splijten. op deze manier ontstaat er een kettingreactie.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 26 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Deelvraag 1: [vervolg] Kernfusie Het gebruiken van kernfusie voor het kunstmatig opwekken van energie is nu alleen in theorie mogelijk, maar men verwacht dat kernfusie rond 2030 een goede energiebron zou kunnen zijn. Toch bestaat kernfusie al miljarden (aardse) jaren. Sterren produceren duizenden jaren lang enorme hoeveelheden energie door middel van kernfusie (oftewel, wanneer je energie verkrijgt via zonnepanelen, gebruik je al energie die ontstaat door fuserende atoomkernen in de zon). Bij het fuseren van bepaalde kernen ontstaat dus kennelijk energie. Om dit uit te leggen blijven wij even bij het voorbeeld van de sterren. Eerst is het belangrijk om te weten dat wanneer bepaalde atomen fuseren, er een geheel andere stof ontstaat. Zo ontstaan er bij het fuseren van vier waterstofkernen één heliumkern en twee positronen (het antideeltje van de elektron). Bij het fuseren van drie heliumkernen ontstaat één koolstofkern en twee koolstofkernen fuseren dan weer tot een neonkern. Dit gaat zo een tijdje door totdat er ijzerkernen ontstaan. Daarna kan er nog wel kernfusie optreden, maar hier is juist energie voor nodig. Maar we blijven even bij waterstoffusie, aangezien dit de vorm van kernfusie is die in de toekomst gebruikt zal gaan worden om kunstmatig energie mee op te wekken (en omdat hier simpelweg meer over bekend is doordat het ook de meest voorkomende vorm van kernfusie in de sterren is. sterren bestaan immers voor het grootste deel uit waterstof en de fusieproducten worden bij elke ‘fusieovergang’ steeds minder). Bij waterstoffusie fuseren vier waterstofkernen waarbij dus één heliumkern en twee positronen ontstaan. Hierbij komt erg veel energie vrij. Dit is net als bij kernsplijting te berekenen met het massadefect. Deze energie uit zich uiteindelijk als warmte en licht waar we vooral gebruik van maken bij de zon. Momenteel is er een speciale kernreactor in aanbouw: de International Tokamak Experimental Reactor. Deze reactor is de eerste fusiereactor. Hierin probeert men het fusieproces van waterstofkernen na te bootsten onder extreem hoge temperatuur om vervolgens de energie die ontstaat om te zetten in elektriciteit. De temperatuur (ongeveer 100.000.000 K) is zo hoog om de waterstofkernen groter te maken en ze op die manier meer kinetische energie te geven. Zoals we natuurlijk weten stoten atomen elkaar namelijk af. Om waterstofkernen met elkaar te laten fuseren moeten ze dus een hele hoge kinetische energie hebben om ondanks de afstotende kracht dicht genoeg bij elkaar te komen. De (geladen) waterstofatomen worden bijeengehouden door middel van een sterk magnetisch veld opgewekt door supergeleidende elektromagneten. De reden dat er nog geen energie opgewekt word op deze manier is dat er nog te veel onopgeloste problemen zijn. Zo ontstaat er bij het fusieproces radioactief tritium. Tritium gedraagt zich hetzelfde als waterstof en kan zich dus gemakkelijk verspreiden in de natuur. Zo kan deze radioactieve stof bijvoorbeeld worden gedronken door dieren. Ook wordt het materiaal waarvan de reactorwand gemaakt wordt sterk radioactief doordat de atoomkernen van dat materiaal instabiel worden als die atoomkernen in aanraking komen met de vrije neutronen. Niet geheel los daarvan beschadigd de reactorwand dan ook enorm, waardoor er scheuren in kunnen ontstaan. Als laatste kost het kunstmatig laten fuseren van waterstofkernen momenteel meer energie dan het oplevert.


Deelvraag 2: Hoe werkt een kerncentrale? Tegenwoordig is er steeds meer roep om vormen van energieopwekking die zo goedkoop mogelijk zijn, zo weinig mogelijk schade aan het milieu veroorzaken en een zo efficiënt mogelijk zijn. Om deze redenen is men energie gaan opwekken door middel van kernsplijting. Deze energieopwekking gebeurt in een kerncentrale. Bij een kerncentrale word er elektriciteit opgewekt door de vrijkomende (warmte)energie van kernreacties om te zetten in bewegingsenergie en vervolgens elektriciteit. Hoewel nucleair onderzoek erg duur is en het op gang brengen van de kernreactie een lastig proces is, is het rendement van een kerncentrale zeer hoog. Dit maakt kernenergie tot een efficiënte vorm van energieopwekking. De kerncentrale is grofweg onder te verdelen in drie verschillende onderdelen, namelijk:

PWS – Nucleaire Luchtvaart 28 Coen van Hasselt en Kylian de Looze De reactor De reactor is een groot bassin waarin zich splijtstofstaven bevinden. Daaromheen bevinden zich de controlestaven. Deze controlestaven zijn bedoelt om de kernreactie op te voeren of juist af te laten zwakken. Wanneer de kerncentrale tijdelijk niet in gebruik is, of wanneer er sprake is van een defect in de centrale, zakken de controlestaven helemaal naar beneden om de kernreactie stop te zetten. controlestaven zijn gemaakt van materialen die losse neutronen kunnen opvangen zonder zelf een kernreactie op te wekken. controlestaven zijn zo gebouwd dat ze in het geval van nood altijd door zwaartekracht helemaal naar beneden kunnen zakken. Tussen de splijtstofstaven en controlestaven bevindt zich nog de moderator. Dit is een stof die er voor zorgt dat de losse neutronen vertraagd worden. hierdoor blijft de kettingreactie beter in stand. Het water wat de reactor koelt blijft in een afgesloten cyclus, omdat dit water radioactief wordt gemaakt door de reactor en zich niet mag verspreiden in het milieu. Waterkringloop en Koelsysteem De waterkringloop zorgt ervoor dat de warmte-energie die er bij een kernreactie vrijkomt kan worden omgezet in een beweging. Het begint bij een warmtewisselaar in de buurt van het reactorvat. Hierdoor loopt een buis waardoor het verwarmde water uit de reactor loopt. Dit verhit het water dat in het vat erom zit tot stoom onder zeer hoge druk,en komt weer terug in de reactor. Die stoom word langs een turbine geleid waar schoepen in beweging worden gezet. Hierna word de nu al redelijk afgekoelde stoom door een condensor geleid. Dit zorgt ervoor dat stoom weer omgezet wordt in water dat vervolgens terecht komt in het bassin met de reactor. De condensor word gekoeld door water van buiten. Dit water komt dus nooit door de reactor heen, maar dient alleen om de warmte van de radioactieve waterkringloop over te nemen.

De turbine en Generator. De stoom wordt door een turbine heen geleid. Een turbine bestaat uit meerdere bladen waar de stoom langs word geduwd. De stoom zet de bladen in beweging die de energie weer overdragen aan een lange as die naar de generator loopt. De generator bestaat uit meerdere grote spoelen op een as, die ronddraaien langs door een magnetisch veld. Om dat de hoek van het magnetische veld steeds verandert. Verandert ook de inductie. Dit verschil noemen we de magnetische flux. Hierdoor gaat er in de spoel en een inductiestroom lopen. Deze spanning wordt naar een transformator gestuurd waar het word omgezet naar een regelmatigere wisselspanning.


Deelvraag 3: Wat zijn de voor- en nadelen van kernenergie? Kort na het ontdekken van radioactiviteit heeft men geprobeerd om daar energie mee op te wekken. Maar pas in tijdens de tweede wereldoorlog nam de vraag naar nucleair onderzoek enorm toe. Uiteindelijk na de ontdekking van kernsplijting werden de eerste plannen gemaakt voor de bouw van een kernreactor met energieopwekking als doel. In deze tijd was de gemiddelde burger nog niet erg bekend met straling en de bijbehorende risico’s, dus stond niemand wetenschappers in de weg om vrij onderzoek uit te voeren naar kernreacties en het aansturen ervan met de uiteindelijke droom om daar energie mee op te wekken. Naarmate de koude oorlog begon werden de gevaren van nucleaire reacties pas duidelijk onder het volk. Na het bombarderen van Nagasaki en Hiroshima werden de eerste ziektes gerelateerd aan straling vastgesteld. Ook werd het volk aan de westkant van de muur langzaam ingelicht. Helaas zijn mensen hierdoor erg bang geworden voor straling en kernenergie, terwijl deze angst niet geheel terecht is. Kernenergie heeft hierdoor voor- en nadelen van zowel wetenschappelijke als maatschappelijke aard. Voordelen: - Kernenergie is relatief veilig, De kans op een nucleaire ramp is zeer klein en is met huidige kennis en apparatuur steeds beter te bestrijden. - Kernenergie is minder schadelijk voor het milieu dan fossiele brandstoffen. Bij het opwekken van kernenergie komt geen CO2 vrij. - Het rendement en elektrisch vermogen van een kerncentrale zijn veel groter dan bij andere kunstmatige energiebronnen. - Brandstoffen die gebruikt worden in energiecentrales die gebruik maken van verbranding worden steeds duurder en schaarser. Kernenergie is daardoor relatief goedkoop en de techniek gaat veel langer mee aangezien de voorraad aan uranium en plutonium veel langer meegaat dan de voorraden aardolie, steenkool en aardgas. Nadelen - De straling die vrijkomt tijdens de kernreacties in de kerncentrale kan schadelijk zijn wanneer het in het milieu terecht komt. - Nucleair onderzoek is duur en een kerncentrale is duurder dan een kolencentrale. - Vanwege de vele ethische bezwaren op kernenergie, die voortkomen uit irrationele angst, zijn veel (vooral Nederlandse) politici niet enthousiast over kernenergie.


Deelvraag 4: hoe werkt een vliegtuig? Voordat we willen onderzoeken of het mogelijk is een vliegtuig voort te stuwen door middel van nucleaire straalmotoren is het wel belangrijk om te weten hoe een vliegtuig nu precies werkt. daarvoor dient deze deelvraag. We gaan hier nog niet in op voortstuwing, dat behandelen we in deelvraag 5. Hoe blijft een vliegtuig in de lucht? Een vliegtuig maakt gebruikt van het verschijnsel lift om zijn gewicht in de lucht te krijgen. Lift is een opwaartse kracht die ontstaat bij ongelijke verdeling van luchtdruk. Bijvoorbeeld: Een oppervlakte heeft een grotere druk aan de onderkant dan aan de bovenkant. De hogere druk duwt dit oppervlak omhoog totdat de druk aan beide kanten van het oppervlak gelijk is. Het verschil in luchtdruk word bij vliegtuigen gemaakt om de lucht boven de vleugel langzamer te laten stromen dan aan de onderkant. Dit wordt gedaan om de weg die de lucht aan de bovenkant moet afleggen langer te maken, zodat er in dezelfde tijd, niet een gelijke afstand wordt afgelegd aan de boven en onderkant. Dit is dus de reden dat de vleugel van een v liegtuig plat is aan de onderkant, maar bol aan de bovenkant. Lift kan je berekenen met de volgende formule: Hierin is: L = Liftkracht [N] V = snelheid [m s-1] van de lucht ten opzichte van het vliegtuig. ρ = dichtheid [kg m-3] van de lucht. S = Oppervlakte van de vleugels. Cl = Liftcoëfficiënt. Om een vliegtuig voldoende lift te geven om in de lucht te blijven heeft een het een groot oppervlakte nodig. Hiervoor zijn de vleugels. Het vliegtuig moet wel een bepaalde snelheid hebben om de vleugels voldoende lift te laten genereren zodat het vliegtuig kan opstijgen en vliegen. Bij het verminderen van hoogte wordt de snelheid van het verminderd zodat er juist minder lift ontstaat. De snelheid zorgt ervoor dat er een constant drukverschil ontstaat. De snelheid van een vliegtuig wordt geregeld door de voortstuwing meer of minder stuwkracht te laten genereren. De topsnelheid van een vliegtuig is afhankelijk van vele zaken zoals de aerodynamica, de maximale stuwkracht die de motoren kunnen leveren, de massa van het vliegtuig, de massa van de lading (vracht en/of personen), de grootte van het vliegtuig, het oppervlakte van de vleugels, het weer en klimaat, de hoogte waarop het vliegtuig vliegt (dit heeft te maken met de dichtheid van lucht op verschillende hoogtes) en nog veel meer.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 31 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Hoe wordt een vliegtuig bestuurd? Er zijn natuurlijk vele verschillende soorten vliegtuigen en in de besturing van vliegtuigen onderling zijn vaak verschillen, maar de basis is eigenlijk altijd hetzelfde. Wanneer het vliegtuig naar links of rechts helt zal het ook naar links of rechts sturen. Om dit hellen of rollen te veroorzaken zijn de vleugels uitgerust met rolroeren. Wanneer het vliegtuig bijvoorbeeld naar links moet, staat het linker rolroer omhoog en het rechter omlaag. Hierdoor wordt de weerstand van de linkervleugel groter (het rolroer staat aan de bovenkant, waar de lucht al een langere weg moet afleggen) en daalt de linkervleugel ten opzichte van de rechtervleugel waardoor het vliegtuig naar links rolt. De rolroeren kunnen ook gezamenlijk omhoog of omlaag staan. voor omlaag geldt: de neus van het vliegtuig zakt en het vliegtuig gaat omlaag. Voor omhoog geldt: de neus beweegt omhoog en het vliegtuig begint te stijgen. de rolroeren dienen in een omhoog- of omlaaggaande beweging eigenlijk vaak als hulp voor de hoogteroeren op de staart en de rolroeren helpen het richtingroer dat verticaal op de staart bevestigd is. Waarvoor dienen vliegtuigen zoal? Er zijn dus, zoals hierboven ook staat, vele soorten vliegtuigen met vele verschillende functies. Zo zijn er vliegtuigen die speciaal bedoelt zijn om mensen te vervoeren of juist om een vracht te vervoeren. Deze vliegtuigen moeten aan bepaalde eisen voldoen. Zo moeten ze groot zijn en veel gewicht aan kunnen, maar zo weinig mogelijk brandstof verbruiken. Daarnaast moet de voortstuwing ervoor zorgen dat het vliegtuig in volgeladen toestand nog wel kan starten. Het maximale gewicht van het vliegtuig inclusief lading waarbij het vliegtuig van de grond komt en in de lucht kan blijven heet het maximale startgewicht. Het gewicht van het vliegtuig zonder lading (maar met motoren, systemen en andere zaken als bijvoorbeeld stoelen) heet het leeggewicht. Behalve vliegtuigen om mensen of vrachten te vervoeren zijn er natuurlijk ook vele vliegtuigen met reddende of militaire doeleinden. Zo moet een militair vliegtuig meestal zo lang en snel mogelijk kunnen vliegen met zoveel mogelijk bewapening om het vaderland te verdedigen en de vijand aan te vallen en moet een reddingsvliegtuig lang en snel vliegen om mensen te vinden en te redden die in nood verkeren. Verder zijn er ook vliegtuigen die bedoelt zijn ter recreatie of om mee te stunten. Verder worden vele vliegtuigen voor meer dan één doeleinden gebruikt. Denk bijvoorbeeld aan een bommenwerper die helpt bij het bestrijden van een bosbrand. Bij het ontwerpen van een vliegtuig moet er natuurlijk erg veel rekening gehouden worden met de functie die het vliegtuig heeft. Elk soort vliegtuig heeft zo zijn eigen karakteristieke eigenschappen. Hiervan hebben we een simpel tabel gemaakt om te illustreren dat elk vliegtuig voor en nadelen heeft en er dus nog geen perfect vliegtuig is ontworpen.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 32 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Soort Vliegtuig

Maximale snelheid

Grootte

Zuinigheid

Maximaal startgewicht

passagiersvliegtuig vrachtvliegtuig Straaljager bommenwerper reddingsvliegtuig stuntvliegtuig recreatievliegtuig

Gemiddeld Gemiddeld Erg hoog Hoog Hoog Gemiddeld Erg laag

Groot Erg groot Erg klein Groot Erg klein Erg klein Erg klein

Redelijk zuinig Niet zuinig Niet zuinig Niet zuinig Redelijk zuinig Redelijk zuinig Redelijk zuinig

Laag Erg hoog Erg laag Hoog Erg laag Erg laag Erg laag

Soort vliegtuig

Bereik

passagiersvliegtuig vrachtvliegtuig Straaljager bommenwerper reddingsvliegtuig

groot Groot Gemiddeld Erg groot Gemiddeld tot laag Erg laag Gemiddeld tot laag

stuntvliegtuig recreatievliegtuig

Maximale vliegtijd Lang Lang Relatief kort Erg lang Gemiddeld tot kort Erg kort Gemiddeld tot kort

passagierscapaciteit

Vrachtcapaciteit

wendbaarheid

Erg groot Erg klein Erg klein Klein Klein

Erg klein Erg groot Erg klein Gemiddeld Klein

Laag Laag Erg hoog Gemiddeld Hoog

Erg laag Klein

Erg klein klein

Erg hoog hoog

Note: natuurlijk zijn de gegevens van vliegtuigen onderling allemaal relatief, maar een beter beeld van een paar voor- en nadelen van een aantal soorten vliegtuigen kunnen wij moeilijk geven. Voor ons onderzoek is het belangrijk dat we weten waaraan ons nucleaire vliegtuig moet voldoen. We zien hierboven dat de meeste vliegtuigen erg veel nadelen hebben en dat het moeilijk is om nadelen weg te werken in het ontwerp proces. Wij hebben bedacht dat het vliegtuig zo snel, groot en licht moet zijn. Ook moeten bereik en zuinigheid groot zijn, maar dat is het hele idee van een nucleair vliegtuig. Verder moet het maximale startgewicht groot zijn zodat het de reactor kan dragen maar het moet tegelijkertijd van zo weinig mogelijk stuwkracht afhankelijk zijn. Dit omvat bijna alle eigenschappen die wij hebben onderzocht voor het opstellen van de bovenstaande tabellen. Het zal dus lastig zijn een nucleair vliegtuig te ontwerpen, maar we zijn ervan overtuigd dat het mogelijk is.


Deelvraag 5: Welke soorten voortstuwing bestaan er binnen de luchtvaart? Voortstuwing is nodig om lift te behouden, zodra de snelheid afneemt van het vliegtuig neemt de lift af en zal het vliegtuig dalen. Denk maar aan een papieren vliegtuig. Je hand geeft de voortstuwing, zodra het vliegtuig los is van je hand wordt door de wrijving van de lucht de voorwaartse kracht steeds kleiner (er is geen stuwkracht meer), dus nemen snelheid en hoogte ook af. Voortstuwing in de luchtvaart kan je onderverdelen in twee hoofddelen: Propeller voortstuwing: Veel vliegtuigen (vroeger meer dan nu) worden voortgestuwd door propellermotoren. Een propellermotor is een vliegtuigmotor waar de warmte, die voortkomt uit de verbranding van een bepaalde brandstof, wordt omgezet tot bewegingsenergie. Deze bewegingsenergie uit zich als een ronddraaiende beweging van een horizontale as (bij helikopters is deze as verticaal) waarbij er aan het uiteinde meerdere rotorbladen zijn bevestigd. Deze rotorbladen zuigen als het ware lucht aan en drukken die lucht samen waardoor die lucht in snel tempo uitzet wanneer het achter de rotorbladen terecht komt. Dit verschil in luchtdruk aan beide kanten van de rotorbladen zorgt voor de stuwkracht die het vliegtuig een voorwaartse beweging geeft. Dit komt doordat de hoge luchtdruk achter de rotorbladen zich wil verplaatsen naar het gebied voor de rotorbladen waar de luchtdruk lager is, maar omdat er steeds nieuwe lucht wordt aangevoerd, moet de lucht met hogere druk veel kracht uitoefenen op zowel de lucht die aangevoerd wordt (die op zijn beurt ook terug wilt) als op de rotorbladen. De lucht met hoge druk duwt het vliegtuig dus als het ware naar voren. De propellermotor heeft echter naar hedendaagse standaarden een erg laag prestatievermogen. Aangezien de propellermotor een erg beperkt toerental kunnen halen is de maximale snelheid van veel propellervliegtuigen slechts zo’n 450 Km/h Straalaandrijving: een straalmotor is erg vergelijkbaar met een propellermotor. Ook de straalmotor heeft als doel het onder druk zetten van lucht die het vliegtuig vervolgens naar voren stuwt. Straalmotoren werken zeer efficiënt op hoge snelheden en op grote hoogte waar de lucht ijler is. Een straalmotor werkt door lucht (1) naar binnen te zuigen. Deze lucht word dan gecompresseerd door de compressor (C). De gecompresseerde lucht (2) word verhit in de verbrandingskamer (VK) door het samenvoegen en tot ontbranding brengen van brandstof (Qb). De lucht krijgt nu een nog hogere druk (3) een drijft een turbine aan. Deze turbine geeft zijn arbeid (Wt) door aan de compressor door middel van een lange as die door de straalmotor loopt. Overige arbeid wordt gebruikt voor het aandrijven voor andere bijzaken, bijvoorbeeld een generator om stroom op te wekken voor het vliegtuig. De uiteindelijke straal met lucht (4) verlaat de motor onder enorme hoge druk om het vliegtuig voor te stuwen.

Schematische werking ↑


Weergave van onderdelen ↑


Deelvraag 6: welk onderzoek is er in het verleden al gedaan naar nucleaire luchtvaart? Het gebruikmaken van kernreactors in vliegtuigen voor de voortstuwing van die vliegtuigen is geen nieuw idee. In de jaren 40, jaren 50 en jaren 60 is er zowel in de Verenigde Staten als in de SovjetUnie veel onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om nucleair aangedreven vliegtuigen te gebruiken voor militaire doeleinden. Over het Russische onderzoeksprogramma is weinig bekend. De weinige informatie over het Russische onderzoeksprogramma is bovendien te onbetrouwbaar om mee te werken. Over het onderzoeksprogramma van de Verenigde Staten is daarentegen heel veel bekend. De onderzoeksrapporten zijn in te zien en zijn volledig betrouwbaar. Dit is de reden dat de beantwoording van deze deelvraag geheel over het onderzoek naar nucleaire luchtvaart van de Verenigde Staten gaat. Halverwege de jaren 40 besloten zowel de Verenigde Staten als de Sovjet-Unie dat ze een vliegtuig wilden bouwen dat vloog op aan boord opgewekte kernenergie. De reden hiervan was dat ze allebei een vliegtuig wilden hebben waarmee ze de mogelijkheid hebben elkaar vanuit hun eigen land te kunnen bombarderen zonder dat het vliegtuig afhankelijk was van een gelimiteerde hoeveelheid brandstof, waardoor het steeds moest tanken. In 1946 startte de USAF (United States Air Force) en de AEC (U.S. Atomic Energy Commission) in het Oak Ridge National Labatory (ORNL) het Aircraft Nuclear Propulsion Program of Nucleair Energy as Propulsion for an Aircraft Project (the NEPA Project*). Dit onderzoeksprogramma was bedoeld om een Vliegtuig te ontwikkelen dat zowel supersonische snelheden kon bereiken als door kon vliegen zonder steeds te hoeven stoppen voor het bijvullen van de brandstoftank. Dit vliegtuig zou de WS125 gaan heten. WS staat hierin voor Wapon System. Het principe zelf is niet erg moeilijk, maar er waren te veel technische problemen die opgelost moesten worden voordat de bouw van zo’n vliegtuig kon beginnen. Deze problemen formuleren wij in deze deelvraag als deelvragen. De antwoorden die op die deelvragen zijn gevonden gedurende het NEPA project staan in ‘deelvraag 8: wat waren de uitkomsten van eerder onderzoek naar nucleaire luchtvaart?’. De deelvragen die de wetenschappers die werkten aan het NEPA project zichzelf stelden waren: Kunnen we de bemanning beschermen tegen straling van de reactor? Wat zijn de mogelijke ontwerpen van nucleaire straalmotoren? Hoe zorgen we ervoor dat het vliegtuig van de grond kan komen en in de lucht kan blijven met het gewicht van de kernreactor? Hoe zorgen we ervoor dat er niet te veel straling uit het vliegtuig in het milieu terecht komt?

*De naam ‘NEPA Project’ veranderde gedurende het project in ‘ANP Project’, maar in dit verslag blijven we het ‘NEPA Project’ noemen om verwarring te voorkomen.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 36 Coen van Hasselt en Kylian de Looze De onderzoeken bij een aantal deelvragen: Kunnen we de bemanning beschermen tegen straling van de reactor? Dit moest onderzocht worden voordat er begonnen kon worden aan het ontwerp van nucleaire straalmotoren aangezien het ontwerpen nutteloos zou zijn als bleek dat er geen mogelijkheid de bemanning te beschermen tegen radioactieve straling. Voor het onderzoek bouwden de wetenschappers van het NEPA Project een actieve kernreactor die ze vervolgens plaatsten in het grootste vliegtuig dat de USAF bezat: de B-36 Bomber. Deze reactor was niet bedoelt om het vliegtuig voort te stuwen, maar om te zien of de bemanning beschermd kon worden tegen de straling. Op 17 september 1955 was de eerste vlucht van dit vliegtuig met reactor aan boord. Toen bleek (zoals u kan lezen in de volgende deelvraag) dat er te veel lood nodig was om de bemanning te beschermen waardoor het vliegtuig te zwaar werd om hoge snelheden te bereiken (wat belangrijk is voor een militair vliegtuig, want anders is het een gemakkelijk doelwit voor vijandige vliegtuigen). Daarom zijn de NEPA Project wetenschappers gaan experimenteren met heel veel verschillende soorten materialen waarbij ze keken of het straling wel of niet absorbeert. Op deze manier hoopten ze een lichtgewicht materiaal te vinden dat de bemanning zou kunnen beschermen. Ook werd onderzocht of de reactor eventueel te verkleinen was. Hierbij moest wel rekening gehouden worden met het feit dat er wel net zoveel hitte gegenereerd zal moeten worden in een kleinere reactor als in de oorspronkelijke reactor.

De B-36 Bomber, omgedoopt tot de NB-36. De ‘N’ staat voor Nuclear en de ‘B’ voor Bomber. Hoe zorgen we ervoor dat het vliegtuig van de grond kan komen en in de lucht kan blijven met het gewicht van de kernreactor? Het onderzoek zoals beschreven in de vorige vraag was niet alleen bedoeld om te kijken of de bemanning voldoende beschermd kon worden tegen de straling, maar ook om te zien of een vliegtuig wel in staat was te vliegen met een reactor aan boord. De gebruikte kernreactor was dan wel een kleintje, aangezien nucleaire straalmotoren ook niet al te groot konden en hoefden te zijn, maar het was hoe dan ook enorm zwaar.


Deelvraag 7: wat waren de uitkomsten van eerder onderzoek naar nucleaire luchtvaart. De beantwoording van deze deelvraag is een vervolg op de beantwoording van deelvraag 7. In de beantwoording van deelvraag 7 staat beschreven hoe het NEPA Project verliep, welk onderzoek er is gedaan en wat de op te lossen problemen waren. In deze deelvraag beantwoording hebben wij beschreven welke oplossingen en antwoorden er zijn gevonden op die technische problemen. Het is wel zo dat deze antwoorden en oplossingen tot dilemma’s leiden omdat ze elkaar tegenwerken. Hierover schrijven we meer in de beantwoording van deelvraag 9. Hoe beschermen we de bemanning tegen de straling van de kernreactor(en)? Allereerst was in het begin van het project al bedacht dat het vliegtuig gevlogen zo moeten worden door bemanningsleden met een hoge leeftijd. Radioactieve straling tast namelijk de zaadcellen aan en ze wilden niet dat schade als gevolg van straling overgebracht zou worden op kinderen van een nieuwe generatie. Maar dit is nog niet de oplossing voor het probleem van het beschermen van de bemanning zelf. We weten natuurlijk dat lood redelijk goed beschermd tegen gammastraling, maar hoewel lood het lichtste materiaal is dat voldoende bescherming kan bieden tegen gammastraling is lood wel zwaar. De uitkomst van het onderzoek was dat er Enerzijds zoveel mogelijk lood gebruikt moest worden om ervoor te zorgen dat de bemanning beschermd werd (het lood zou minstens 6 centimeter dik moeten zijn om 95% van de gammastraling tegen te houden), maar dat er anderzijds zo weinig mogelijk lood gebruikt mocht worden om ervoor te zorgen dat het vliegtuig niet te zwaar was om te vliegen.

de nog niet gerealiseerde WS-125 Nuclear Bomber

PWS – Nucleaire Luchtvaart 38 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Wat zijn de mogelijke ontwerpen van nucleaire straalmotoren? In deelvraag 5 heeft u kunnen lezen hoe een normale straalmotor in elkaar zit. Een nucleaire straalmotor werkt volgens hetzelfde principe: aan de voorkant wordt lucht de straalmotor ingeleid, de reactor verhit de lucht in extreem hoog tempo, de lucht zet uit en wordt onder hoge druk aan de achterkant van de straalmotor naar buiten gelaten waardoor het vliegtuig een voorwaartse kracht ondervind. Er zijn gedurende het NEPA Project twee verschillende concepten bedacht voor nucleaire straalmotoren: de Direct Cycle Propulsion System (DCPS*) en de Indirect Cycle Propulsion System (ICPS**). Direct Cycle Propulsion System Dit concept, ontwikkeld door General Electric Co., is het meest simpel en licht van de twee. Bij de DCPS komt de lucht aan de voorkant van de straalmotor naar binnen. Die lucht wordt vervolgens via buizen de reactor zelf ingeleid waar de lucht verhit wordt en daarbij uitzet. voor de reactor zelf wordt Uranium gebruikt. Via andere buizen verlaat de verhitte lucht de reactor vervolgens weer en wordt aan de achterkant van de straalmotor naar buiten gelaten door een versmalde opening. Door de uitgezette lucht en de versmalde opening, is de druk daar zo hoog dat het vliegtuig erdoor voort gestuwd wordt. Het grote nadeel van dit concept is dat er lucht direct vanuit de reactor de motor verlaat. Door deze lucht kan de reactor van binnen langzaam een beetje gaan eroderen waardoor radioactief materiaal erg makkelijk vanuit het vliegtuig in het milieu terecht kan komen. Indirect Cycle Propulsion System. De ICPS, ontwikkeld door de Pratt & Whitney Aircraft Divisie van United Aircraft Corporation, is een veel complexer en zwaarder concept dan de DCPS, maar heeft als voordeel dat de lucht niet direct in aanraking komt met de kernreactor, waardoor radioactief materiaal de straalmotor aan de achterkant niet kan verlaten en netjes in de reactor blijft. Dit kan door de hitte indirect over te dragen aan de lucht via een warmtegeleidend medium. Dit ziet er als volgt uit: de lucht komt aan de voorkant van de straalmotor naar binnen en wordt door een buis aan de achterkant de motor uit gelaten. Het midden van de buis loopt door een vat gevuld met een materiaal dat warmte zo veel mogelijk geleid en verhit wordt door de kernreactor. Hierdoor wordt de hitte van de reactor via het warmtegeleidend materiaal overgebracht aan de nog koude lucht in de buis van de straalmotor. Ook bij dit principe wordt de lucht weer extreem snel verhit en zet de lucht uit waarna het door een versmalde opening de straalmotor weer verlaat en het vliegtuig voort stuwt. Het grote nadeel is dat het vat dat de warmte moet overbrengen aan de lucht via de warmtegeleidende stof ontzettend veel weegt. Bovendien is er bij de ICPS tweederde keer extra de massa aan lood nodig ter bescherming. Hierdoor zou het vliegtuig misschien niet in de lucht kunnen blijven of zelfs van de grond kunnen komen. Verder was er nog een groot probleem met de ICPS: er was nog geen vloeistof gevonden die dienst kon doen als warmtegeleidend materiaal om de warmte van de reactor over te brengen aan de lucht in de straalmotor. Het leek erop dat een oplossing van uranium trioxide in hydroxide (UO3 (aq) ) een geschikte vloeistof zou zijn, maar het bleek dat de hydroxide de reactor van binnen zou aantasten vanwege de hoge temperaturen in de reactor. Het uraniumzout UO3 bleek wel een prima idee te zijn, dus heeft men daarop verder gewerkt. Uiteindelijk kwamen de wetenschappers in ORNL op een mengeling van Fluoride en de uranium trioxide. Dit bleek goed te werken, maar het probleem was dat dit niet geschikt is als moderator (dit is meestal een vloeistof, maar soms een materiaal in een andere staat, die de vrije neutronen vertraagt om de kettingreactie niet te snel te laten verlopen). Omdat het mengen van warmtegeleidend materiaal en een vloeibare moderator niet genoeg werkt omdat de hittegeleiding lager wordt en de modererende werking ook, is er besloten een moderator in vaste vorm rondom de kern van de reactor te plaatsen. Als moderator is er gekozen voor Beryllium oxide. *& **: DCPS en ICPS zijn geen officiële afkortingen. Deze hebben wij voor het overzicht en voor het gemak zelf verzonnen.


DCPS

ICPS

Hoe zorgen we ervoor dat het vliegtuig van de grond kan komen en in de lucht kan blijven met het gewicht van de kernreactor? Uit het onderzoek bleek dat het prima mogelijk was om een reactor de lucht in te krijgen, maar dan moest wel alles zo licht mogelijk zijn. Er moest zo weinig mogelijk lood gebruikt worden en de nucleaire straalmotoren moesten zo licht zijn als maar kan. Om deze reden was het gebruik van de DCPS de beste optie. Deze is namelijk vele malen lichter dan de ICPS aangezien er in de DCPS geen stof nodig is tussen de reactor en de straalmotor om de hitte over te brengen. Er hoeft immers geen hitte overgebracht te worden bij deze soort nucleaire straalmotoren omdat de lucht in de reactor zelf wordt verhit. Ook is er bij de DCPS veel minder lood nodig dan bij de ICPS. Verder kwam het idee om niet heel veel lood rond de piloten te plaatsen , maar om het lood te verdelen door het vliegtuig. Zo zou er lood rond de reactor moeten komen en lood rond de cockpit, maar in dunnere lagen. Deze methode zorgt ervoor dat er uiteindelijk minder lood nodig is, maar alsnog is het totale gewicht van het lood te groot. Ook bleek het mogelijk te zijn om de reactor een klein beetje te verkleinen, maar dit zou betekenen dat er meer uranium of plutonium nodig was om de uiteindelijke toevoer van hitte gelijk te houden aan die van het originele ontwerp. Hoe zorgen we ervoor dat er niet te veel radioactiviteit in het milieu komt? Zoals eerder beschreven is het voor dit probleem het best om de ICPS te gebruiken voor de aandrijving voor het nucleaire vliegtuig. Bij de ICPS komt de lucht die verhit wordt om het vliegtuig voort te stuwen namelijk niet in aanraking met de reactor zelf, dus spuwen de straalmotoren niet enorm veel radioactief materiaal het milieu in. Op deze manier worden mensen op de grond niet blootgesteld aan schadelijke radioactieve straling wanneer het nucleaire vliegtuig overvliegt.


Deelvraag 8: Waarom wordt er nog niet gevlogen op kernenergie? Er wordt op het moment niet gevlogen met kernenergie om verschillende redenen, die zich uiteindelijk onder verdelen in politieke problemen, financiële problemen en technische problemen. Ondanks dat sommige problemen hedendaags verholpen kunnen worden, zorgen de andere twee factoren er weer voor dat het uiteindelijk niet kan. Financiële problemen: Het oorspronkelijke onderzoeksproject van de USA (het NEPA project) werd officieel afgesloten op 26 maart 1961, vlak nadat John F. Kennedy was gekozen als president. Hij vond dat het project na 15 jaar en ongeveer een miljard dollar gekost te hebben te weinig resultaten had opgeleverd en dat het niet waard is om er nog verder in te investeren. In die tijd bestond nucleaire wetenschap nog niet zo lang en koste het inderdaad veel geld om nieuwe dingen te ontdekken. Zeker de bouw van experimentele reactors koste veel geld. Aangezien de raketwetenschap al veel verder was bleek het efficiënter om kernwapens per raket naar de vijand te brengen. Tegenwoordig hebben we wel de mogelijkheid om het onderzoek verder te financieren en zijn de kosten aanzienlijk lager aangezien er al veel algemeen nucleair onderzoek is gedaan. Maar nu er internationale wetten zijn over nucleaire energie en zulke bedragen vaak alleen door de overheid kunnen worden opgebracht, brengt dit ons automatisch naar het volgende probleem: Politieke problemen: Toen het NEPA project oorspronkelijk begon stond de USA aan het begin aan de koude oorlog. Er was toen vraag naar vliegtuigen die zo lang mogelijk in de lucht konden blijven om zo constante dreiging uit te oefenen op de Sovjet Unie. Na de ontwikkeling van langeafstandsraketten is de vraag hiernaar verdwenen. Na de afloop van de koude oorlog is er geen oorlog geweest tussen twee supermachten. Ook is er door samenwerkingsverbanden tussen landen (VN, NAVO, EU etc.) een afkeur ontstaan naar kernwapens. Sinds de aanslagen van 11 september is de wetgeving rondom nucleair onderzoek flink verscherpt. Hierdoor is het moeilijk om een onderzoek te starten naar nucleaire luchtvaart. Het zou een doelwit kunnen worden van terroristische organisaties of erger: terroristische organisaties zouden van de onderzoeken leren. Ook is kernenergie zeer omstreden in de politiek. Het NEPA project werd in het geheim uitgevoerd door de regering van de U.S.A. en ondervond hierdoor geen regenstand van het volk. Tegenwoordig zijn veel mensen bang voor nucleair onderzoek en straling. Zeker na de rampen bij Tsjernobyl, Nagasaki, Hiroshima en Fukushima. Door deze angst die veel mensen (niet geheel terecht) hebben, is de kans op een Kamermeerderheid die er nodig is om onderzoek op te starten zeer klein. Het is tegenwoordig al niet meer verantwoord om mensen dicht bij een stralingsbron te laten vliegen en de meest omstreden vraag: ‘wat als het vliegtuig neerstort?’. Ook zullen verschillende milieuorganisaties hier tegen protesteren, omdat het volk te weinig kennis heeft over straling en omdat de gemiddelde mens vergeet dat nucleaire energie juist goed is voor het milieu en economie.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 41 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Technische problemen: Door het gebrek aan onderzoek is er nog geen vliegtuig ontwikkelt die ontworpen is om op kernenergie te vliegen. Vaak zijn hebben de vliegtuigen niet groot genoeg om voldoende lift te produceren om een werkende kernreactor + motoren te dragen. Daarnaast moet het vliegtuig ook nog eens worden uitgerust met een stralingsschild (van bijvoorbeeld lood) om de bemanning te beschermen. Hierdoor neemt het gewicht steeds meer toe. De toename van het gewicht zorgt ervoor dat het vliegtuig groter moet worden en dit zorgt er weer voor dat er een grotere en sterkere reactor in moet. Dit heeft tot gevolg dat het vliegtuig weer een groter stralingschild nodig heeft. Zo ontstaat er een vicieuze cirkel. Ook al worden er steeds betere reactoren ontworpen met een steeds hoger rendement, dan nog verschillen de functies van zo’n normale reactor en een potentiële vliegtuigreactor zo erg dat een bestaande reactor nooit aangepast zou kunnen worden om mee te vliegen. Verder is er te weinig onderzoek gedaan naar hele kleine reactoren omdat een grotere reactor juist zorgt voor meer elektriciteit bijvoorbeeld.


Deelvraag 9: wanneer er een vliegtuig overvliegt dat gammastraling uitzendt, is dat gevaarlijk voor mensen op de grond? Dit is de kortste beantwoording op een deelvraag in dit onderzoek. De reden hiervan is simpelweg omdat we dit ook uitrekenen in deelvraag 11 en de beantwoording op die deelvraag hebben we eerder geschreven dan de beantwoording op deze. Dit omdat we erg enthousiast werden toen we begonnen te realiseren dat het ‘ontwerpen’ van een nucleair vliegtuig daadwerkelijk kon gaan lukken. De berekeningen voor het antwoord dat we gevonden hebben staan dus bij de beantwoording van deelvraag 11. Deze deelvraag hebben we bewust wel behouden omdat we hier iets meer in kunnen gaan op de achtergronduitleg. We hebben in deelvraag 11 berekend dat het vliegtuig minimaal vliegen om de straling op de grond gelijk te houden aan 0,01 Sv/u.

meter hoog moet

Die radioactiviteit met een waarde van 0,01 Sv/u is waar iemand gedurende vijf jaar constant aan blootgesteld mag zijn. Een vliegtuig doet er echter niet vijf jaar over om over te vliegen. Toch hebben wij voor deze waarde gekozen omdat het vliegtuig, wanneer gebruikt door defensie, de opdracht kan krijgen laag over te vliegen en constant in een gebied rond te cirkelen ter observatie van een gebied. Wanneer het vliegtuig lager vliegt dan de ruim 68 meter, en dus de straling groter wordt, mag je minder lang aan de straling blootgesteld worden. om het allemaal dus zo veilig mogelijk te houden hebben wij voor 0,01 Sv/u gekozen als maximaal aanvaardbare straling op de grond.


Deelvraag 10: Wat zijn de veiligheidsvoorschriften bij het gebruik van kernenergie in de luchtvaart? Om hier antwoordt op te geven hebben we eerst gekeken naar de algemene veiligheidsvoorschriften die er nu worden gebruikt. Hiervoor kijken we puur naar het gebruik van een reactor in de lucht, dus afvalverwerking en natuurrampen horen hier niet bij. Uiteindelijk hebben we de volgende lijst kunnen samenstellen. Algemeen - Er moet een veilige afstand zijn tussen het vliegveld en de elke vorm van beschaving. Zo lopen burgers geen gevaar. - Het vliegtuig mag niet boven dichtbevolkte gebieden vliegen als hij lager vliegt dan de ruim aanvaardbare meter - Ander vliegverkeer moet wijken voor het nucleaire vliegtuig, zowel in hoogte als in koers. - De hangar moet compleet gebouwd worden uit lood en beton en moet hevige krachten en mogelijke aanvallen kunnen weerstaan. Medewerkers -Het dragen van een kritieke dosismeter en bijbehorende steriele kleding is verplicht en werkkleding mag het complex niet verlaten. -Bij een werkend vliegtuig moet al het grondpersoneel zich in de veiligheidsbunker bevinden. -Iedere maand is er verplichte controle bij een arts voor alle medewerkers. -Iedereen moet in bezit zijn van het diploma: “stralingshygiëne niv. 5” Beveiliging -Het vliegveld is verboden voor onbevoegden -Het maken van foto’s en andere opnamen is verboden -Geen enkel civiel voertuig mag het terrein op. -Om het uur worden de Sievert niveaus gecheckt in alle zones van het vliegveld, dit kan geautomatiseerd worden. -Beveiliging is bevoegd om onbevoegden op het terrein die niet meewerken (terroristen) ongevaarlijk te maken, desnoods met gebruik van dodelijk geweld. Piloten -aan het eind van iedere werkweek is er verplichte controle bij een arts, tenzij het vliegtuig op langdurige missie is. In dat geval moet een persoon dat schade blijkt te ondervinden aan straling onmiddellijk met een parachute het vliegtuig verlaten zodra het vliegtuig in de buurt van beschaving komt. Overig personeel zet het vliegtuig vervolgens direct op de grond bij het dichtstbijzijne vliegveld, dat volledig wordt stilgelegd en afgesloten. -er mag niet meer dan een week per 2 maanden gevlogen worden per bemanningsgroep, tenzij het vliegtuig op langdurige missie ter verdediging van het vaderland is (in het geval dat het een militair, nucleair aangedreven vliegtuig betreft). -Een piloot moet om het halfjaar opnieuw op vaardigheden worden getest in een simulator. Natuurlijk zijn er in het echt dan veel meer reglementen en protocollen nodig om veilige operatie te kunnen waarborgen, maar om veel onduidelijkheid te voorkomen hebben we de belangrijkste genomen en opgeschreven. Daarnaast moeten er ook protocollen worden geschreven bij het eventueel neerstorten van het vliegtuig. Daar hebben wij het volgende voor geschreven:

PWS – Nucleaire Luchtvaart 44 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Na het ontvangst van een kritieke “mayday’ moet het mogelijke chrashgebied worden ontruimd. In de reactor zullen de regelstaven vanzelf zich om de brandstofstaven laten zakken. Hierdoor wordt de kans op een meltdown na de crash aanzienlijk verkleind. Mocht het vliegtuig in zijn geheel een succesvolle noodlanding kunnen maken, dan moet direct erna de grond onder de vliegroute worden gecontroleerd op gevaarlijke hoeveelheden straling. Direct na de landing moet het vliegtuig gekoeld worden. Mocht het vliegtuig compleet verwoest zijn, dan moet er eerst een drone met meetapparatuur naartoe worden gevlogen om de stralingswaarden te meten. Daarna zullen verschillende blusvliegtuigen ervoor zorgen dat het wrak voldoende gekoeld word om het gevaar voor een meltdown te voorkomen. Daarna moet het vliegtuig in loden containers worden afgevoerd en het rampgebied worden uitgegraven totdat er geen straling meer gemeten wordt. In beide situaties moet er zowel door de FAA (Federal Aviation Administration) en door het NRC (Nuclear Regulatory Commission) onderzoek worden gedaan waarbij de uitwisseling van gegevens cruciaal is. Het uiteindelijke rapport zal bekend maken of het programma nog kan blijven staan. Een mogelijk ongeluk betekend vrijwel het einde voor het programma, aangezien geen enkele politieke partij meer voor zal stemmen en de vergunningen ongeldig worden gemaakt. *Deze richtlijnen zijn opgesteld uit een combinatie van veiligheidsvoorschriften binnen de experimentele, militaire luchtvaart en informatie uit de bronnen ‘Review of the Manned Aircraft Nuclear Propulsion Program’ en ‘Reactor program of the Aircraft Nuclear Propulsion Program’.


Deelvraag 11: is de bouw van een werkend nucleair vliegtuig vandaag de dag mogelijk? Dit is verreweg de belangrijkste deelvraag van ons PWS en is ook de basis voor de uiteindelijke conclusie waarin we antwoord geven op de hoofdvraag. In de beantwoording van deze deelvraag proberen we te berekenen of het tegenwoordig mogelijk is een nucleair vliegtuig te bouwen aan de hand van gegevens die gevonden zijn tijdens het NEPA Project en gegevens die we zelf berekenen. Wij verwachten dat het tegenwoordig goed mogelijk is om een nucleair aangedreven vliegtuig te bouwen dat gebruik maakt van de Direct Cycle Propulsion System (van de Indirect Cycle Propulsion System, hebben we minder hoge verwachtingen), omdat er tegenwoordig veel lichtere materialen beschikbaar zijn dan in de tijd van het NEPA-Project. Ook weet men tegenwoordig veel meer af van aerodynamica dan toen, dus ook dat zal in ons voordeel werken. Maar omdat wij als twee scholieren met slechts een maand de tijd onmogelijk een heel vliegtuig kunnen ontwerpen zullen wij een geschikt bestaand vliegtuig moeten vinden als basis waarvan we vervolgens kunnen onderzoeken of we die door middel van een kernreactor zouden kunnen laten vliegen. We gebruiken bewust niet de NB-36 zoals de wetenschappers van het NEPA Project, want tegenwoordig zijn er nieuwe vliegtuigen ontwikkeld die veel groter zijn en ook veel meer kunnen dragen waardoor het makkelijker is om straling binnen het vliegtuig te houden. Er zijn echter een aantal essentiële eisen waaraan het vliegtuig dat we (op papier) willen ombouwen moet voldoen. Deze eisen zijn: Het vliegtuig moet minstens net zo groot zijn als de NB-36 (lengte = 45m tot 50m, hoogte = 10m tot 15m), zodat de reactor erin past. Het leeggewicht van het vliegtuig plus een extra 110.812,6615991 kg (het gewicht van de WS-125, minus het gewicht van het casco) moet kleiner zijn dan het maximale startgewicht (het maximale gewicht van het vliegtuig waarmee het kan starten en vliegen) van het vliegtuig. De reactor en de motoren gezamenlijk moeten net zoveel stuwkracht kunnen leveren als de oorspronkelijke straalmotoren van het vliegtuig. De reactor en de 6 motoren geven een stuwkracht van slechts zo’n 662.068,9 N. Met deze eisen zijn we opzoek gegaan naar een geschikt vliegtuig. Hierbij hebben we honderden soorten vliegtuigen vergeleken en er zo een aantal uit gefilterd die de juiste afmetingen hadden. Hieronder staat een tabel met een aantal op het eerste gezicht geschikte vliegtuigen. Het bovenste vliegtuig is de nooit gebouwde WS-125. Alle andere vliegtuigen moeten minstens net zo groot zijn als de WS-125, 110.812,6615991 kg ballast kunnen dragen en net zo weinig stuwkracht nodig hebben als de WS-125. naam

Lengte

Hoogte

Leeggewicht 77.580 kg 252.000 kg 175.000 kg

Max. Startgewicht 190.000 kg 590.000 kg 600.000 kg

Benodigde stuwkracht. 662.068,9 N 4x 360 kN 6x 230 kN

WS-125 Airbus A380 Antonov An225 Antonov An124 Lockheed C-5 Galaxy Iljoesjin II-76 MF

49,90 m 73,00 m 84 m

14,25 m 24,10 m 18,1 m

68,96 m

20,78 m

175.000 kg

405.000 kg

4x 230 kN

75,31 m

19,84 m

172.390 kg

381.000 kg

4x 193 kN

45,59 m

14,76 m

92.500 kg

195.000 kg

4x 171 kN


zoals u ziet zijn geen van deze vliegtuigen geschikt. Ze zijn allemaal groot genoeg om er een reactor met bescherming en de systemen die erbij komen in te bouwen en ook het maximale startgewicht van deze vliegtuigen is groter dan het gewicht van het karkas en de reactor bij elkaar. Het probleem is dat de benodigde stuwkracht vele malen hoger is dan de stuwkracht die de reactor met haar zes straalmotoren kan leveren. Dit betekend dat we verder op zoek moesten naar extreem lichte, maar grote vliegtuigen. Nu gaan licht en groot niet goed samen. Om deze reden zijn wij nu ook militaire vliegtuigen gaan vergelijken en het blijkt dat er momenteel slechts één vliegtuig bestaat op de wereld die voldoet aan de eisen: de Rockwell B-1 Lancer. Rockwell B-1 Lancer De Rockwell B-1 Lancer is een militair vliegtuig van de United States Air Force. De B-1 is een strategische bommenwerper waarvan de ontwikkeling begon in de jaren 60, maar wordt vandaag de dag nog steeds veel gebruikt en is zelfs één van de meest high-tech bommenwerpers te wereld. de B1 is ontwikkeld als een ultralicht supersonisch vliegtuig met een groot bereik. Dit maakt het voor ons geschikt om te gebruiken voor de basis van een nucleair vliegtuig. De B-1 heeft de volgende voor ons relevante specificaties: Lengte 44,5 m Hoogte 10,4 m Leeggewicht 87.100 kg Maximaal startgewicht 216,400 kg Benodigde stuwkracht 4x 136.920 N

Zoals u ziet is de Rockwell B-1 Lancer net iets kleiner dan de B-36, maar het scheelt zo weinig dat dit te verwaarlozen is. De reactor kan immers anders gevormd worden en veel onderdelen van een kernreactor zijn tegenwoordig veel compacter dan in de jaren 50. Wel is het hier zo dat de reactor met haar zes straalmotoren meer stuwkracht kunnen genereren dan de vier straalmotoren met afterburner van de B-1. Voor ons is de maximale stuwkracht van een vliegtuig namelijk de benodigde stuwkracht, aangezien het kan gebeuren dat het stuwkracht-gewichtsratio niet uitkomt, wanneer we de minimale stuwkracht zouden gebruiken. Op deze manier houden we het veilig. Voordat we berekenen of het vliegtuig kan vliegen (wij verwachten dus dat dit wel het geval is) willen wij eerst weten of het mogelijk is dat niemand, zowel de piloten als burgers op de grond, schade ondervindt aan de γ-straling van de kernreactor die we gebruiken. Een deel van de informatie op deze bladzijden vindt u ook terug in deelvraag 9, maar aangezien het ook belangrijk is voor de beantwoording van deze deelvraag, vermelden we het ook hier. We gebruiken dus de kernreactor waarmee de wetenschappers van het NEPA-Project zoveel mee geëxperimenteerd heeft.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 47 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Van deze reactor weten we dat de radioactiviteit op 50 ft gelijk is aan 20r/u wanneer de reactor op zijn volle vermogen werkt. 100 r is gelijk aan 1 Sv, dus op een afstand van 50 ft is de radioactiviteit in Sv/u gelijk aan 0,2. 50 ft is hetzelfde als 15,24 m. Nu is het verband tussen afstand en radioactiviteit, zoals we onderzocht hebben in het eerste practicum die we hebben uitgevoerd bij het Reactor Instituut Delft, omgekeerd kwadratisch. De formule was en kan omgebouwd worden naar . Hierbij is C de nog te vinden constante, R de radioactiviteit in Sv/u en S de afstand in m. met de gegevens die we hebben (R=0,2 Sv en S=15,24m) komen we uit op een constante met de waarde 46,45152. Toelichting: ( ). Bij een afstand van 1 meter is de radioactiviteit in Sv/u dus gelijk aan de constante 46,45152 (want R(1) = 46,45152 * 1^2). Wanneer we de kwadratenwet ( , die we gevonden hebben in delft, toepassen, komen we erachter hoe hoog het vliegtuig, nu nog zonder stralingsschild, minimaal moet vliegen om mensen op de grond geen schade door γ-straling te geven. wij berekenen hier alles in Sv/u, dus doen we dat hier ook, ondanks het feit dat een vliegtuig er geen uur over doet om over te vliegen. We doen dit alleen zo om verwarring te voorkomen en om te zien hoe ver je van het vliegtuig verwijderd mag zijn wanneer het stationair op de grond staat met een werkende reactor waarvan de controlestaven niet in gebruik zijn. In dat geval kan het namelijk wel voorkomen dat je je een uur lang in de omgeving van het vliegtuig bevindt (piloten bevinden zich vaak uren, of in dit geval maanden in het vliegtuig, maar die worden beschermd door een stralingsschild, die later in deze deelvraag behandeld wordt). Wij achten 0,01 Sv/u veilig genoeg, dus rekenen we hier mee. De formule ziet er dan zo uit: Oftewel:

m De hoogte in meters waarop het vliegtuig dus minimaal moet vliegen om het stralingsniveau op de grond veilig te houden is iets meer dan 68. Dit betekend ook dat je geen problemen zult ondervinden wanneer je lange tijd op die afstand van het vliegtuig verwijderd bent. Wanneer het vliegtuig gestationeerd op de grond staat zijn de regelstaven van de reactor omlaag. Hierdoor stopt de kettingreactie en komt er geen straling vrij. Als we ook lood om de reactor moeten plaatsen, wordt het vliegtuig te zwaar en is het niet langer in balans. Wel berekenen we hoeveel lood er nodig is om de bemanning in de cockpit te beschermen tegen de gammastraling en de vrije neutronen die de reactor uitzendt. Hierbij herhalen wij dat we 0,01 Sv/u veilig achten en het niet kunnen tolereren om meer γ-straling en neutronen de cockpit binnen te laten dringen.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 48 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Om dit te berekenen gebruiken wij de volgende formule:

Hierin bij geldt: I(x) in Sv/u = 0,01 (de toegestane hoeveelheid straling en neutronen in de cockpit) I(0) in Sv/u = hoeveelheid straling dat de cockpit bereikt na het toepassen van de omgekeerde kwadratenwet. d = halveringsdikte lood, bij de γ-straling na het toepassen van de omgekeerde kwadratenwet. x in m = de dikte van het lood Om verder te kunnen rekenen moeten we dus nog twee ‘onbekenden’ wegwerken. We onderzoeken de dikte van het lood, dus moeten we eerst weten hoeveel straling de cockpit bereikt door de omgekeerde kwadratenwet toe te passen. Daarna weten we ook de fotonenenergie. De afstand tussen de reactor en de achterwand van de cockpit is, 23,4 meter. Het ontwerp van het vliegtuig komt verderop in deze deelvraag terug. We weten de radioactiviteit in Sv/u op één meter afstand van de reactor, dus trekken we die meter daar nog vanaf. We zullen de omgekeerde kwadratenwet dus toepassen op een afstand van 22,4 meter. Volgens deze formule is de radioactiviteit die de cockpit bereikt dus gelijk aan ongeveer 0,092577168 Sv/u. Hierbij is de halveringsdikte van het lood gelijk aan ongeveer 3,923 µ/ρ Nu ziet de formule er als volgt uit:

(het is hierboven en onder niet duidelijk te zien, maar het gaat om Log(1/2) tot de macht )

0,224 m Uit onze berekeningen volgt dus dat het lood tussen de cockpit en de reactor minstens 0,224 meter dik moet zijn om de γ-straling plus de neutronen in de cockpit te reduceren tot een waarde van 0,01 Sv/u.


Het vliegtuig. Ter illustratie hebben wij een 3-dimensionaal ontwerp gemaakt van ons nucleair aangedreven vliegtuig. Zoals eerder vermeld, is de basis van ons nucleaire vliegtuig de Rockwell B-1 Lancer. We hebben met behulp van een ontwerpprogramma eerst een Rockwell B-1 Lancer ‘getekend’ zonder straalmotoren. De Lancer heeft namelijk slechts vier straalmotoren terwijl wij er zes (niet meer en niet minder) nodig hebben om voldoende stuwkracht te realiseren. In plaats van vier straalmotoren hebben we het vliegtuig dus zes straalmotoren gegeven. Dit ontwerp hebben we eerder in deze deelvraag gebruikt om de afstand tussen de reactor en de cockpit vast te stellen. Even tussendoor: de naam van het vliegtuig is N.A.R.P. Geoff (Geoff is de naam van een milieuvriendelijke auto, gebouwd door de presentatoren van Top Gear). De code op de staart staat natuurlijk voor Profielwerkstuk Coen en Kylian.


PWS – Nucleaire Luchtvaart 51 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Prestaties van de N.A.R.P. Geoff We weten dat de nucleaire straalmotoren meer dan genoeg stuwkracht leveren op het hele gewicht van het vliegtuig omhoog te krijgen. Het gewicht van de N.A.R.P. Geoff is namelijk 199.811,7 kg. Het maximale startgewicht van het vliegtuig is 216.400 kg. De 199.811,7 kg die het vliegtuig weegt is opgebouwd uit meerdere gegevens: Leeggewicht* = 79.120 kg Gewicht van de reactor*** = 21.953,8kg Gewicht van het loodschild = 71567,9 kg** (massa van het loodschild is 11,3 6,3334507, hierin is 11,3 de soortelijke massa van lood in kg/ en 6,3334507 de volume van het schild in . Het volume is 6,3334507 omdat de straal van de dwarsdoorsnede van het vliegtuig vlak achter de cockpit precies gelijk is aan 3 meter en de dikte, zoals wij berekend hebben een waarde heeft van 0,224 meter). Het gewicht van de straalmotoren*** = 27.170,18 kg

*leeggewicht is inclusief alle elektronische systemen, wanden, stoelen en de rest van de inrichting exclusief de reactor, de straalmotoren en de stralingsschilden. **Het lood hoeft zich niet allemaal vlak achter de cockpit te bevinden, voor de balans moet het gelijkmatig door het vliegtuig verspreid worden *** deze gegevens hebben we van het NEPA-Project overgenomen aangezien we hun kernreactor gebruiken. We kunnen voor dit vliegtuig onmogelijk de precieze topsnelheid of kruissnelheid berekenen. Hiervoor zullen namelijk metingen gedaan moeten worden, waarbij de liftcoëfficiënt wordt bepaald. Dit kan alleen met een echt vliegtuig en deze hebben wij niet. Wel kunnen we een schatting maken. De maximale stuwkracht die de zes nucleaire straalmotoren leveren is 662.068,9 N. De piloot van het vliegtuig kan deze stuwkracht natuurlijk veranderen en dus reduceren naar 547.680 N. dit is de maximale stuwkracht die de motoren van de Rockwell B-1 Lancer genereren. Bij deze stuwkracht heeft het vliegtuig, rekening gehouden met het maximale startgewicht, een maximale snelheid van mach 1,25 op 15.000 meter hoogte. Dit is gelijk aan 721 knopen of 1340 km/u. op een realistische hoogte, bijvoorbeeld een hoogte van ongeveer 68 meter (de hoogte waarop de Geoff qua straling niet gevaarlijk is voor het leven op zeeniveau), ligt deze snelheid slechts rond de mach 0,92. Dit is ongeveer 1130 km/u. Gezien de grotere stuwkracht zullen de maximale snelheden van de N.A.R.P. Geoff iets hoger liggen, maar dit kunnen we niet inschatten zonder metingen te doen. De reden dat het vliegtuig minder snel kan vliegen op lagere hoogte is dat de luchtdichtheid lager wordt naarmate je hoger vliegt. De luchtdichtheid bepaald grotendeels de luchtwrijving, dus op lagere hoogte remt dit bewegende voorwerpen meer af dan op grotere hoogte. Deze snelheden zijn overigens alleen van toepassing wanneer het windstil is. specificaties van de N.A.R.P. Geoff Lengte: 44,5 m Hoogte: 10,4 m Leeggewicht: 1.195.483,5 N (massa: 199.811,7 kg) Maximaal startgewicht: 2.122.159 N (massa: 216,400 kg) Stuwkracht: 662.068,9 N Maximale snelheid: 100 meter hoogte: mach 0,92 of 1.130 km/u 15.000 meter hoogte: mach 1,25 of 1.340 km/u Grootte bemanning: 5 (piloot, co-piloot, boordwerktuigkundige en twee nucleair technici). Bereik: onbekend, maar de Geoff kan elke locatie in de wereld bereiken en terugkeren (en dit vele malen zonder één keer te landen).

PWS – Nucleaire Luchtvaart 52 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Conclusie van de deelvraag: De vraag was of het vandaag de dag mogelijk is een nucleair aangedreven vliegtuig te bouwen. Volgens ons is het antwoord daarop ja. We kunnen natuurlijk niet echt zeggen dat we een nucleair aangedreven vliegtuig hebben ontworpen, de (fictieve) N.A.R.P. Geoff hebben we (op papier) slechts gecreëerd om de gegevens die we hebben verkregen door middel van eigen onderzoek en oudere onderzoeken aan elkaar te koppelen. Zonder vliegtuig hebben de gegevens immers een veel abstractere betekenis. De reden dat we niet kunnen spreken van een serieus ontwerp voor een nucleair vliegtuig is dat er nog enorm veel dingen zijn waar we geen rekening mee hebben gehouden, zoals elektrische systemen, besturing en het systeem waarmee de piloot de stuwkracht die de nucleaire straalmotoren leveren kan wijzigen. Ook zouden we, om te weten te komen of de Geoff daadwerkelijk vliegt, het vliegtuig moeten bouwen en metingen moeten verrichten. Wel kunnen we zeggen dat we, door het onderzoeken van de grote lijnen en basiselementen, de bouw van een nucleair vliegtuig mogelijk achten in deze tijd. Daarvan is Geoff het niet levende bewijs. Er is echter één probleem dat we graag wel nog even willen uitlichten en dat is het probleem van het koelen van de reactor wanneer het vliegtuig net geland is. Al vliegend wordt de reactor gekoeld door de lucht die erdoorheen gaat voor de voortstuwing van het vliegtuig. Op de grond wordt de kettingreactie in de kernreactor stopgezet door de controlestaven. Maar tussen het landen (en daarmee het uitvallen van het koelsysteem) en het moment waarop de reactor koel genoeg is, moet de reactor flink gekoeld worden om een ‘meltdown’ te voorkomen. Hiervoor hebben wij een ‘docking system’ ontworpen dat met een enorme kracht lucht door de straalmotoren (en dus ook de reactor) blaast. Simpelweg zijn het gewoon krachtige ventilatoren die een luchtstroom genereren met een snelheid die het vliegtuig ook zou kunnen behalen. Deze ventilatoren worden na het landen direct gekoppeld aan de motoren. Mocht de reactor tijdens het landen al te heet worden, dan kan dit opgelost worden door een extreem koud gas de reactor in te laten dat aan boord van het vliegtuig onder hoge druk bewaard wordt.


Deelvraag 12: Welke toepassingen kunnen wij nog meer bedenken voor het gebruik van kernenergie in de luchtvaart? Oorspronkelijk was er ten tijde van de Koude oorlog vraag naar een vliegtuig dat een groter bereik had dan conventionele vliegtuigen. Door de nieuwe vliegtuigen constant te laten vliegen kon de USA ten tijde van een aanval direct Moskou bombaren bijvoorbeeld. Maar sinds de komst van raketten waren bommenwerpers die een kernbom konden dragen overbodig. Zoals we uit deelvraag 11 te weten zijn gekomen is binnen civiele luchtvaart het gebruik van kernenergie niet mogelijk. Ten eerste omdat er in een nucleair vliegtuig geen ruimte is voor de passagiers en ten tweede omdat passagiersvliegtuigen op gewone vliegvelden moet kunnen landen. Daarnaast is het niet mogelijk om de veiligheid van de passagiers te garanderen. Ook zou er voor het beschermen van de passagiers tegen de straling veel meer lood nodig zijn dan voor het beschermen tegen straling van de bemanning alleen. Dit zou een vliegtuig zo zwaar maken, dat het nooit van de grond zou komen. Het vliegtuig zou wel kunnen worden gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek. Dat zich weer kan onderverdelen in twee subsecties: Geografie en het onderzoeken van de atmossfeer op grote hoogte. Geografie: Vandaag de dag wordt de aarde onderzocht door satellieten. Deze brengen helaas hun beperkingen met zich mee. Ze zijn namelijk kostbaar om te gebruiken en moeilijk te onderhouden. Een nucleair vliegtuig kan net zolang de lucht blijven als een satelliet, maar is makkelijker in onderhoud. Daarnaast kan je een nucleair vliegtuig per vlucht met andere meet instrumenten uitrusten en deze instrumenten per onderzoek wijzigen. Bij een satelliet kan dat niet. Atmosfeeronderzoek: Hierbij worden tegenwoordig normale vliegtuigen gebruikt, maar die hebben het nadeel dat langdurende onderzoeken niet kunnen. Een nucleair vliegtuig kan ervoor zorgen dat langdurige onderzoeken naar de atmosfeer kunnen worden uitgevoerd. Uiteindelijk kan er altijd nog gedacht worden aan spionage. Tegenwoordig vliegt men met spionage drones. Dit zijn kleine onbemande vliegtuigjes die via een live data stream alle gegevens die het verzameld doorspeelt aan het hoofdkwartier. De vliegtuigjes vliegen vaak op batterijen en zijn vaak met een propeller aangedreven. Er zijn ook grotere drones actief die worden aangedreven door middel van een straalmotor. Het nadeel aan de drones is dat ze een zeer korte vliegtijd hebben, en daarom maar relatief kort kunnen worden ingezet. Ook hebben de drones met propelleraandrijving een lage snelheid. Hierdoor zijn het makkelijke doelwitten voor de vijand. Een nucleaire drone bied de uitkomst. Een onbemand nucleair spionage vliegtuig hoeft niet zo zwaar te zijn, aangezien er geen extra lood nodig is om bemanning te beschermen. Hierdoor kan het meer spionage apparatuur meenemen of kan het vliegtuig kleiner worden gemaakt. Het nucleaire vliegtuig kan uiteindelijk een bepaald gebeid vrij lang bespioneren, zonder dat er geland hoeft te worden voor extra brandstof of om de batterijen op te laden. Ook hier bied een nucleair vliegtuig enige voordelen ten opzichte van een spionage satelliet. Namelijk dat ze niet gebonden zijn aan de baan rond de aarde waar satellieten in vastzitten. Ook kunnen ze hier weer verschillende spionage-instrumenten makkelijk wisselen en valt er makkelijker onderhoud aan te plegen.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 54 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Als laatste is er nog een erg wrede mogelijkheid, waarover in het verleden al is gespeculeerd: een nucleair aangedreven kruisraket. Het principe is simpel: bouw een raket met een kernreactor erin en hang er een nucleaire straalmotor onder. De reactor met de straalmotor stuwen de raket voort en zorgen voor een immens hoge snelheid. Deze kruisraket kan dankzij de kernreactor ook nog eens elke willekeurige locatie in de wereld bereiken. Wanneer de kruisraket zijn doelwit raakt, veranderd de functie van de reactor van aandrijving tot kernbom.


Conclusie

PWS – Nucleaire Luchtvaart 56 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Hoofdvraag van het onderzoek: is het mogelijk dat vliegtuigen ooit zullen vliegen op kernenergie dat aan boord wordt opgewekt? Op deze vraag zijn meerdere antwoorden mogelijk, die door zowel politieke als technische factoren sterk van elkaar afwijken. Ook het nut van nucleaire luchtvaart zullen we in de conclusie behandelen. Technische factoren Technisch gezien is vliegen op kernenergie tegenwoordig goed mogelijk. Dit hebben we met het ontwerpen van de N.A.R.P. Geoff in grote lijnen aangetoond. De huidige stand van zaken op het gebied van technische innovatie qua nucleaire energie en luchtvaart, is op een niveau waarop we met zekerheid kunnen zeggen dat enig onderzoek naar het concept nucleaire luchtvaart de mogelijkheid zal bieden tot realisatie van het concept. Ook is het feit, zoals ook in de inleiding beschreven, dat fossiele brandstof met de dag schaarser en dus duurder wordt, om nog maar te zwijgen van de roep om minder uitstoot van gassen die bijdragen aan het versterkt broeikas effect, maakt nucleaire luchtvaart tot een prima potentiële oplossing. Toch verwachten we niet dat nucleaire luchtvaart in de toekomst tot stand zal komen. Dit vanwege politieke en maatschappelijke factoren. Politieke en maatschappelijke factoren Kernenergie is eigenlijk altijd een omstreden onderwerp geweest in het huidige politieke klimaat. Dit in verband met de angst voor straling en stralingsziekten. Ook de rampen in Chernobyl en Fukushima hebben geleid tot een, volgens ons, irrationele angst voor kernenergie onder het volk in het algemeen. Ook is de huidige internationale wetgeving op gebied van nucleaire energie en nucleair onderzoek zwaar verscherpt en zouden de ontwikkeling van een, tot nu toe, onbetrouwbaar vliegend, radioactief, projectiel in de weg staan. Daarnaast is de omvang van het project zo groot dat het door particulieren niet gerealiseerd kan worden en dus afhankelijk zal zijn van tegemoetkoming van de overheid. Deze overheid echter, zou daar enorm veel geld in moeten steken en hiertoe zal geen enkele overheid bereid zijn, om nog maar te zwijgen van het feit dat de overheid te veel invloed zou hebben op het project, zonder precies te weten waar ze mee te maken hebben en de feiten kennen. Praktisch nut Een andere reden dat we niet verwachten dat een nucleair vliegtuig ooit het luchtruim zal betreden, is dat een nucleair vliegtuig tegenwoordig bijna geen praktische toepassingen heeft. Ten eerste lijkt het onmogelijk te zijn een nucleair vliegtuig te creëren dat geschikt is voor passagiers- of vrachtvervoer. Ook voor militaire doeleinden zou een nucleair vliegtuig tegenwoordig niet meer noodzakelijk zijn. We beschikken tegenwoordig immers over spionagesatellieten en –drones. Ook voor het aanvallen van andere gebieden is een vliegtuig met een praktisch oneindig bereik niet langer nodig vanwege de komst van langeafstandsraketten die elke willekeurige locatie ter wereld kunnen bereiken. Samengevat: Technisch gezien lijkt vliegen op nucleaire energie mogelijk, maar te veel overige factoren staan dit in de weg. Zo eindigen we dit PWS met een mooi paradox: we hebben erg schone vorm van transport gevonden, maar deze vorm bied, doordat het te zwaar is, niet de mogelijkheid ook daadwerkelijk mensen of vrachten te transporteren.


Evaluatie


N

aar ons idee is dit project erg succesvol verlopen. Wij achten dit project bijzonder nuttig, aangezien we hier ontzettend veel van geleerd hebben. Al vaker hebben we relatief grote ‘onderzoeken’ moeten doen voor school en alles aan onderzoeksvaardigheden dat we daarmee geleerd hebben is door ons, naar onze mening, succesvol toegepast in dit profielwerkstuk. Meer dan ooit hebben we echt moeten leren plannen voor het doen van een onderzoek, dit hoefde niet bij elk schoolproject zo zorgvuldig te verlopen als bij dit PWS en meer dan ooit hebben we moeten omgaan met urenlang onderzoek doen naar slechts een gegeven waar het onderzoek van afhankelijk is. Ook hebben veel meer moeten samenwerken voor ‘slechts een huiswerkopdracht’ dan bij eerdere projecten en dat zat niet altijd mee, hoewel we kunnen zeggen dat de samenwerking wel goed is verlopen. Vanzelfsprekend verliep niet alles voor de wind. Tijdens het maken van het PWS vergaten we ons aan het eerder opgestelde werkplan te houden. We gingen gewoon van onderzoek naar onderzoek en van deelvraag naar deelvraag zonder eraan te denken dat we een tijdsschema hadden. Hierdoor zijn we met een aantal dingen te laat begonnen, zoals het doen van een interview, het schrijven van teksten als de bronvermelding, verantwoording en de evaluatie en het in elkaar zetten van het PWS. Daarnaast is één practicum lichtelijk mislukt. Zoals ook in de evaluatie van dat onderzoek beschreven, hebben wij daarvan opnieuw geleerd dat ja alles altijd meerdere malen moet checken voordat je met zekerheid mag zeggen dat iets klopt. Dit onderzoek zal uiteindelijk een goed leermoment blijken wanneer we volgend jaar onderzoek moeten doen op de HBO. Daar zullen we nu vaker denken aan wat we hier goed en fout deden. Hieronder een kleine samenvatting. Wat ging goed? Communicatie, beschrijven en onderzoeken van achtergrondinformatie, vooruit kijken in het onderzoek, samenwerken, terugkijken naar het onderzoek, vragen durven stellen, zelf verbanden onderzoeken i.p.v. overnemen uit boeken of van internet, alle tijd nuttig gebruiken en uitleg geven. Wat kan beter? Plannen, waarnemingen controleren en opnieuw vinden, zoeken naar betrouwbare bronnen op het internet (wij hebben bijna geen gegevens van internet gehaald omdat we onze papieren bronnen betrouwbaarder vonden, maar daardoor leer je niet omgaan met digitale bronnen) en realistisch kijken naar de omvang van het onderwerp van het onderzoek.

[de evaluatie gaat door op de volgende bladzijden]


Evaluatie [vervolg]. Terugblik op de onderzoeksvraag Toen we de uiteindelijke onderzoeksvraag optelden hadden we verwacht dat het erg interessant en uitdagend zou gaan worden, maar niet al te moeilijk. Interessant en uitdagend werd het wel, maar nu, achteraf, weten we dat het alles behalve makkelijk was. Hele dagen (zie logboek) hebben we wanhopig berekeningen uitgevoerd om die tientallen keren op andere manieren over te doen en nergens op uit te komen. Toen we eenmaal hadden bedacht dat we een nucleair vliegtuig zouden gaan ontwerpen, ging het niveau van het PWS drastisch omhoog. Alle informatie kwam daar bij elkaar, maar het heeft ons vele dagen gekost de N.A.R.P. Geoff op papier te laten ‘vliegen’. Van (zo dachten wij) een heel specifiek en ingezoomd onderwerp, belandden we vanzelf in een PWS waarbij we aan alle kanten informatie moesten aanslepen. Hier bedoelen we mee dat we dachten dat we het immense onderwerp ‘kernenergie’ drastisch hadden verkleind naar het veel specifiekere onderwerp ‘Nucleaire Luchtvaart’, maar het bleek dat ‘Nucleaire Luchtvaart’ als onderwerp veel omvangrijker en dus groter was dan ‘kernenergie’. Dit omdat we nu zowel van nucleaire energie als luchtvaart als nucleaire luchtvaart verstand moesten gaan krijgen in plaats van slechts ‘kernenergie’. Wel zijn we blij met onze onderwerpskeuze. Volgens ons mag het resultaat er dan ook zijn. Een fictief nucleair aangedreven vliegtuig, kennis van zowel straling als luchtvaart, inzicht in militaire en civiele belangen… om nog maar te zwijgen van alle vaardigheden en ervaringen die we hebben opgedaan. Terugblik op de aanpak Over de aanpak hebben we zowel goede- als slechte dingen te zeggen. Onze aanpak heeft geleid tot een mooi eindresultaat en veel leermomenten, maar het heeft ons ook veel stress opgeleverd. Eigenlijk was het zo dat we, naarmate de tijd vorderde, steeds meer dingen moesten doen, totdat we avonden lang non-stop bezig waren met het PWS. Dit had tot gevolg dat we ander huiswerk hebben moeten verwaarlozen. Hieruit leren we dat we ons in het vervolg meer aan de planning moeten houden en zo de arbeid gelijkmatiger over de tijd moeten bestrijden. Terugblik op de samenwerking Lang niet altijd waren we met z’n tweeën in één ruimte aan het werk voor dit verslag, maar dat zou dan ook onrealistisch zijn. Bij samenwerken hoort ook het verdelen van taken. Nu is het niet zo dat we een duidelijke taakverdeling hadden (of hebben), we konden van tevoren per onderdeel nooit goed genoeg inschatten hoeveel werk iets zou kosten. Zo denk je, bij het uitzoeken van een vliegtuig om tot nucleair vliegtuig om te bouwen, dat je er zo een hebt uitgezocht, terwijl je uiteindelijk zo’n vijf uur lang vliegtuigen hebt moeten vergelijken. Toch is het niet zo dat ieder zijn eigen stukjes schreef en berekende waarna het verder zo het verslag in ging. Vaak hebben we samen berekeningen zitten maken voor een bepaald onderdeel en elke keer als we iets apart van elkaar geschreven hadden, lazen we dat van elkaar en gaven we er commentaar op ter verbetering van het PWS. Ook hielden we bijna altijd live contact via bijvoorbeeld facebook en e-mail terwijl we, ieder in zijn eigen huis, aan het werk waren voor het PWS. Zo hebben we elkaar steeds vragen kunnen stellen en elkaar kunnen helpen als er iets mis ging. Tussendoor hebben we natuurlijk wel, zoals u kunt zien in het logboek, uren écht bij elkaar samengewerkt en zijn we urenlang na schooltijd langer gebleven om samen dingen te regelen, elkaar te helpen en te discussiëren over teksten. Kortom: de samenwerking is soepel verlopen, ondanks de vele uren dat we hebben moeten samenwerken. Als wij elkaar niet zo goed hadden aangevuld als we nu gedaan hebben, waren we nooit tot dit eindresultaat gekomen. [de evaluatie gaat door op de volgende bladzijde.]

PWS – Nucleaire Luchtvaart 60 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Vooruitblik op eventueel vervolgonderzoek We hebben nu in grote lijnen een nucleair vliegtuig ontworpen, maar naarmate het onderzoek vorderde zagen we steeds meer in dat een nucleair aangedreven vliegtuig niet dé oplossing tegen de olieschaarste en het versterkt broeikaseffect is. Daarom zouden we graag de volgende stap willen zetten naar nucleaire ruimtevaart. We weten dat het een heel ander principe zal worden, in de ruimte is immers geen lucht om de straalmotoren door te laten stromen, maar het zou geweldig zijn een ruimtevliegtuig te ontwikkelen dat voortgestuwd wordt door middel van een kernreactor en zo verder kan komen dan welk bemand ruimteschip dan ook ooit is geweest. Het zou een grote uitdaging worden. we zouden ons moeten afvragen hoe kernenergie in de ruimte omgezet kan worden tot stuwkracht. Er zouden ook erg verschillende aspecten aan de orde komen, zoals zuurstoftransport voor extreem lange ruimtemissies. Ook zouden we kunnen kijken naar mogelijkheden die kernfusie eventueel te bieden heeft. Verder kunnen we ook twee van onze ideeën combineren om een nucleair aangedreven ruimtedrone te ontwikkelen. Daarmee is ook meteen het zuurstofprobleem opgelost. De drone zou extreem lange afstanden kunnen reizen en eventueel andere sterrenstelsels kunnen onderzoeken. Daarbij moeten we wel rekening houden met informatieoverdracht. De drone kan natuurlijk nooit haar informatie helemaal naar de aarde uitzenden en Informatie van de aarde (i.v.m. besturing) ontvangen, maar een keten van satellieten zou een oplossing kunnen zijn. Een andere mogelijkheid is dat de drone een bepaalde route ingesteld krijgt, zo hoeft de drone niet bestuurd te worden en kan er ook voor gekozen worden de drone automatisch terug te laten vliegen naar de aarde om hier de informatie uit de drone te halen. Kortom, nucleaire energie kan nog enorm veel andere toepassingen bieden behalve elektriciteitsopwekking en nucleair onderzoek alleen. Wij verwachten dat we nog aan de vooravond staan van een tijdperk waarin nucleaire energie algemeen aanvaart wordt als iets goeds en kernenergie vele nieuwe ontdekkingen teweeg zal brengen.


Bijlagen


Bijlage 1:Onderwerporiëntatie - verslag Inleiding Dit is het eerste gedeelte van ons profielwerkstuk: Onderwerp en Oriëntatie. Hierin kunt u zien hoe wij tot een onderwerp zijn gekomen en hoe we daarop verder bouwen tot het begin van een goed onderzoek en profielwerkstuk. We hebben hierbij natuurlijk gebruik gemaakt van het zakboek en het ELO bestand. We hebben eerst een aantal onderwerpen bedacht. Bij de vijf onderwerpen die ons het meest aanspraken hebben we een woordweb gemaakt die ons mogelijk nieuwe inzichten biedt of ten minste meer duidelijkheid schept over wat wij willen onderzoeken en hoe we dit gaan doen. Om vervolgens tot nieuwe, originele of uitdagende ideeën te komen, zullen we proberen de onderwerpen zoveel mogelijk te combineren. Als we uiteindelijk denken een goed idee te hebben, zullen we kritisch naar het idee en naar onszelf kijken of dit idee uit te voeren is door ons. De eerste ideeën voor eventuele onderwerpen Top Gear Area 51 SR 71 Blackbird De gevaren van het zelf stoken van Whiskey Kernenergie De Elektrische Gitaar Tijdreizen (en Relativiteit) Relativiteit (en tijdreizen) De vijf onderwerpen waar we ons verder in willen verdiepen zijn: de SR 71 Blackbird, whiskey, kernenergie, de elektrische gitaar en tijdreizen (en relativiteit). Hieronder volgen de woordewebben die we daarbij hebben gemaakt.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 63 Coen van Hasselt en Kylian de Looze De woordwebben:

De woordwebben

Varianten:

Koude Oorlog.

-SR 71B Area 51

spionage

CIA

-YF 12

Opvolger van U2 Oxcart project

Nieuwe Technieken.

RAM/SCRAM jet

A 12 (Codenaam)

Titanium vliegtuig Sr 71a blackbird Skunk works

Ruimtepakken

Lockheed

Overgenomen door NASA

Kelly Johnson

Records

Spaceshuttle missies Apollo missie


onderdelen

Elementen Tremolo

Versterker

Buizen Transistor

Geschiedenis

Elektrische Gitaar

Fender / Gibson

Elektrische Gitaristen Muziekstijlen

Slash

John Petrucci

David Gilmour


Gisten Financiële redenen processen volksgezondheid

Recept

Destillati e

Stookproces

bestanddelen

Redenen voor wetgeving

wetgeving

wetten

benodigdheden

Gevaren (zowel scheikundig als biologisch) van het illegaal stoken van Whiskey

explosiegevaar gevaren

Interne scheikundige processen

voorzorgsmaatregelen oorzake n

Relativiteitstheorieën van Albert Einstein

Gevolgen voor het lichaam

Nutrino’s relativitei t

fotonen

Toekomst

mogelijkheden Deeltjes

tijdreizen

Theorieën

Cern

experimente n

Tijd-dilatatie

snelheid

Eigen experiment

Ruimtevaart


Indeling en (ge)bouw(en) van een kerncentrale veiligheidsmaatregelen

Hoog rendement en weinig grondstoffen nodig

kerncentrales

Relatief veilig voordelen

Het proces van het opwekken van kernenergie Albert Einstein

Geen uitstoot van CO2 en andere schadelijke gassen

Motivatie voor wetenschappelijk onderzoek

kernsplijting

Manieren voor het opwekken van kernenergie

Dekmantel voor onderzoek naar nucleaire oorlogsvoering

Voor- en nadelen

Kernenergie Kernfusie (nog niet in gebruik)

nadelen

Gevaar voor kernrampen

Radioactief afval (Onderzoek naar) verwerking van radioactief afval

onderzoek

Laser-implosie reactors

Andere sectoren die te maken hebben met kernenergie

Tokamak-reactors Toekomst van kernenergie

scheepvaart Ruimtevaart

economie

PWS – Nucleaire Luchtvaart 67 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Combineren. We hebben lang nagedacht over het combineren van ideeën. Eventuele gecombineerde ideeën zijn: Kan het gebruik van kernenergie handig zijn in de (militaire) luchtvaart, oftewel: zijn vliegtuigen, uitgerust met een on-board kernreactor misschien mogelijk in de toekomst? (kernenergie, SR 17 Blackbird en eventueel Area 51) Albert Einstein (Tijdreizen en Kernenergie) De voordelen van relativiteit in de ruimte- of luchtvaart (tijdreizen en SR 17) Strepen. We zien vrij veel potentie in het eerste idee. De andere twee ideeën zijn te algemeen, of het onderzoek is ons té passief. Daarom strepen wij alles weg behalve idee één. Het beste onderwerp. Wij denken dus dat het beste onderwerp Kernenergie in de (militaire) luchtvaart is. Hieronder lichten wij dit toe. De verschillende kanten aan dit onderwerp: Dit onderwerp zou erg goed kunnen gaan werken omdat het geen heel algemeen onderwerp is, maar er uiteindelijk wel heel veel over te onderzoeken en vertellen valt. Zo kunnen wij de volgende punten gaan onderzoeken: Hoe wordt kernenergie precies opgewekt, wat zijn de voordelen van kernenergie en wat zijn de nadelen van kernenergie? Welke experimenten zijn er in het verleden over kernenergie in de (militaire) luchtvaart gedaan, wat waren hiervan de uitkomsten en waarom wordt er nog niet gevlogen op kernenergie? Zien wijzelf nog mogelijkheden voor het gebruik van kernenergie in de (militaire) luchtvaart? Dit zijn nog niet per se de deelvragen, maar het onderzoek dat we in grote lijnen willen uitvoeren voor dit onderwerp. Wat wij voor dit onderwerp moeten doen: Om onderzoek uit te voeren naar deze kwestie, zullen wij behalve het verslag en de presentatie in elkaar zetten een hoop moeten doen om onze informatie te vergaren. We zullen passief onderzoek moeten uitvoeren op internet en in boeken over kernenergie en radioactiviteit. We zullen informatie moeten opzoeken over luchtvaart en experimentele militaire vliegtuigen van verbonden als de Verenigde Staten (Area 51), de NAVO en andere organisaties die veel belang hebben met experimenteren in de luchtvaart (zoals ook NASA en de ESA). We zullen informatie over kernenergie moeten aanvragen bij de kerncentrale in Borssele. Eventueel kunnen we hier ook iemand interviewen of een rondleiding krijgen. We zullen informatie moeten zoeken over eerdere experimenten over kernenergie als aandrijving voor vliegtuigen. Hierbij moeten we letten op de uitvoering, de uitkomsten en de conclusies van deze experimenten. We zullen zelf moeten gaan brainstormen over eventuele toepassingen die kernenergie kan hebben in de luchtvaart. We zullen moeten uitzoeken of alle obstakels te doorbreken zijn en of we een systeem kunnen bedenken dat eventueel zou kunnen werken. Hiervan willen we vervolgens een maquette van maken.


We kunnen dit aan. Dit onderwerp is geen makkelijke. We verwachten niet dat dit profielwerkstuk een doorbraak zal betekenen voor dit onderwerp, maar dat is niet erg, want de conclusie kan ook negatief zijn. We weten allebei veel van techniek, experimentele luchtvaart en kernenergie af. Ook hebben wij veel verstand van de maatschappelijke kritiek en belangen van dit soort techniek. We zijn allebei goed op de hoogte van de gang van zaken bij bijvoorbeeld de Verenigde Naties en wij hebben veel inzicht in militaire belangen. Daarnaast zijn we allebei goed in het doen van onderzoek en het verkrijgen van betrouwbare informatie, zijn we goed in het maken van verslagen en kunnen wij, dit weten we uit ervaring, uitstekend samenwerken. Onze interesse in het onderwerp en de onderzoeksvaardigheden waarover wij beschikken zouden moeten leiden tot een goed onderzoek. We kunnen alle informatie vinden. Over dit onderwerp is voldoende informatie van betrouwbare bronnen te vinden. Wij halen onze informatie het liefst van bronnen die internationaal veel aanzien hebben zoals de Nuclear Energy Agency. Feitelijke informatie over kernenergie is gewoon niet moeilijk te vinden. Over de experimenten op luchtvaart in combinatie met kernenergie is ook veel vastgelegd. We hebben al een paar objectieve bronnen gevonden hierover, maar deze vermelden we later als we zeker weten dat we met die bronnen verder kunnen.


Bijlage 2: Hoofd- en deelvragen verslag. Inleiding Hoofd- en deelvragen Hier volg onze oriëntatie op de hoofd- en deelvragen. In dit gedeelte van het verslag moeten wij volgens de methode eerst een hoofdvraag opstellen, om vervolgens de bij de belangrijkste begrippen uit de hoofdvraag woordwebben te maken. De deelvragen moeten voortkomen uit de begrippen die om het woord in het woordweb komen te staan. terwijl we hiermee bezig waren bleek echter dat we onszelf ook deelvragen moesten stellen die niet bij één van de woorden uit de hoofdvraag pasten, maar bij de gehele hoofdvraag. Hierdoor hebben we ook deelvragen bedacht die niet voorkomen uit een woordweb, maar wel cruciaal zijn voor de beantwoording van onze hoofdvraag. Voor het begrip kernenergie hadden we al een woordweb, maar we besloten er een te maken die specifieker was voor de hoofdvraag, aangezien ons eerdere woordweb over kernenergie te groot was om overal deelvragen bij te maken. Hoofdvraag Is het mogelijk dat vliegtuigen ooit zullen vliegen op kernenergie dat aan boord wordt opgewekt? begrippen Vliegtuig/vliegen kernenergie Woordwebben bij de begrippen Werking v/e vliegtuig

vliegtuig

Bouw

voortstuwing aerodynamica Soorten luchtvaart Draagvermogen van de vleugels Commerciële luchtvaart

Propeller straalmotor

Militaire luchtvaart

turbinestraalmotor

RAM jet/SCRAM jet kernenergie

voordelen

Voor- en nadelen

Goedkope energieopwekking

nadelen

Geen uitstoot van ‘broeikasgassen’

Radioactieve straling

Soorten opwekking van kernenergie

Bereik voertuigen op kernenergie is niet afhankelijk van brandstofvoorziening

Afval niet te verwerken

Methode opwekken kernenergie kernsplijting

Aandrijving generator koelsystemen

Kernfusie (nog niet gerealiseerd)

PWS – Nucleaire Luchtvaart 70 Coen van Hasselt en Kylian de Looze deelvragen bij de begrippen: kernenergie: -welke manieren om kernenergie op te wekken zijn er? -Hoe werkt een kerncentrale? -Wat zijn de voor- en nadelen van kernenergie? Luchtvaart: -hoe werkt een vliegtuig? -welke soorten voortstuwing bestaan er binnen de luchtvaart? Deelvragen bij de hoofdvraag in het algemeen: -welk onderzoek is er in het verleden gedaan naar nucleaire luchtvaart? -wat waren de uitkomsten van eerder onderzoek naar nucleaire luchtvaart? -waarom wordt er nog niet gevlogen op kernenergie? - hoe hoog moet een nucleair vliegtuig met de reactor van het NEPA-project vliegen zonder dat een mens op de grond schade ondervindt van de straling van het vliegtuig? -wat zijn de veiligheidsvoorschriften bij het gebruik van kernenergie in de luchtvaart? -is een nucleair vliegtuig vandaag de dag mogelijk? -Welke mogelijkheden kunnen wijzelf bedenken voor het gebruik van kernenergie in de luchtvaart? Hypothese Deze hypothese is van toepassing op de hoofdvraag (dus niet op elke deelvraag apart). We zullen bij elke deelvraag die we beantwoorden in het verslag ook eerst een hypothese maken, maar deze staat dus vóór de beantwoording van elke deelvraag. mogelijkheid Naar onze verwachting zal het gebruik maken van kernreactors in vliegtuigen voor de voortstuwing van het vliegtuig in de toekomst goed mogelijk zijn. De ambitie een nucleair aangedreven vliegtuig te bouwen heeft al tot veel onderzoek met goed uitziende resultaten geleid, helaas waren er nog te veel onopgeloste problemen. Gezien de huidige snelheid der technologische ontwikkeling, verwachten we dat deze problemen binnen een niet al te lange tijd opgelost zullen zijn. Of die verwachting ook werkelijkheid wordt is nog maar de vraag: het idee bestaat al meer dan 50 jaar, maar oplossingen voor de problemen rond kernenergie in de luchtvaart zijn zelfs in dit tijdperk, waarin niks onmogelijk lijkt, nog steeds niet gevonden. Praktisch nut We kunnen er dus vanuit gaan dat vliegen op kernenergie in de toekomst goed mogelijk is, maar is het ook nodig? Heeft het nut? Is het waarschijnlijk dat het ook daadwerkelijk gebruikt gaat worden? Hier hebben wij onze twijfels over. Momenteel is er een tal aan andere mogelijkheden om een vliegtuig voort te stuwen, dus het zou niet logisch zijn om over te springen op (het, binnen de luchtvaart, nog onveilige) kernenergie. Toch zal kernenergie overwogen kunnen worden wanneer kerosine en andere brandstoffen te schaars worden en alternatieve ‘groene’ brandstoffen niet ver genoeg ontwikkeld zijn om de volledige luchtvaart te kunnen voorzien van energie. Daarnaast zou kernenergie behalve in vliegtuigen misschien prima gebruikt kunnen worden in de onbemande luchtvaart (denk aan drones en kruisraketten).


Bijlage 3: het werkplan. Inleiding Werkplan In dit gedeelte van het verslag staat ons werkplan. Dit maken we om enige houvast te creëren voor het doen van dit onderzoek. Zo houden we overzicht, vergeten we niks en kunnen we systematisch te werk gaan. We beschrijven hieronder eerst wat we moeten doen, vervolgens hoe we dat precies willen gaan doen en als laatste vertellen we hoe we dit in een goed tijdschema plaatsen. 1.a Opzoeken van schriftelijke informatie Voor de volgende onderwerpen zullen wij door middel van internet, documentaires en documenten informatie moeten vergaren: 1. De onderzoeken die in het verleden uitgevoerd zijn over nucleaire luchtvaart 2. Het belang bij het ontwikkelen van een nucleair vliegtuig 3. De verschillende houdingen van verschillende mensen over dit onderwerp 4. De werking van een kernreactor 5. Theorie achter kernsplijting 6. De werking van een vliegtuig 7. De werking van een standaard straalmotor 2.a waar is deze informatie te vinden? 1. Hiervoor hebben wij twee officiële onderzoeksrapporten van het Ministerie van Defensie van de Verenigde Staten uit in handen gekregen. Één rapport beschrijft het gehele onderzoek naar nucleaire luchtvaart en het bouwen van een nucleair vliegtuig. Eerst beschrijven ze waarom ze het Nuclear Aircraft Propulsion Program zijn begonnen, vervolgens het uitvoeren van het onderzoek en natuurlijk de resultaten en conclusies van het onderzoek. Het rapport bevat ook ontwerpen van kernreactors die bedoelt zijn voor het vliegtuig, onderdelen van deze reactors en het vliegtuig zelf. Het andere rapport van het Ministerie van Defensie van de Verenigde staten dat wij hebben is vooral een evaluatie van het onderzoek. Beide documenten zijn lang bestempeld geweest als ‘SECRET’ maar zijn onlangs vrijgegeven. 2. Ook dit vinden we terug is de onderzoeksrapporten van de Verenigde Staten. 3. Dit is lastig te onderzoeken. We weten dat houdingen kunnen veranderen naarmate de kennis over een onderwerp toeneemt, dus een enquête zou niet voldoen. Daarom zijn we van plan om vooral naar de standpunten van voor- en tegenstanders van kernenergie zelf te kijken. Hieruit kunnen we afleiden hoe de meningen ongeveer verdeeld zouden zijn bij het toepassen van kernenergie in de luchtvaart. Helaas zullen we veel moeten aannemen en interpreteren zonder compleet duidelijk te kunnen zijn. Gelukkig is heeft dit niks te maken met de technische kant van het onderzoek (en dat is nu juist wat we onderzoeken) 4. Informatie over de werking van een kernreactor is niet moeilijk te vinden. In ons natuurkundeboek staat al heel veel. Verder kunnen we op vele verschillende sites van bijvoorbeeld universiteiten van over de hele wereld kijken hoe een kernreactor werkt. als laatste zijn er natuurlijk ook veel boeken over geschreven die we kunnen raadplegen. 5. Ook informatie over de werking van een vliegtuig is goed te vinden. We gaan hier boeken over lezen en zullen veel onderzoek doen op internet. Het liefst vinden we informatie op sites van universiteiten, aangezien die sites meestal erg betrouwbaar zijn. Verder hebben we een documentaire gevonden van Discovery Channel die ingaat op de werking van een nucleair vliegtuig, dit is handig dat toevallig ook ons onderwerp is. de documentaire heet ‘Planes that never flew: Nuclear Airplane’ 6. Deze informatie vinden we zeer waarschijnlijk bij de bronnen die we gebruiken bij punt 4 en 5.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 72 Coen van Hasselt en Kylian de Looze 1.b Interviews Behalve schriftelijke informatie zoeken over de theorie achter de kernreactor en kernsplijting zijn wij ook van plan iemand hierover te interviewen. Uiteraard moet deze persoon wel veel verstand van dit onderwerp hebben. We zijn van plan iemand te benaderen die les geeft of les krijgt over kernenergie op de TU delft. Ook willen we proberen in contact te komen met een medewerker bij de kerncentrale in Borssele. Mocht dit allemaal niet lukken, dan kunnen we altijd nog terug vallen op een natuurkunde leraar. Eventueel kunnen we als extra’tje ook nog de vader van Coen interviewen over luchtvaart. Deze werkt immers op schiphol. 2.b wie we gaan interviewen Wij zullen Prof. Dr. Konings van de TU delft interviewen voor dit onderzoek. Prof. Dr. Konings is hoogleraar in nucleaire technologie. Wij denken dat hij ons goed uit kan leggen hoe kernreactors werken en wat de theorie is achter kernsplijting. 1.c Uit te voeren experimenten Het is voor ons natuurlijk uitermate lastig om experimenten te doen op het gebied van kernenergie. We kunnen natuurlijk niet aan de slag met bijvoorbeeld verrijkt uranium. Experimenteren met nucleaire energie is gevaarlijk, moeilijk, duur en in principe verboden. Toch hebben we enige ideeën voor experimenten die ons meer duidelijkheid kunnen verschaffen over dit onderwerp en zelfs een essentiële deelvraag zou kunnen beantwoorden. We doen twee soorten proeven: proeven waarbij we gebruik maken van computersimulaties (zo kunnen we virtueel nucleair onderzoek nabootsen) en we willen echte experimenten doen.

Computersimulatie-experimenten (de onderzoeksbeschrijvingen vindt u bij de onderzoeksverslagen) Met de simulatie http://phet.colorado.edu/nl/simulation/nuclear-fission willen wij erachter komen hoe kernenergie tot stand komt, hoe een nucleaire kettingreactie in stand blijft en hoe een nucleaire reactie gestopt kan worden. Met de simulatie http://phet.colorado.edu/nl/simulation/alpha-decay willen we het verval van alfastraling onderzoeken Met de simulatie http://phet.colorado.edu/nl/simulation/beta-decay willen we het verval van bètastraling onderzoeken. Echt experiment We willen proberen erachter te komen wat het bereik is van gammastraling. We willen dit doen door gebruik te maken van een stralingsmeter en Co-60 als gammabron. Of we dit kunnen realiseren moeten we nog onderzoeken. Onze precieze aanpak voor dit experiment staat voor de resultaten van het experiment.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 73 Coen van Hasselt en Kylian de Looze 2.c de materialen die we zullen gebruiken voor de experimenten. Computersimulatie-experimenten Voor deze experimenten hebben we, aangezien we ze virtueel nabootsen, slechts een computer nodig. Verder zouden we pen en papier kunnen gebruiken, maar ook hier zijn natuurlijk virtuele alternatieven voor. Gamma experiment Hiervoor hebben we de volgende materialen nodig (dit kan gewijzigd worden): Co-60 Stralingmeter Pen en papier Stopwatch Meetlint 1.d De nodige hulp Voor bepaalde zaken kunnen wij zeker hulp gebruiken. Mochten we geen interview kunnen regelen met iemand die veel met kernenergie bezig is, dan hopen we dat een van de natuurkunde docenten ons nog mensen kunnen aanraden, of ons met mensen in contact kunnen brengen die wij kunnen interviewen. Daarnaast hebben we zeker weten hulp nodig van natuurkundedocenten en eventueel de TOA om het experiment waarbij we het bereik van gammastraling willen bepalen te kunnen uitvoeren. 2.d wie gaat ons helpen? We hebben helaas niet kunnen bevestigen of iemand binnen de bètasectie van het schoter ons wilt helpen met de onderzoeken, maar we vertrouwen erop dat we de nodige hulp kunnen krijgen bij bijvoorbeeld mr. Van Leeuwe als het gaat om contacten. Ook gaan we ervan uit dat we gebruik mogen maken van het bètakabinet om ons practicum uit te voeren, waarbij we hopelijk beroep kunnen doen op de TOA. 3. de presentatie van de resultaten We zullen een presentatie houden waarbij we gebruik maken van powerpoint om een samenvatting van het gehele verslag over te brengen. We vertellen eerst als inleiding waar ons onderzoek over ging en in het kort wat we ongeveer gedaan hebben. Vervolgens zullen we uitleg geven over kernenergie, het Aircraft Nucleair Propulsion Program en onze onderzoeken plus onderzoeksresultaten. Als laatste zullen we onze conclusie geven door antwoord te geven op onze deelvragen en de hoofdvraag. Het liefst maken we voor de presentatie een maquette van een nucleaire straalmotor om meer duidelijkheid te verschaffen.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 74 Coen van Hasselt en Kylian de Looze 4. Planning Hieronder vind u het tijdschema waar wij ons aan zullen proberen te houden. 16-11-2012

Week 47

Week 48

Week 49

Week 50 Week 51 Weken 52 en 01 Week 02 Week 03 Weken 04 en 05 Week 06 Belangrijke data: 30 november 20 december 25 januari 1 februari 7 februari en 1 maart 13 maart

Werkplan inleveren Afspraken maken voor het/de interview(s). de interviews kunnen tussen vandaag en 25 januari vallen, dit weten we nog niet. Verder maken we de vragen voor het interview. Verder zullen we de deelvragen met betrekking tot het Aircraft Nuclear Propulsion Program beantwoorden met behulp van de onderzoeksrapporten. We doen de virtuele experimenten, we maken daarbij onderzoeksverslagen en we kijken wat de mogelijkheden zijn voor het gammastraling-experiment Indien mogelijk voeren we in deze week het gammastraling-experiment uit. Verder proberen we alle deelvragen met betrekking tot ‘normale’ luchtvaart uitgebreid te beantwoorden. In deze week beantwoorden we alle deelvragen met betrekking tot kernenergie (de deelvragen over kernenergie die niks met luchtvaart te maken hebben) en de overige deelvragen. We verbeteren zo nodig de beantwoording op alle deelvragen en beginnen aan een conclusie. Conclusie afronden, inleiding schrijven en alle overige onderdelen (zoals bronvermelding, verantwoording e.t.c.) van het verslag maken en toevoegen. Presentatie samenstellen en maquette ontwerpen (en materialen inslaan) Maquette maken Gereserveerd voor onderdelen van het verslag die we eventueel niet af hebben vanwege vertraging. Gereserveerd voor het oefenen en maken van de presentatie (in het geval dat de presentatie niet af is gekomen vanwege vertraging)

Voortgang onderzoek deel 1 inleveren Voortgang onderzoek deel 2 inleveren Compleet verslag inleveren Compleet verslag inleveren met eventueel aanpassingen Presentatie voor werkstukgroep Presentatie voor ouders en naasten


Bijlage 4: Dankbetuiging. Wij willen graag de volgende mensen enorm bedanken voor alle goede hulp die ze ons geboden hebben. Zonder deze mensen waren wij nooit zover gekomen met dit profielwerkstuk. Jolanda de Beer-Kouwenberg en haar collega’s van het Reactor Instituut Delft van de TU-Delft voor hun fantastisch goede hulp en begeleiding bij onze practica, voor de indrukwekkende rondleiding door de reactorhal en voor de grote hoeveelheid aan uitleg die dag. Meneer Van Leeuwe, voor de begeleiding die we van hem kregen hoewel we niet in zijn profielwerkstukgroep zaten. Meneer Ates, voor de begeleiding, raad en beoordeling. J. W. Van Hasselt, voor de wijze raad en voor het meewerken met het interview. Iedereen die niet wilden geloven dat vliegen op kernenergie mogelijk zou kunnen zijn, aangezien hen ongelijk geven best wel leuk is en dus motiveert bij het maken van dit profielwerkstuk. Alle wetenschappers van het NEPA-Project (of ANP-Project) zonder wiens droom om een nucleaire bommenwerper te bouwen wij dit profielwerkstuk nooit hadden kunnen opstellen. En natuurlijk (tja, we komen er toch niet onder uit) onze ouders, voor de steun (zeker in de stressvollere tijden) en (heel belangrijk) jullie zorgzaamheid en goede opvoeding die jullie ons geven (daar mogen jullie best trots op zijn).


Bijlage 6: bronvermelding. Alle informatie die wij hebben gebruikt voor de totstandkoming van dit onderzoeksrapport - anders dan de informatie die we hebben verkregen door middel van eigen inzicht, eigen kennis, eigen berekeningen, overige vaardigheden, vocale informatieoverdracht van anderen en onderzoek in delft – hebben wij gehaald uit de volgende bronnen.

Boeken en rapporten Reactor Program of the Aircraft Nuclear Propulsion Project (1952) Deze bron is voornamelijk gebruikt voor de deelvragen over het NEPA-Project en als bron voor een aantal gegevens waarmee we gerekend hebben, aangezien we voor de Geoff, een reactor hebben gebruikt zoals beschreven staat in dit rapport. Deze reactor is daadwerkelijk echt gebouwd. Review of Manned Aircraft Nuclear Propulsion Program, Atomic Energy Commission and Department of Defence (1963) voor alle deelvragen over het NEPA-project die van politieke aard zijn hebben we deze bron gebruikt. Deze bron gaat in op de politieke en economische aspecten van het NEPA-Project. Newton Natuurkunde voor de Tweede Fase havo informatieboek 2 (2007) Deze bron hebben we in combinatie met een aantal websites, vooral gebruikt voor deelvragen over kernenergie zelf. BINAS HAVO VWO (2008) Voor het vinden van vaste gegevens over stoffen gebruikten we BINAS. Voor veel van onze berekeningen hebben we gegevens moeten opzoeken of omrekenen met behulp van BINAS. Websites http://www.schiphol.nl/SchipholGroup1/Onderneming/Statistieken/VerkeerVervoerCijfers1.htm deze Bron is gebruikt in de inleiding. http://www.world-nuclear.org/info/inf06.html Ook deze bron hebben we gebruikt voor het opstellen van de beantwoording van deelvragen op het gebied van kernenergie. Ook heeft deze bron ons informatie verschaft over veiligheidsmaatregelen die van toepassing zijn op een kernreactor die we later hebben gebruikt bij de veiligheidsvoorschriften van een nucleair vliegtuig. https://www.kvi.nl/~brandenburg/interaction_4.pdf Deze bron diende ook ter informatie over nucleaire energie en dan vooral nucleaire energie op microniveau. http://www.megazone.org/ANP/tech.shtml Ter verduidelijking en samenvatting van de NEPA-onderzoeksverslagen hebben we ook deze bron gelezen. We hebben uit deze bron geen informatie gebruikt, zonder deze te checken in een van de officiële onderzoeksrapporten. http://www.youtube.com/watch?v=xb7uZQ1_n4w Bij deze bron geldt hetzelfde als bij de vorige.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 77 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Afbeeldingen Van alle afbeeldingen in dit onderzoeksverslag, anders dan de afbeeldingen van de personen hieronder, hebben wij geen onderzoek gedaan op eventuele eigendomsrechten en zijn dus ook niet van ons. Jolanda de Beer-Kouwenberg: Bladzijde 12, rechter foto. Kylian de Looze: Bladzijde 12, linker foto Bladzijde 14 Bladzijde 17 Bladzijde 48: alle afbeeldingen Bladzijde 49: alle afbeeldingen Coen van Hasselt: Bladzijde 13 Het N.A.R.P. – logo is eigendom van Kylian de Looze en mag op geen enkele wijze gekopieerd worden voor welk doeleinde dan ook zonder toestemming. Voor meer informatie hierover: https://99designs.com/users/913946


Bijlage 7: het Logboek. Dinsdag 11 september. vandaag hebben we de introductie van het PWS bijgewoond. we zijn daarna meteen begonnen met het maken van kladversies van de vijf woordwebben. we zijn hier uiteindelijk beiden zo'n 1 uur en 30 minuten mee bezig geweest. De samenwerking ging uitstekend. We hadden snel genoeg potentiële onderwerpen bedacht, en maakten een goede taakverdeling voor het maken van de woordwebben. We maakten dus allebei individueel een paar woordwebben, maar natuurlijk hebben we elkaars werk wel bekeken en verbeterd waar dit nodig was. Tijd (voortgang) Coen: 1/80 uur Kylian: 1/80 uur vrijdag 21 september. omdat Kylian op de dinsdag niet aanwezig kon zijn, hebben we het PWS uur vrijwillig ingehaald bij mr. Van Leeuwe. Hoewel we dit volgens mr. Phernambucq in principe best een lesje mochten overslaan, leek het ons verstandig om toch even die les in onze vrije tijd bij mr. Van Leeuwe te doen, aangezien we nog helemaal in de beginfase van het profielwerkstuk zitten. beiden zijn we een uur lang bezig geweest met het verbeteren van de woordwebben en het oriënteren op een onderwerp. Op de samenwerking valt niet veel aan te merken. Het werk dat we in deze fase van het onderzoek doen, neemt niet heel veel tijd in beslag zolang we logisch nadenken. Hierdoor lopen we tot nu toe goed op schema terwijl we alleen tijdens het profielwerkstuk uur werken aan het verslag. Tijd (voortgang) Coen: 2/80 uur Kylian: 2/80 uur Dinsdag 25 september. in de mediatheek zijn we vooral aan de slag gegaan met de ELO en het begrijpen hoe het hele proces van het PWS nu helemaal in elkaar steekt. ook hebben we de eerste onderdelen uitgetypt in het bestand. weer zijn we hier beiden een uur mee bezig geweest. Voordat we aan deze les begonnen hadden we ons onderwerp al bedacht. We zouden het gaan houden over kernenergie, aangezien we allebei iets met natuurkunde wilden doen en we beiden voorstanders zijn van kernenergie. Tijdens de les zijn we ons hier dus op gaan oriënteren. We moesten samen op één computer werken, dus de samenwerking was gedwongen erg hoog natuurlijk. Verder gaat de communicatie goed, aangezien we vooral in de lessen werken. Tijd (voortgang) Coen: 3/80 uur Kylian: 3/80 uur Vrijdag 28 September. Kylian heeft een half uur lang informatie toegevoegd aan het ELO bestand en heeft het begin van het logboek opgesteld. Dit omdat er vanwege een mentorgesprek toch een half uur gewacht moest worden. van tevoren hebben we afgesproken wat er ging gebeuren. Tijd (voortgang) Coen: 3/80 uur Kylian: 3,5/80 uur

PWS – Nucleaire Luchtvaart 79 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Zaterdag 29 September. We hebben verder gewerkt aan het oriëntatieverslag. Doordat we niet bij elkaar konden komen, hielden we contact via internet (social media en e-mail). Dit verliep zonder problemen. Nog steeds hadden we als onderwerp ‘kernenergie’, maar we moesten de stappen van het ELO bestand nog volgen. Oftewel, wij gingen onze oriëntatie in, terwijl we eigenlijk al wisten wat we wilden gaan doen (we dachten dus, dat we aan dat hele bestand toch niks hadden, maar we wilden wel de stappen volgen voor de punten). Toen we eenmaal bij het punt ‘onderwerpen combineren’ kwamen, begonnen we opeens na te denken over ons onderwerp. We vroegen ons af of ‘kernenergie’ wel zo’n goed onderwerp is. er is namelijk weinig actief onderzoek naar te doen. daarnaast vonden we het onderwerp niet uitdagend. We hadden ook nog onderwerpen als Area 51 en de SR 71. Dit viel allemaal onder speciale (of experimentele) luchtvaart. Al snel bedachten we dat we dit goed konden combineren naar een onderwerp waar we beiden nog niks vanaf wisten: Nucleaire Luchtvaart. We begonnen dus opnieuw en met niks. We wisten niet of er wel zoiets bestond/heeft bestaan als nucleaire luchtvaart, maar het was een onderzoek waard. Al snel bleek het dat dit een prima onderwerp was om te onderzoeken. Vanaf hier zijn we weer verder gaan werken aan het oriëntatieverslag, en hebben we besproken of we het onderwerp aan kunnen. De samenwerking ging perfect. We communiceerden goed en hadden veel opbouwende kritiek op elkaar. We zijn hier beiden ongeveer twee uur mee bezig geweest. Tijd (voortgang) Coen: 5/80 uur Kylian: 5,5/80 uur Dinsdag 2 Oktober. We hebben vandaag een uur lang laatste aanpassingen gemaakt aan het oriëntatieverslag en het logboek. Verder zijn we alvast betrouwbare bronnen gaan zoeken. Al snel kwamen we uit op twee geweldige bronnen. We wisten dat er naar dit onderwerp veel onderzoek is gedaan door de luchtmacht van de Verenigde Staten in de jaren ’40, ’50 en ‘60. Wat we eerst vonden was het officiële rapport van dit onderzoek. Dit rapport is vrijgegeven door het ministerie van defensie van de Verenigde Staten. Hierin staat het volledige onderzoek, plus hypotheses, uitkomsten en ontwerpen. Daarna vonden we nog een rapport van het ministerie van defensie van de Verenigde Staten, waarin de evaluatie staat. Beiden documenten waren eerst afgestempeld als SECRET, maar zijn uiteindelijk openbaar gemaakt. Nog steeds hebben we geen klagen over onze manier van samenwerken. We blijken elkaar prima aan te vullen en doen allebei ongeveer evenveel werk. we hebben weer een uur gewerkt. Tijd (voortgang) Coen: 6/80 uur Kylian 6,5/80 uur Vrijdag 5 Oktober We hebben vandaag alles nog even doorgelezen en het oriëntatieverslag opgestuurd. Dit tellen wij niet mee voor de 80 uur aangezien we slechts tien minuten bezig zijn geweest.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 80 Coen van Hasselt en Kylian de Looze dinsdag 9 Oktober We zijn begonnen aan het opstellen van de hoofd- en deelvragen. Eerst hebben we een hoofdvraag opgesteld, waarvan we vervolgens van de belangrijkste begrippen uit de hoofdvraag woordwebben hebben gemaakt. Ook hebben we ons nog een beetje ingelezen in de onderzoeksrapporten van de Verenigde Staten, die Coen heeft laten uitprinten. De les duurde een uur. Tijd (voortgang) Coen: 7/80 uur Kylian: 7,5/80 uur Dinsdag 16 Oktober We zijn verder gaan werken aan het Hoofd- en Deelvragen verslag. Met onze woordwebben hebben we deelvragen gemaakt. Verder hebben we het verslag helemaal op orde gemaakt met inleiding, layout enzovoorts. Doordat we in een discussie terecht kwamen over een deelvragen hebben we hier het hele uur mee vol gemaakt. Tijd (voortgang) Coen: 8/80 uur Kylian: 8,5/80 uur 30 Oktober We hebben weer laatste aanpassingen gemaakt in het hoofd- en deelvragen bestand, en proberen al zoveel mogelijk bruikbare informatie uit onze bronnen te documenteren. Verder hebben we geprobeerd om bestanden in het ELO bestand te zetten, maar dit wil nog steeds niet lukken. Kylian heeft zich bezig gehouden met het bestand, Coen met de bronnen. Tijd (voortgang) Coen: 9/80 uur Kylian 9,5/80 uur Dinsdag 6 November Wilden weer verder gaan aan het profielwerkstuk, maar werden uit de les gehaald door mevrouw van Vliet, omdat we dat uur ook Nederlands hadden. Dit heeft onze planning flink verstoord. Van mr. Van Leeuwe, mochten we net als zijn groep (ook omdat we voortaan tijdelijk bij mr. Van Leeuwe begeleid worden) de Hoofd- en Deelvragen 9 November inleveren. Vrijdag 9 November In de les bij mr. Van Leeuwe hebben we gewerkt aan verschillende onderdelen van het profielwerkstuk, zoals het logboek, de hoofd- en deelvragen en het werkplan. Het werkplan is niet afgekomen doordat we opeens dankzij mevrouw van Vliet een les achterlopen. We proberen dit zo snel mogelijk te maken en de achterstand in te halen. In de les zijn we een uur bezig geweest. Verder heeft Coen nog een half uurtje aan het logboek gewerkt en heeft een poging gedaan het werkplan af te maken, maar naar het werkplan moeten we nog kijken, deze is nog niet af. Tijd (voortgang) Coen: 10,5/80 uur Kylian: 10,5/80 uur

PWS – Nucleaire Luchtvaart 81 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Vrijdag 16 November Beiden zijn we drie uur lang bezig geweest om het werkplan goed samen te stellen. We hebben eerst samengewerkt aan het begin hiervan tijdens het Profielwerkstuk uur. Tijdens dat uur hebben we ook een taakverdeling gemaakt voor de middag. Uiteindelijk hebben we alles samengevoegd en gecorrigeerd via e-mail. Tijd (voortgang) Coen: 13,5/80 uur Kylian: 13,5/80 uur Zaterdag 17 November we hebben vandaag eerst een uur vooral gepraat over hoe we alles de komende week gaan aanpakken via internet. Daarbij hebben we ook besloten ons niet helemaal aan de planning te houden: in plaats van het beantwoorden van de deelvragen over het Aircraft Nuclear Propulsion Program, maken we de vragen over kernenergie. Dit omdat we het ANPP-onderzoeksrapport waarschijnlijk beter zullen begrijpen met iets meer voorkennis over nucleaire technieken. Daarna heeft coen bij de gevonden computersimulaties gekeken of er ook daadwerkelijk onderzoek mee te doen valt. Daar is hij zo’n twee uur mee bezig geweest. Tijd (voortgang) Coen: 16,5/80 uur Kylian: 14,5/80 uur Dinsdag 20 November. We zijn begonnen met het maken van ieder één deelvraag. Kylian deed ‘Welke manieren zijn er om kernenergie op te wekken?’ en Coen deed de deelvraag ‘hoe werkt een kerncentrale?’. Met het beantwoorden van de deelvragen zijn we naar schatting (in totaal over de dag verspreidt) beiden twee uur bezig geweest. De samenwerking was goed geregeld: we bleven een uurtje langer op school zitten om beide te beginnen aan allebei een andere deelvraag. Binnen een uur hadden we allebei een ruwe beantwoording waarbij we alles in grote lijnen hebben geformuleerd. Deze grote lijnen hebben we natuurlijk met elkaar besproken. Verder hebben we allebei apart, thuis, onze deelvragen aangepast, gewijzigd of geperfectioneerd. Na het maken van de deelvragen zijn we gaan uitzoeken wie we wilden interviewen, maar zijn nog niet op een antwoord uit gekomen. Tijd (voortgang) Coen: 19/80 uur Kylian: 17/80 uur Vrijdag 23 November. Coen is tijdens het begeleidingsuur bij meneer van leeuwe aan de slag gegaan met de deelvraag ‘wat zijn de voor- en nadelen van kernenergie?’, terwijl Kylian heeft gezocht naar een geschikt persoon voor een interview. Uiteindelijk kwam hij op de website van de TU-Delft waar we een e-mail naar Hoogleraar Rudy Konings hebben gestuurd met de vraag of we hem (via internet) konden interviewen over nucleaire energie. Kylian is die avond nog een uur bezig geweest met dingen als het logboek bijwerken en het samenstellen van een duidelijk digitaal archief waarin alle onderdelen van het PWS zullen komen. Ook is Kylian begonnen met het schrijven van een inleiding voor het profielwerkstuk. Dit alles kostte een uur. Aangezien we gezamenlijk werkten aan belangrijke zaken en Kylian thuis aan eerder praktische zeken, kunnen we stellen dat er weinig aan te merken valt op de samenwerking. Tijd (voortgang) Coen: 20/80 uur Kylian: 19/80 uur

PWS – Nucleaire Luchtvaart 82 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Maandag 26 November We zijn na schooltijd twee uur lang op school gebleven om te kijken of er practica zijn die we kunnen uitvoeren. We hebben vooral gekeken naar practica die je in het echt kan uitvoeren, dus niet met behulp van simulaties, maar dat is lastig. Op het gebied van luchtvaart valt er genoeg te experimenteren, maar we hebben geen practicum kunnen verzinnen dat relevant is voor het PWS. We hebben zelfs even gekeken of er een mogelijkheid is dat we een practicum op nucleair gebied uit kunnen voeren, maar werken met straling is te gevaarlijk. We vonden op internet wel een practicum, iets met het meten van gammastraling, maar zo’n experiment mogen we natuurlijk nergens uitvoeren. Samenwerking verliep soepel, maar lichtelijk geïrriteerd omdat we niks konden bedenken. Tijd (voortgang) Coen: 22/80 uur Kylian: 21/80 uur Dinsdag 27 November Wegens gebrek aan practica die we kunnen uitvoeren heeft Kylian nog een uur lang geprobeerd een onderzoeksvraag te bedenken bij een simulatie door met die simulatie te ‘spelen’, maar de simulaties zijn te algemeen en hebben voor het PWS geen betekenis, anders dan inzicht in nucleaire technieken te verschaffen. Ook heeft hij 10 minuten lang het logboek bijgewerkt, maar dit vermelden we niet in de voortgang van de tijd van het PWS. Aan het feit dat we tot nu toe allebei ongeveer evenveel tijd hebben besteed aan het PWS, is op te maken dat we allebei even veel doen en de samenwerking dus nog steeds soepel verloopt. Tijd (voortgang) Coen: 22/80 uur Kylian: 22/80 uur Vrijdag 30 november. in de les bij meneer van leeuwe hebben we vragen bedacht voor het interview. We waren niet al te serieus aan het werk die dag, dus heeft dat bijna een vol uur gekost. We zijn wel nog wat langer op school gebleven om aan de slag te gaan met de bronnen die we hadden. Tijd (voortgang) Coen: 23,5/80 uur Kylian: 23,5/80 uur Week 49 We hebben het logboek een tijdje niet meer bijgewerkt, dus weten niet meer precies op welke dagen we alles hebben gedaan. wel hebben we deze week alle deelvragen op het gebied van luchtvaart beantwoord. Dit heeft ons naar schatting allebei zo’n twee uur gekost. We deden dit niet gezamenlijk, maar hebben achteraf wel elkaars deelvragen nagekeken en bekritiseerd. Tijd (voortgang) Coen: 25/80 uur Kylian: 25/80 uur Week 50 In verband met de Tentamenweek hebben wij het PWS even stilgelegd. Alles wat we voor deze week gepland hebben, doen we in de kerstvakantie. We hebben om onduidelijke reden geen e-mail meer terug gekregen van de heer Konings. Ook hier maken we ons later wel zorgen om.

PWS – Nucleaire Luchtvaart 83 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Dinsdag 18 December. We zijn aan de slag gegaan met alle deelvragen over het NEPA-Project. Om dit goed te kunnen doen wilden we beiden eerst fatsoenlijk het NEPA-onderzoekrapport lezen. Verspreid over de hele week heeft Kylian dit 5 uur gekost en Coen 6 (coen is ook begonnen aan de andere bron, maar deze bron bleek nog irrelevant voor het onderzoek). Daarna hebben we de deelvragen beantwoord die nog eens 2 uur per persoon in beslag namen. Omdat de bronnen in het Engels geschreven en erg onduidelijk ingedeeld zijn (met Engels hebben we overigens geen moeite, maar wel als het kernfysica betreft) zijn we hier allemaal zo druk mee bezig geweest dat we verder niet aan het PWS gewerkt hebben. Ter verduidelijking hebben we ook een documentaire van ongeveer een uur gekeken over dit onderwerp. De documentaire was van Discovery Channel en heet ‘Planes that never flew: Nuclear Aircraft’. Tijd (voortgang) Coen: 34/80 uur Kylian: 33/80 uur Maandag 24 December. De feeststemming zit er redelijk in, maar er moet natuurlijk wel gewerkt worden. weer zijn, nu bijna wanhopig, aan de slag gegaan met het bedenken van eventuele practica. We hebben de deelvragen intussen gewijzigd en weten nu dat we uiteindelijk niet alleen willen weten of het in de toekomst mogelijk is om te vliegen op nucleaire energie, maar dat we ook daadwerkelijk een nucleair vliegtuig willen ontwerpen. Helaas hebben we bepaalde gegevens nodig waar we eerst onderzoek naar moeten doen. We besluiten dat we nog een keer moeten kijken naar de mogelijkheid van het doen van nucleaire practica, maar gaan hier nog niet mee aan de slag, het is immers bijna kerstavond. Tijd (voortgang) Coen: 35/80 uur Kylian: 35,5/80 uur Donderdag 27 December. Kylian is een uurtje bezig geweest met het aanpassen van de beantwoordingen van de deelvragen over het NEPA-Project die hij gemaakt heeft. Coen heeft intussen het logboek weer een beetje bijgewerkt. Tijd (voortgang) Coen: 35,5/80 uur Kylian: 36,5/80 uur Maandag 7 Januari Kylian heeft contact opgenomen met de TU-Delft om de mogelijkheden tot het doen van practica op nucleair gebied te onderzoeken. Al snel kregen we respons. Er wordt gekeken of wij in delft terecht kunnen. We zijn een uur lang na school achtergebleven om verder te werken aan de inleiding en andere teksten. Tijd (voortgang) Coen: 36,5/80 uur Kylian: 37,5/80 uur

PWS – Nucleaire Luchtvaart 84 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Donderdag 10 Januari Via internet hebben we overlegd over eventuele practica die we willen gaan uitvoeren. Dit kostte ons zeker zo’n twee uur, omdat we zeker wilden weten dat dit relevant zou gaan zijn aan het profielwerkstuk. We hebben bedacht dat we zowel het verband tussen afstand en radioactiviteit willen onderzoeken als het verband tussen de dikte van lood en radioactiviteit. Met de uitkomsten willen we proberen uit te rekenen hoe veilig we een nucleair vliegtuig kunnen maken. Het contact verloopt nog steeds soepel. We werken tot nu toe meer daadwerkelijk samen dan we in eerste instantie verwacht hadden te doen. Tijd (voortgang) Coen: 38,5/80 uur Kylian: 39,5/80 uur Dinsdag 15 Januari e Vandaag hebben we afgesproken dat we de 22 naar delft zullen komen om onze practica uit te voeren. We zullen dit doen bij het Reactor Instituut Delft. Zondag 20 Januari We hebben deze dag gewerkt aan de exacte plannen voor het onderzoek. Met deze plannen zullen we naar delft gaan om het onderzoek uit te voeren. We deden elk één practicumverslag. We hebben ook veel onderzoek gedaan naar eenheden die we waarschijnlijk zouden gaan gebruiken. We hebben niet alvast onderzocht welke verbanden we zullen vinden. Je leert immers meer door zelf te onderzoeken. We deden al het werk zelfstandig, maar wisselden het vervolgens wel met elkaar uit via de mail om het werk op elkaar af te stemmen. Tijd (voortgang) Coen: 41/80 uur Kylian: 42/80 uur Dinsdag 22 Januari Vandaag was de dag dat we eindelijk onderzoek hebben kunnen doen naar straling. We hebben ontzettend veel geleerd op het Reactor Instituut. De dag bestond uit twee onderdelen; het uitvoeren van de practica en een rondleiding door de reactorhal. In totaal zijn we zo’n 8,5 uur lang bezig geweest, waarvan ongeveer 4 uur bestond uit het bezoek aan het RID. In de trein op de heenweg hebben we op de laptop nog aanpassingen gemaakt aan de verslagen en zijn we in de bronnen al enkele gegevens gaan opzoeken die we, met behulp van de nog te vinden verbanden, zullen gebruiken om te onderzoeken of de bouw van een nucleair vliegtuig tegenwoordig mogelijk is. op de terugweg hebben we een deel van de waarnemingen verwerkt. Tijd (voortgang) Coen: 49,5/80 uur Kylian: 50,5/80 uur Woensdag 23 Januari Gezamenlijk hebben we bij Coen thuis de waarnemingen verder verwerkt en de verbanden onderzocht. Ook hebben we de conclusies geschreven en bijvoorbeeld de definitieve onderzoeksopstellingen op papier gezet. De samenwerking gaat nog steeds erg goed. we werken veel vaker dan verwacht echt samen, in plaats van dat we simpelweg taken verdelen. Tijd (voortgang) Coen: 52,5/80 uur Kylian: 53,5/80 uur

PWS – Nucleaire Luchtvaart 85 Coen van Hasselt en Kylian de Looze Vrijdag 25 Januari Nu begint de tijd echt te dringen, aangezien we nog zes dagen de tijd hebben. Desondanks zijn we het werk niet gaan afraffelen. We hebben de hele middag en avond lang berekeningen gemaakt met gegevens uit het NEPA-verslag en onze eigen meetresultaten. We hebben uitgevonden hoeveel straling de reactor uitzendt, maar we hebben nog niet kunnen berekenen hoeveel lood we nodig hebben om dit tegen te houden. Tijd (voortgang) Coen: 58/80 uur Kylian: 58,5/80 uur Zaterdag 26 Januari Dit is het begin van het weekend waarin echt alles bij elkaar komt. Een hele ochtend, apart van elkaar hebben we de bronnen doorgespit en berekeningen uitgevoerd. We kwamen echter nergens op uit. Kylian is daarom de hele middag en avond vliegtuigen gaan vergelijken om zo te kijken of er een vliegtuig bestaat dat geschikt is om uit te rusten met een kernreactor (zie deelvraag 11). Coen is intussen aan de slag gegaan met het Interview dat nog steeds gehouden moet worden en met het onderzoeken van formules die te maken hebben met luchtvaart. Uiteindelijk zijn we allebei de hele dag bezig geweest. Af en toe natuurlijk met pauzes, maar we hebben niks anders ondernomen en dat zal morgen niet anders zijn. Tijd (voortgang) Coen: 73/80 uur Kylian: 73,5/80 uur Zondag 27 Januari Gisteren, laat in de avond hebben we met heel veel zoekwerk eindelijk een geschikt vliegtuig gevonden. Kylian is vanochtend onmiddellijk een driedimensionaal ontwerp gaan maken van de N.A.R.P. Geoff (zo heet ons fictieve nucleaire vliegtuig). Met de afmetingen zijn we vervolgens gezamenlijk aan het werk gegaan met onderzoeken hoe alles zit met straling. Zo hebben we onderzocht hoe groot het loodschild moet zijn dat de vijfkoppige bemanning beschermd en hebben we onderzocht hoe hoog het vliegtuig minstens moet vliegen om geen schade te veroorzaken met de straling dat het uitzendt. Verder is Coen een protocol gaan opstellen voor het gebruik van nucleaire energie in de luchtvaart en zijn we gaan bedenken welke toepassingen nucleaire energie allemaal nog meer ‘in de lucht’ kan hebben. We hebben vandaag weer een hele dag niet stil gezeten. Van ’s ochtends 10 uur tot ’s avonds laat zijn we continu bezig geweest met het PWS om te zorgen dat het af komt. We beginnen ons te beseffen hoeveel hooi we op onze vorken genomen hebben. Tijd (voortgang) Coen: 87/80 uur Kylian: 87,5/80 uur Maandag 28 Januari We zijn de hele middag en avond aan de slag gegaan met het schrijven van de evaluatie, verantwoording, dankbetuiging en het logboek. Ook zijn we het volledige PWS in elkaar gaan zetten. Kylian heeft ook het N.A.R.P. logo ontworpen dat vooral een functie heeft als aankleding van de presentatie. Tijd (voortgang) Coen: 90/80 uur Kylian: 91/80 uur


Profielwerkstuk Nucleaire Luchtvaart

Recommend Documents