كُل شيء موجود حولك مُكون من أشياء صغيرة جدًا تسمى بالذرات. معظم الكتلة الموجودة في كل ذرة منهم تتركز في المركز (هذا المركز يُسمى بالنواة)، وباقي هذة الكتلة توجد في سحابة من الإلكترونات تحيط بالذرة. و تتكون النواة من دقائِق صغيرة تسمى بروتونات ونيوترونات.
- في ظل ظروف معينة ، نواة الذرة الكبيرة يمكن أن تنقسم إلى جزئين. في هذه العملية، تتحول كمية معينة من كتلة الذرة الكبيرة إلى طاقة خالصة تتبع قانون أينشتين والذي ينص على أن هذه الطاقة تساوي حاصل ضرب الكمية الصغيرة من الكتلة في مربع سرعة الضوء. في الفترة الزمنية ما بين (1930-1940م) إكتشف العلماء هذه الطاقة واعترفوا بـ كُمُونها كسلاح. وقد طَورت التكنولوجيا مشروع مانهاتان بنجاح مُستَخدِمة هذه الطاقة في سلسلة من التفاعلات لصنع المتفجرات النووية.
- مؤخرًا، بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، عَثر مصدر الطاقة المُكتشف حديثَا على مأوى في دفع النووية البحرية، مُزَودًا الغواصات بمحركات يمكن تشغيلها لأكثر من سنة دون إعادة تزويدها بالوقود. هذه التقنية سرعان ما انتقلت إلى القطاع العام، حيث تطورت محطات الطاقة التجارية وانتشرت لإنتاج الكهرباء.
- هناك اثنتين من العمليات النووية الأساسية يَنظُرا في إنتاج الطاقة. الإنشطار والإتحاد، فالإنشطار هو الإنقسام النشط للذرات الكبيرة مثل اليورانيوم والبلُوتُونيُوم إلى ذرتين أصغر. ولكي تنقسم الذرة يجب أن يتم اصطدامها بنيوترون وتنطلق العديد من النيوترونات حيث يمكنها تقسيم باقي الذرات المجاورة منتجة سلسلة من التفاعل النووي لتحرير الطاقة المختزنة؛ هذا التفاعل النووي هو الأول من الإثنين المُكتَشَفيْن. كل محطات الطاقة النووية التجارية تستخدم هذا التفاعل في عملياتها لتوليد الحرارة التي يتم تحويلها إلى كهرباء؛ أما الإتحاد فهو دمج ذرتين صغيرتين مثل الهيدروجين أو الهيليوم لإنتاج طاقة وذرات أثقل. هذه التفاعلات يمكنها تحرير طاقة أكثر من الطاقة الناتجة من الإنشطار دون إنتاج العديد من المنتجات الثانوية المشعة . تفاعلات الإتحاد تحدث في الشمس، عامَة بإستخدام الهيدروجين كوقود وإنتاج الهيليوم كفضلات. هذا التفاعل لم يتداول تجاريًا بعد وهو اهتمام لبحوث خطيرة في جميع أنحاء العالم، بسبب مميزاته الغير محدودة والخالية من التلوث وعدم الإنتشار.
- اليورانيوم هو العنصر الأكثر استخدامًا لإنتاج الطاقة النووية. وهذا لأن ذرات اليورانيوم تنقسم بسهولة نسبيًا، هو أيضًا عنصر شائع موجود في الصخور في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك النظير المحدد من اليورانيوم والذي يُستخدم في إنتاج الطاقة النووية ويُسمى U235 يُعد نادرًا، فهذا النظير يُمثل نسبة أقل من 1% من إجمالي اليورانيوم الموجود في العالم.
- وبالرغم من أن بعض اليورانيوم الذي تستخدمه الولايات المتحدة هو ملغوم فيها بالفعل، إلا أن معظمه يتم استيراده؛ تستورد الولايات المتحدة اليورانيوم من استراليا وكندا وكازاخستان وروسيا وأوزبكستان. وبمجرد استخراج اليورانيوم يجب أن يتم استخلاصه من باقي المعادن، ويجب أن تتم معالجته قبل الإستخدام.
- لأن الوقود النووي يمكن أن يُستخدم في صنع الأسلحة النووية بالإضافة إلى المفاعلات النووية، فالأمم التي هي جزءًا من معاهدة عدم الإنتشار النووي هي فقط المسموح لها بإستيراد اليورانيوم أو البلُوتُونيُوم. فالمعاهدة تدعم الإستخدام السلمي للوقود النووي بالإضافة إلى الحد من انتشار الأسلحة النووية.
- للطاقة النووية مشكلات منها: المخلفات النووية، عندما تنقسم الذرات لتنطلق الطاقة، الذرات الصغيرة المتبقية تتخلف في حالة إثارة، باعثة أجزاء نشطة يمكن أن تسبب دمار حيوي. بعض الذرات الأطول عمرًا لا تتحلل إلى الإستقرار لمئات السنين. يجب التحكم بمخلفات الطاقة النووية وإبقاؤها بعيدة عن البيئة قدر المستطاع .
- هناك كوارث درامية حدثت بالفعل في محطات الطاقة النووية، أشهر ثلاثة كوارث حدثت هي: تشيرنوبيل و(جزيرة الثلاث اميال – ( Three Mile Islandوفوكوشيما. بالنسبة إلى تشيرنوبيل حدثت بسبب عدم التحكم في انفجار البخار الذي أطلق كمية كبيرة من الإشعاع تسببت في قتل أكثر من 50 شخص، مما تطلب جلاء المئات والآلاف من الناس وتسبب في 4000 حالة إصابة بالسرطان. أما عن حادث جزيرة الثلاث اميال او Three Mile Island فكان بسبب انصهار جزئي لقلب المفاعل، حيث انخفضت مستويات سائل التبريد أسفل الوقود وسمحت لبعضه بالذوبان. لم يتأذى أحد ولم يُسَرب إلا القليل من الإشعاع ولكن تم غلق المحطة مما أدى إلى خسارة مالية كبيرة لأصحابها والعاملين فيها. أما عن حادث فوكوشيما فقد كان ناجمًا عن حادث تسونامي الضخم. هؤلاء الكوارث الثلاثة كانوا مخيفين للغاية وجعلوا الناس في عدم إرتياح للطاقة النووية.
- إحدى المشكلات أيضًا التي تواجه الطاقة النووية هي التكلفة، فمحطات الطاقة النووية أكبر حجما وأكثر تعقيدًا من أى محطات طاقة أخرى. وتُبنى العديد من أنظمة السلامة المُفرطة للحفاظ على المحطات لكي تعمل بأمان. هذا التعقيد يسبب تكلفة لمحطات الطاقة النووية أعلى بالمقارنة بمحطات الفحم.
- يستخدم المُفاعل قضبان اليورانيوم كوقود والحرارة الناتجة من الإنشطار النووي ايضَا، غاز ثاني أكسيد الكربون أو المياة يتم ضخهم خلال المفاعل ليتم تسخينهم، بعد ذلك يُسَخِّن الماء ليتحول إلى بخار، ومن ثم هذا البخار يقود التوربينات ثم تقود التوربينات المُوَلِّدات.
- تم اختيار غاز ثاني أكسيد الكربون لأنه يعمل كمُبَرَّد جيد جدا، ويُمكنه حمل كمية جيدة من الطاقة الحرارية، كما أنه يساعد على تقليل مخاطر الحرائق في المفاعل.
- جميع أنحاء العالم تشارك في تطوير الطاقة النووية. إليكم بعض الأمثلة:
- الصين: تخطط الحكومة الصينية لزيادة القدرة النووية المولدة من 30 جيجا وات إلى 58 جيجا وات بحلول عام 2020. حيث انتهت الصين من بناء واستأنفت تشغيل 20 مفاعلًا نوويًا جديدًا من عام 2002 إلى عام 2014.
- الهند: هدف الهند هو أن تملك 14.5 جيجا وات من القدرة النووية بحلول عام 2020. هذه المفاعلات تشمل مفاعلات المياة الخفيفة والثقيلة بالإضافة إلى المفاعلات السريعة.
- روسيا: تخطط روسيا لزيادة القدرة النووية لها لـ 30.5 جيجا وات بحلول عام 2020، وذلك باستخدام مفاعلات المياة الخفيفة ذات المستوى العالمي.
- الولايات المتحدة: هناك 5 مفاعلات تحت الإنشاء، 4 منهم بتصميم AP1000.
- إفريقيا: إلتزمت جنوب إفريقيا بتخطيط لمفاعلات نووية تقليدية كذلك.
المصادر:
إعداد: Amira Esmail
مراجعة : Esraa Adel
تصميم:
#الباحثون_المصريون
