ظهرت الطاقة النووية خلال القرن الماضي كأحد المصادر الأساسية للطاقة وذلك بجانب استخداماتها العسكرية، حيث تشير آخر التقارير في عام (2018) أنه يوجد (450) مفاعلًا نوويًا تمدُّ العالم بنحو (11%) من الكهرباء المستهلكة في العالم. فالطاقة النووية تعتبر أحد مصادر الطاقة المتجددة كما أنها لا تحتاج إلى كمية وقود كبيرة مثل محطات الوقود الحفري.(1) لكن بالرغم من وجود (50) دولة تعتمد على تطبيقات الطاقة النووية بصورة كبيرة إلا أن بعض منها قرر تفكيك مفاعلاتها النووية بسبب النفايات النووية الضارة وأشهر تلك الدول هي ألمانيا وسويسرا وإسبانيا.(2)
بدايات الطاقة النووية
طُور علم الإشعاع والانشطار النووي بين عامي (1895-1945)، وأغلب هذا حدث في السنوات الست الأخيرة من تلك السنوات، وتم اكتشاف اليورانيوم في عام (1789) بواسطة مارتن كلابروث (Martin Klaproth)، وهو كيميائي ألماني، وتم تسميته على اسم كوكب أورانوس.
وبعد ذلك قام العالم رونتجن (Rontgen) باكتشاف الإشعاع في عام (1895)، ثم في عام (1896)، وجد هنري بيكريل (Henri Becquerel) البيتشبلند (pitchblende)، وهو خام يحتوي على الراديوم واليورانيوم. وفي عام (1896) أطلق بيير (Pierre) وماري كوري (Marie Curie) على هذه الظاهرة النشاط الإشعاعي (radioactivity).
وبعد ذلك؛ وباسهامات علماء مثل نيلز بور (Niels Bohr) وزيادة فهمنا لتكوين الذرة واكتشاف النيوترونات والنظائر المشعة، في نهاية عام (1938) تم اكتشاف الانشطار الذري حيث تسبب في اهتزاز شديد أدى إلى انقسام النواة إلى جزئين غير متساويين تمامًا، وقُدّرت كمية الطاقة المنطلقة من هذا الانشطار بـ(200) مليون فولت إلكترون، وفي الفترة بين عام (1939-1945)؛ كان التركيز منصبًا بشكل أساسي على القنبلة الذرية، فمنذ عام (1945) تم الاهتمام بتسخير هذه الطاقة لتوليد الكهرباء(3).
مصدر الطاقة الكبيرة في النواة
تتكون الذرات من ثلاثة جسيمات: البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات، وتتواجد البروتونات والنيوترونات في النواة محاطة بالإلكترونات، وتحمل البروتونات شحنة كهربائية موجبة وتحمل الإلكترونات شحنة كهربائية سالبة، وولا تحتوي النيوترونات على شحنة كهربائية، وتوجد طاقة هائلة في الروابط التي تمسك النواة معًا، ويمكن إطلاق هذه الطاقة النووية عندما يتم كسر هذه الروابط من خلال الانشطار النووي.
في الانشطار النووي تنفصل الذرات التي تطلق الطاقة، وتستخدم جميع محطات الطاقة النووية ذرات اليورانيوم في الانشطار النووي، حيث يصطدم نيوترون بذرة اليورانيوم فتنقسم، مما يطلق كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة وإشعاع، وكما يتم إطلاق المزيد من النيوترونات عند انشطار ذرة اليورانيوم، وهذه النيوترونات تستمر في الاصطدام مع ذرات اليورانيوم الأخرى، وتكرر العملية نفسها مرارًا وتكرارًا، ويمكن أيضًا إطلاق الطاقة النووية من الاندماج النووي، حيث يتم الجمع بين الذرات وتشكيل ذرة أكبر، فالاندماج النووي هو مصدر الطاقة في الشمس والنجوم.
اليورانيوم هو الوقود الأكثر استخدامًا في المحطات النووية للانشطار النووي، حيث تستخدم محطات الطاقة النووية نوعًا معينًا من اليورانيوم، يُشار إليه باسم (U-235)، للحصول على الوقود لأن ذراته يمكن فصلها بسهولة، ويتم استخراج معظم خام اليورانيوم في غرب الولايات المتحدة (4).
استخدام الطاقة النووية في إنتاج الكهرباء
يُستخدم الفحم والغاز الطبيعي والنفط في محطات الطاقة التقليدية لتحويل الماء إلى بخار واستخدام هذا البخار في تدوير التوربينات التي تولد الكهرباء.
وتختلف المنشآت النووية فهي لا تقوم بإحراق الوقود الحفري لتوليد الطاقة حيث تعتمد على الطاقة المنبعثة من انشطار ذرات اليورانيوم، ونتيجة لذلك، لا تطلق محطات الطاقة النووية الكربون أو الملوثات مثل النيتروجين وأكاسيد الكبريت. ويوجد العديد من المفاعلات النووية التي تعمل حاليًا لكن يظل أشهرها هي مفاعلات الماء المغلي ومفاعلات الماء المضغوط.
حيث يسخّن مفاعل الماء المغلي الماء في المفاعل حتى يغلي ثم يقوم بتدوير التوربينة، وويسخّن مفاعل الماء المضغوط الماء في المفاعل أيضًا لكنه يمر عبر مبادل حراري لتسخين المياه التي ستقوم بتدوير التوربينة.
ويوجد مفاعلات حديثة نوعًا ما لا تستخدم الماء للتبريد، حيث تستخدم مواد أخرى مثل المعدن السائل أو الملح المنصهر أو الهيليوم لنقل الحرارة إلى مصدر منفصل من الماء وصنع البخار (5).
كوارث الطاقة النووية
لا تكثر الحوادث في محطات الطاقة النووية لكن في المرات القليلة التي حدثت فإنها تسببت في أضرار بالغة، وأشهر تلك الحوادث على الإطلاق هي حادثة فوكوشيما وتشيرنوبل.
فوكوشيما
تسبب الزلزال وأمواج تسونامي التي ضربت شرق اليابان في (11 مارس 2011) في حادث خطير في محطة فوكوشيما حيث أوقف الزلزال الطاقة الخارجية للمفاعلات وأعاق مولدات الديزل الاحتياطية، وهو ما أحدث شللًا في أنظمة تبريد المفاعلات، واستُنفدت طاقة البطارية بسرعة، وأدى ارتفاع حرارة الوقود في مراكز مفاعلات تشغيل المحطة إلى حدوث انفجارات هيدروجينية ألحقت أضرارًا بالغة بثلاثة مبان للمفاعل، وبعد ذوبان قلب المفاعل؛ انبثقت الإشعاعات من المفاعلات التالفة لتدفع السلطات نحو إجلاء نصف مليون مواطن(6).
تشيرنوبل
بُني في أواخر (1970)، لكن أدت تجربة صيانة فاشلة في أحد المفاعلات الأربعة إلى زيادة مفاجئة في الطاقة، مما أدى بدوره إلى سلسلة من الانفجارات، وفي الأيام التالية للحادث، تجمعت سحابة إشعاعية في مناطق مختلفة من أوروبا، ومات (32) شخصًا في تشيرنوبيل وعانى آخرون من حروق إشعاعية، والإشعاع الذي هرب إلى الغلاف الجوي يعادل عدة مرات الكمية التي تنتجها القنبلة الذرية على هيروشيما وناغازاكي(7).
دول ستتخلى عن الطاقة النووية
بعد كارثة فوكوشيما عام (2011)، قررت الشركة الألمانية العملاقة سيمينز (SIEMENS) التوقف عن بناء المفاعلات النووية حول العالم، لحقتها دول أوروبية كثيرة للتخلي عن الطاقة النووية فيما يعرف بإنهاء الطاقة النووية “Phase Out”، وأتت تلك القرارات كردة فعل على العواقب الوخيمة التي يمكن أن تسببه حوادث الطاقة النووية كتلك التي حدثت في مفاعل فوكوشيما، وتأتي ألمانيا على رأس تلك الدول التي قررت التخلي عن استخدام الطاقة النووية وستنهي عمل مفاعلاتها النووية بحلول عام (2022)(2).
إعداد: محمد شريف
مراجعة: Ahmed Fahmy
مراجعة لغويّة: Matalgah Hamzeh
المصادر:
1.nuclear power | Definition, Issues, & Facts [Internet]. Encyclopedia Britannica. [cited 2018 Dec 18]. Available from: https://www.britannica.com/technology/nuclear-power
2.The history behind Germany’s nuclear phase-out [Internet]. Clean Energy Wire. 2014 [cited 2018 Dec 18]. Available from: https://www.cleanenergywire.org/factsheets/history-behind-germanys-nuclear-phase-out
3. History of Nuclear Energy – World Nuclear Association [Internet]. [cited 2018 Dec 18]. Available from: http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/outline-history-of-nuclear-energy.aspx
4.Nuclear – Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy – Energy Information Administration [Internet]. [cited 2018 Dec 18]. Available from: https://www.eia.gov/energyexplained/index.php?page=nuclear_home
5.How a Nuclear Reactor Works [Internet]. Nuclear Energy Institute. [cited 2018 Dec 18]. Available from: https://www.nei.org/fundamentals/how-a-nuclear-reactor-works
6.A Brief History of Nuclear Accidents Worldwide [Internet]. Union of Concerned Scientists. [cited 2018 Dec 18]. Available from: https://www.ucsusa.org/nuclear-power/nuclear-power-accidents/history-nuclear-accidents
7.Cohen J. History’s Worst Nuclear Disasters [Internet]. HISTORY. [cited 2018 Dec 18]. Available from: https://www.history.com/news/historys-worst-nuclear-disasters
