مقدمة في الطاقة النووية
- تتعبر الطاقة النووية طاقة ذرية، حيث يرتبط عملها بوحدة نواة الذرات المختلفة.
- تنبعث الطاقة النووية خلال التفاعلات الكيميائية عندما تتحول ذرات عنصر إلى ذرات عنصر آخر.
- تتولد الطاقة أيضا من انشطار نوى الذرات الثقيلة وتحولها إلى ذرات أخف، والتي تُعرف بالانشطار النووي.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحدث العكس حيث تتحرر كميات هائلة من الطاقة عند اندماج ذرتين خفيفتين لتشكل ذرة أثقل، وتُعرف هذه العملية بالاندماج النووي.
- ومع ذلك، ليست جميع الذرات قادرة على الاندماج، مما يجعل هذا الأمر من اكتشافات الإنسان العظيمة.
- تعد الطاقة النووية من أهم مصادر الطاقة في العصر الحديث، حيث تُستخدم في مجالات متعددة، بما في ذلك الطب، والاقتصاد، والسياسة.
- في القرن الحادي والعشرين، أصبحت الطاقة النووية واحدة من أبرز أنواع الطاقة المستخدمة في العالم، حيث تُستخدم في الإضاءة، والتدفئة، وتشغيل المصانع، والعديد من التطبيقات الأخرى.
- وعلى الرغم من فوائدها، يثير استخدام الطاقة النووية مخاوف لدى الكثيرين، لا سيما بسبب ارتباطها بصناعة الأسلحة النووية المدمرة.
- لذا، تسعى المنظمات العالمية لحماية حقوق الإنسان إلى توجيه استخدام الطاقة النووية لغايات سلمية، مثل الطب وإنتاج الطاقة، بينما تسعى لمنع استخدامها في أغراض غير مشروعة.
تعريف الطاقة النووية
- تعرف الطاقة النووية بأنها الطاقة الناتجة عن عمليات انشطار أو اندماج نواة الذرات، مما يؤدي إلى تكوين روابط جديدة.
- تتضمن عمليات الانشطار والاندماج انطلاق كميات هائلة من الطاقة، التي يمكن توظيفها في مجالات متعددة.
- تتم هذه العمليات داخل أجهزة مخصصة تسهل إجراء هذه التفاعلات النووية.
طرق إنتاج الطاقة النووية
- تنتج الطاقة النووية عن طريق عمليات الانشطار أو الاندماج في المفاعلات النووية أو الأفران الذرية.
- تتحكم المفاعلات النووية في سرعة التفاعلات التسلسلية التي تحدث خلال اضطرابات الانشطار النووي.
- يعتبر اليورانيوم والبلوتونيوم من أكثر العناصر المشعة استخداماً في إنتاج الطاقة النووية، ويعتمد إنتاجها على هذه العناصر.
وفي هذا السياق، يمكنكم التعرف على:
إنتاج الطاقة من الانشطار النووي
- الانشطار النووي يحدث عندما يصطدم نيوترون حر مع ذرة يورانيوم أو بلوتونيوم، مما يؤدي إلى سحب النواة للنيوترون.
- عند هذه النقطة، يتم انقسام النواة إلى شطرين، مح releasing الطاقة النووية و2 أو 3 نيوترونات، مما يؤدي إلى إعادة العملية بشكل متسلسل.
- قد لا يدرك الكثيرون مدى السرعة الكبيرة التي يحدث بها الانشطار النووي، حيث تجرى ملايين العمليات خلال جزء من مليون من الثانية، مما يعني إنتاج كميات هائلة من الطاقة خلال فترة قصيرة.
- وعند استخدام الطاقة النووية للأغراض السلمية، يكون من الضروري إبطاء سرعة هذه التفاعلات التسلسلية.
إنتاج الطاقة من الاندماج النووي
- ويتمثل الاندماج النووي في تفاعل ذرّتين تحت درجات حرارة مرتفعة جداً، وهو ما يُعرف بالتفاعل النووي الحراري.
- تحدث هذه العملية بين ذرّتين مختلفتين أو متشابهتين لتكوين روابط جديدة، مشابهة لتلك التي تحدث في الشمس كوسيلة لتوليد الطاقة.
- في الشمس، يتم اندماج بروتونات الهيدروجين لتكوين الهيليوم، مما يؤدي إلى إنتاج كميات هائلة من الطاقة.
- الاندماج النووي هو العملية التي تُستخدم في تصنيع القنبلة النووية الهيدروجينية، وهي من أخطر الأسلحة المدمرة في التاريخ.
- على الرغم من ذلك، يمكن أن تصبح هذه الطاقة مصدراً مهماً وسليماً للطاقة في المستقبل، نظراً لإمكانية استخدامها من البحار والمحيطات.
الفوائد الناتجة عن استخدام الطاقة النووية
- تستخدم الطاقة النووية في مجالات عديدة، مثل علاج الأمراض الخطيرة مثل السرطان.
- يمكن تطبيقها أيضاً لعلاج أمراض مرتبطة بالغدة الدرقية، والغدة الكظرية وغيرها.
- تساهم في الكشف عن العديد من الأمراض المستعصية مثل أمراض القلب والكلى والكبد.
- تُستخدم كذلك للمسح الشامل للجسم والعظام لتحديد موقع الأضرار الطبية.
- استخدام الطاقة النووية في توليد الطاقة الكهربائية يُعتبر من الاستخدامات المعروفة والتي يعترف بها الجميع.
- يعد العلماء الطاقة النووية كمصدر حقيقي للطاقة المتجددة، مما يجعل من المستحيل الاستغناء عنها في الوقت الحالي.
العيوب الناتجة عن استخدام الطاقة النووية
- من أبرز التحديات المرتبطة باستخدام الطاقة النووية هي المخاوف المتعلقة بالسلامة.
- تعتبر تكاليف إنتاج الطاقة النووية مرتفعة، خصوصاً أثناء عمليات الاندماج النووي، حيث تتطلب معدات متقدمة ومكلفة.
- تساهم الطاقة النووية في تصنيع الأسلحة النووية، التي تُعد تهديداً كبيراً للبشرية.
- تطرح مشكلة التخلص الآمن من نفايات الطاقة النووية عالية الإشعاع تحديات وصعوبات خطيرة.
كيفية توليد الكهرباء باستخدام الطاقة النووية
- تتولد الطاقة الكهربائية من الطاقة النووية عبر عمليات الانشطار النووي في ذرات اليورانيوم المشع.
- يعتبر اليورانيوم واحداً من العناصر المشعة الرئيسية المستخدمة في الطاقة النووية وتتم هذه العمليات داخل المفاعلات النووية.
- ينتج الانشطار النووي طاقة كبيرة تعمل على تسخين الماء بالمفاعل، مما يؤدي إلى تبخره وصعود البخار إلى مولدات تشبه طواحين الهواء لتوليد الطاقة.
محطات توليد الطاقة النووية
- تُعتبر محطات الطاقة النووية نوعاً من محطات توليد الطاقة الحرارية البخارية، والتي تنشأ في الأفران النووية.
- تختلف محطات الطاقة النووية عن محطات توليد الكهرباء التقليدية، حيث تستخدم الفرن النووي الذي يحتاج إلى عوازل وجدران واقية من الإشعاع.
- تولد الحرارة في المفاعل نتيجة لانشطار نوى ذرات اليورانيوم.
- تنتج هذه الحرارة عن حركة الإلكترونات داخل الذرات التي تعمل على غليان المياه لإنتاج الطاقة.
الأصناف المختلفة من المفاعلات النووية
- مفاعلات نووية باستخدام الماء المضغوط.
- مفاعلات جرافيت الماء.
- مفاعلات باستخدام الماء المتبخر.
- مفاعلات التبريد الغازي.
- مولدات نيوترون سريعة.
