مقالة علمية عن الطاقة النووية
كانت الطاقة النوويه محط اهتمامي في الخامس العلمي وقد فرحة جدا لنيل مثل هكذا فرصة لنشر موضوعي....... ارجوا ان ينال اعجابكم
المقدمة:
الطاقةالنووية أو الطاقة الذرية هي الطاقة التي تتحرر عندما تتحول ذرات عنصر كيمائي إلىذرات عنصر أخر، ( الذرات هي اصغر الجسيمات التي يمكن إن يتفتت إليها أي شيء كان ).
وعندما تنفلق ذرات عنصر ثقيل إلى ذرات عنصرين اخف، فان التحول يسمى "انشطارانوويا " ويمكن إن يكون التحول " اندماجا نوويا " عندما تتحدد أجزاء ذرتين
يعولعلى الطاقة النووية أن تصبح أعظم مصادر الطاقة في العالم بالنسبة للإضاءة والتسخينوتشغيل المصانع وتسيير السفن وغير ذلك من الاستخدامات التي لا حصر لها. من ناحيةأخرى، يخاف بعض الناس الطاقة النووية لأنها تستخدم أيضا في صنع أعظم القنابلوالأسلحة فظاعة وتدميرا في تاريخ العالم. كما إن بعض نواتج عمليه الانشطار تكونسامه للغاية
الموضوع:
إنتاج الطاقة النووية:
اليورانيوم والبلوتونيومهما العنصران المستخدمان في إنتاج الطاقة بواسطة الانشطار النووي. كل ذرة من ذراتاليورانيوم أو البوتونيوم ( أو أي عنصر آخر ) لها "نواة " عند مركزها تتكون من " بروتونات " و " نيوترونات ".
الانشطار النووي: عندما يتصادم نيوترون سائب مع ذرةيورانيوم أو بلوتونيوم فان نواة الذرة " تأسر " النيوترون.
عندئذ تنفلق النواةإلى جزأين، مطلقه كميه هائلة من الطاقة كما أنها تحرر نيوترونين أو ثلاثة تتصادمهذه النيوترونات مع ذرات أخرى ويحدث نفس الانشطار في كل مره، وهو ما يسمى بالتفاعلالمتسلسل.
ملايين الملايين من الانشطار يمكن أن تحدث في جزء من المليون منالثانية. وهذا هو ما يحدث عندما تنفجر قنبلة ذرية وعندما تنتج الطاقة النوويةللأغراض السلمية العادية فانه يلزم إبطاء التفاعل المتسلسل. ولإنتاج الطاقة للأغراضالعادية تحدث الانشطار في اله تسمى المفاعل النووي أو الفرن الذري. يتم التحكم فيسرعة الانشطار بطرق مختلفة في إحدى الطرق تستخدم قضبان التحكم التي تقصى بعضالنيوترونات بعيدا عن التفاعل.
كيف نعيش؟
الاندماج النووي: هذا أيضا يسمى التفاعل النووي الحراري لأنه يحدث فقط عند درجات حرارة عالية جداً. وهو عكسالانشطار النووي. حيث تنصهر (تتحد) معا نواتان خفيفتان لتكونا نواة أثقل.
تأتي الطاقة الشمسية الهائلة من الاندماج النووي، إذا تنصهر أنويه ذرات الهيدروجين الخفيفة لتكون ذرات الهليوم الأثقل. تنطلق أثناء ذلك كميات هائلة من الطاقة فيصوره حرارة.
الاندماج النووي هو الذي ينتج الطاقة المدمرة للقنبلة الهيدروجينية. ومع ذلك، يمكن للاندماج النووي في المستقبل إن يكون احد أعظم المصادر الثمينةللطاقة السليمة لأنه يمكنه استخدام مياه البحار البحيرات والنهار في إنتاج القوىالنووية.
المفاعلات النووية.. آلات حرب تنتج طاقة
مخاوف تتزايد يوميا من /]إعادة تنشيط المفاعل النووي في يونج بيون بكوريا الشمالية.. أول مفاعل إيراني مازال مستمرا رغم انتقادات الولايات المتحدة.. يوجد أكثر من 440 مفاعلاً نوويًّاسلميًّا على مستوى العالم و30 آخرون قيد الإنشاء، لكن لا أحد يعلم إلى أين ستقودناالمفاعلات النووية؟
تزود الطاقة النووية دول العالم بأكثر من 16% من الطاقةالكهربائية؛ فهي تلبي ما يقرب من 35% من احتياجات دول الاتحاد الأوروبي. فرنساوحدها تحصل على 77% من طاقتها الكهربائية من المفاعلات النووية، ومثلها ليتوانيا. أما اليابان فتحصل على 30% من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة النووية، بينمابلجيكا وبلغاريا والمجر واليابان وسلوفاكيا وكوريا الجنوبية والسويد وسويسراوسلوفينيا وأوكرانيا فتعتمد على الطاقة النووية لتزويد ثلث احتياجاتها من الطاقةعلى الأقل. في حين أن أستراليا التي تمتاز بوفرة مصادرها من الفحم الحجري لا تمتلكمحطات نووية لتوليد الطاقة، وإنما لديها محطة أبحاث فقط.
المفاعلات أنواع :
ثمة نوعان من المفاعلات النووية: مفاعلات للبحث وأخرى لتوليد للطاقة. تُستخدَممفاعلات البحث لإجراء الأبحاث العلمية، وإنتاج النظائر لأهداف طبية وصناعية، وهي لاتستخدم لإنتاج الطاقة.
على مستوى العالم هناك 284 مفاعلاً نوويًّا للأبحاث في 56 بلدا، أما مفاعلات الطاقة فيتم استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.
وتستخدمالمفاعلات النووية أيضا كمصانع لإنتاج الأسلحة في البلدان التي تمتلك برامج حربنووية؛ فيمكن استخدام المفاعلات النووية السلمية لإنتاج الأسلحة النووية وإجراءالأبحاث المتعلقة بها.
تستخدم المفاعلات النووية المخصصة لصناعة الأسلحة مادةبلوتونيوم 239، أما في المفاعلات السلمية فيتم إنتاج نظائر أخرى للبلوتونيوم، مثلبلوتونيوم 240، وبلوتونيوم 241، وبلوتونيوم 238؛ وذلك لأن وقود المفاعل يتعرضلإشعاع النيوترون لفترات أطول، ومن الممكن استخدامها أيضا لإنتاج المتفجراتالنووية.
وقد لا تكون هذه المتفجرات بدرجة ثبات المتفجرات المصنعة منالبلوتونيوم الأمثل لصنع الأسلحة؛ فقد تنفجر قبل الأوان، ولكن حتى لو حدث ذلك فإننصف قطر دائرة الدمار الذي يسببه انفجارها هو على الأقل 33% من نصف
قطر دائرة دمارقنبلة هيروشيما؛ فهي بذلك مواد تفجيرية ذات قدرات مريعة. (الأكاديمية الوطنيةللعلوم)
وتعمل المفاعلات النووية على مبدأ الانشطار النووي وذلك من خلال انشطارنواة الذرة، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة حرارية.
وتعتبر مادة اليورانيوم 235 هيالوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية، كما يمكن استخدام البلوتونيوم 239،ويحدث الانشطار النووي لذرات اليورانيوم بإطلاق النيوترونات عليها، وعندما تنشطربعض الذرات فإنها تطلق النيوترونات، واصطدام هذه النيوترونات مع ذرات أخرى يسببانشطارها فيتم تحرير المزيد من النيوترونات، وهكذا يستمر رد الفعل المتسلسل مسبباًتوليد كمية هائلة من الطاقة الحرارية، ويتم التحكم بمعدل الانشطار النووي فيالمفاعل باستخدام "قضبان تحكم" التي تقوم بامتصاص بعض النيوترونات المتحررة، فهيتسمح بتنظيم الانشطار النووي والتحكم الآمن به. كما يتم استخدام نظام تبريد مائيللتخلص من الحرارة المفرطة التي تنتج أثناء العملية، ويستخدم البخار الذي تم توليدهلتدوير العنفات التي تولد الطاقة الكهربائية.
وتعد كندا والولايات المتحدةالأمريكية وجنوب أفريقيا وأستراليا ونيجيريا من أهم الدول المزوِّدة لليورانيوم.
مميزات الطاقة النووية:
إن كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرةمن الطاقة الكهربائية هي أقل بكثير من كمية الفحم أو البترول اللازمة لتوليد نفسالكمية؛ فعلى سبيل المثال طن واحد من اليورانيوم يقوم بتوليد طاقة كهربائية أكبر منتلك التي يولدها استخدام ملايين من براميل البترول أو ملايين الأطنان من الفحم. كماأنه لو تم الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد معظم حاجة العالم من الطاقة لكانتكلفتها أكبر بكثير من كلفة الطاقة النووية.
تنتج محطات الطاقة النووية جيدةالتشغيل أقل كمية من النفايات بالمقارنة مع أي طريقة أخرى لتوليد الطاقة، فهي لاتطلق غازات ضارة في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتروجين أو ثانيأكسيد الكبريت التي تسبب الاحترار العالمي والمطر الحمضي والضباب الدخاني.
إنمصدر الوقود -اليورانيوم- متوفر بكثرة وبكثافة عالية وهو سهل الاستخراج والنقل، علىحين أن مصادر الفحم والبترول محدودة. ومن الممكن أن تستمر المحطات النووية لإنتاجالطاقة في تزويدنا بالطاقة لفترة طويلة بعد قصور مصادر الفحم والبترول عن تلبيةاحتياجاتنا.
تشغل المحطات النووية لتوليد الطاقة مساحات صغيرة نسبياً من الأرضبالمقارنة مع محطات التوليد التي تعتمد على الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. فقدأكدت اللجنة التنظيمية للمفاعلات النووية على أننا بحاجة إلى حقل شمسي بمساحة تزيدعن 35 ألف فدّان لإنشاء محطة تدار بالطاقة الشمسية لتوليد طاقة تعادل ما تولدهالمحطة نووية بمقدار 1000 ميجاوات، كما أن مساحة الحقل المعرض للرياح اللازم لمحطةتوليد تدار بالرياح لإنتاج نفس الكمية حوالي 150 ألف فدّان أو أكثر. في حين أنمحطات التوليد النووية "ميل ستون 2 و3" المقامة في ولاية كونيتيكت والتي تتمتعباستطاعة أكبر من 1900 ميجاوات تشغل مساحة 500 فدان ومصممة لتستوعب ثلاث محطاتتوليد".
مساوئ الطاقة النووية :
انشطار معظم اليورانيوم -الوقود المستهلك- يُزال من المفاعل ويُخزَّن في بحيرات تبريد، وتقوم هذه البحيراتبامتصاص حرارة الوقود المستهلَك وتخفيض درجة إشعاعي؛ ثم تتم إعادة معالجته من أجلاسترجاع اليورانيوم والبلوتونيوم غير المنشطرَين واستخدامهما من جديد كوقودللمفاعل، وينتج عن هذه العملية نفايات ذات فعالية إشعاعية عالية المستوى (HLW). يتمإعادة معالجة الوقود المستهلَك يؤدي استخدام الطاقة النووية إلى إنتاجالنفايات ذات الفعالية الإشعاعية العالية؛ فبعد أن يتم بشكل روتيني في مفاعلات برامج الدفاع لاستخدامه فيإنتاج الأسلحة النووية، ووفق ما ذكرته وكالة حماية البيئة (EPA) فإن النفايات عاليةالإشعاعية (HLW) الناجمة عن برامج الدفاع تشكل أكثر من 99% من إجمالي حجم (HLW) فيالولايات المتحدة الأمريكية. وإن كلاً من فرنسا وبلجيكا وروسيا والمملكة المتحدةتملك وحدات خاصة بها لإعادة معالجة الوقود المستهلَك. وتقوم اليابان باستخدامالوقود المعاد معالجته في أوروبا.
ووفق ما ذكرته الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) فإن تقديرات نهاية عام 1997 تشير إلى أن كمية الوقود المستهلَك الناجم عنمفاعلات الطاقة التي يتم تخزينها عالميًّا والتي تزيد على 130 ألف طن، تحتوي قرابةألف طن من البلوتونيوم، كما أن بعض العناصر الموجودة في الوقود المستهلَك وفيالنفايات مثل عنصر البلوتونيوم، هي ذات فعالية إشعاعية عالية وتبقى كذلك لمدة آلافالسنين. ولا يوجد حاليًّا نظام آمن للتخلص من هذه النفايات.
وإن الخطط المقترحةللتخلص من النفايات عالية الإشعاعية وتخزينها لا تضمن حماية كافية للأفراد أوللمياه الجوفية من التلوث الإشعاعي.
وضمن الحوادث المتعلقة بالمفاعلات النوويةحدوث تسرب إشعاعي جزئي في مفاعل "ثري مايل آيلا ند" النووي قرب بنسلفانيا عام 1979،وذلك نتيجة لفقدان السيطرة على التفاعل الانشطاري؛ وهو ما أدى لانفجار حرر كمياتضخمة من الإشعاع، ولكن تمت السيطرة على الإشعاع داخل المبنى، وبذلك لم تحدث وفياتعندها، ولكن الحظ لم يحالف حادثة التسرّب الإشعاعي المشابهة في محطة الطاقة النوويةفي تشير نوبل بروسيا عام 1986، فقد أدت إلى مقتل 31 شخصاً وتعريض مئات الآلاف إلىالإشعاع، ويمكن أن يستمر تأثير الإشعاعات الضارة بحيث تؤثر على الأجيال المستقبلية.
أنواع الأسلحة النووية :
* الأسلحة النووية الانشطارية:
الأسلحة النوويةالانشطارية هي احد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن قوتها في عملية الانشطار النوويلعنصر ثقيل مثل اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235 (يورانيوم-235) و بلوتونيوم ذوكتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239) حيث تحفز هذه العناصر الثقيلة على الانشطاربواسطة تسليط حزمة من النيوترونات على نواتها والتي تؤدي إلى انشطارها إلى عدةأجزاء وكل جزء مكون بعد الانشطار الأولي تمتلك من النيوترونات الخاصة بها لاتكفيلتحفيز انشطار آخر وتستمر هذه السلسلة من الأنشطارات التي تتم إجراءها عادة فيالمفاعلات النووية وكل عملية انشطار يؤدي إلى خلق كميات كبيرة من الطاقةالحركية.
ترجع بداية هذه الفكرة إلى العالم الفيزيائي ألبرت أينشتاين حيث قام فيعام 1905 بنشر فكرة النظرية النسبية الخاصة ، وحسب هذه النظرية فان الطاقة تساويكتلة المادة مضروبا في مربع سرعة الضوء E = mc2 وحسب هذه المعادلة الشهيرة فان كميةقليلة من الكتلة تكون مساوية إلى كمية هائلة من الطاقة فعلى سبيل المثال يمكن تحويلكغم واحد من المادة كاملة إلى طاقة مساوية إلى الطاقة الناتجة من تفجير 22 ميغاطنمن مادة تي إن تي ولتوضيح أكثر فان هذه المعادلة تعني أن اي جسم له كتلة يكون لهطاقة حتى إذا كان الجسم في حالة ثبات, هذه المعادلة كانت العامل الرئيسي الذي تمحورحوله فكرة الأسلحة النووية فبقياس كتل الانوية لذرات عناصر مختلفة يمكن تقديرالطاقة الموجودة فيها بمجرد ضربها في سرعة الضوء التي هي عدد ثابت (1,079,252,848.8 كم في الساعة أو تقريبا 300,000 كم في الثانية).
في عام 1938 تمكن عالم منألمانيا اسمه أوتو هان من شطر ذرة يورانيوم إلى جزأين عن طريق تسليط حزمة منالنيوترونات عليه وبعد هذه التجربة أصبحت فكرة الأسلحة النووية في متناول اليد. ويعتبر قنابل المواد المخصبة و قنابل الكتلة الحرجة أهم أنواعالأسلحةالنوويةالأنشطارية.
* الأسلحة النووية الاندماجية:
منذ نشوء فكرة خلق كمياتهائلة من الطاقة خلال عملية الانشطار النووي أدرك العلماء أن خلق نفس الكميةالهائلة من الطاقة ممكنة من الناحية النظرية والعملية بإجراء عملية معاكسة تمامالعملية الانشطار النووي ألا وهي فكرة اندماج نواتين لذرتين خفيفتي الكتلة في عملياتاندماج متسلسلة تسمى بعملية الاندماج النووي وكانت ذرة الهيدروجين هو الاختيارالأنسب لكونها خفيفة الكتلة.
هناك 3 نظائر للهيدروجين، وهي الديتيريم deuterium والتيتيم tritium والبر وتيم protium، وعندما يتحد الديتيريم مع التيتيم يتكوننتيجة لهذا الاندماج ذرة هليوم ويتكون أثناء هذه العملية طاقة حركية هائلة ولكنهاأقل بالمقارنة بعملية الانشطار النووي وتتطلب هذه العمليات الاندماجية كميات كبيرةمن الحرارة تصل إلى ملايين الدرجات المئوية ولهذا السبب يطلق تسمية القنابل النوويةالحرارية على هذا النوع من الأسلحة النووية.
يمكن تعريف السلاح النووي الاندماجيبأحد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن مصدر قوتها مع عملية الاندماج النووي عندماتتحد أنويه خفيفة الكتلة مثل عنصر الديتريوم Deuterium وعنصر اللثيوم لتكوين عناصرأثقل من ناحية الكتلة حيث تتم تحفيز سلسلة من عمليات الاتحاد بين هذين العنصرينوتنتج من هذه السلسلة من عمليات الاندماج كميات كبيرة من الطاقة الحركية. ويطلق علىالقنابل المصنعة بهذه الطريقة اسم القنابل الهيدروجينية H-bombs أو القنابل النوويةالحرارية Thermonuclear Bombs لأن سلسلة الاندماج المحفزة بين أنويه هذه العناصرالخفيفة تتطلب كميات كبيرة من الحرارة وتعتبر القنبلة النيوترونية والهيدروجينية منأهم أنواع الأسلحة النووية الاندماجية.
جربت هذه النوعية من القنابل لأول مرةعام 1951 م في الولايات المتحدة وكانت هناك مزاعم متبادلة بين الولايات المتحدةوالاتحاد السوفيتي حول من توصل إلى تفجير أول القنابل من هذا الطراز حيث تزعمالولايات المتحدة أنها فجرت القنبلة الأولى تجريبيا في 1 نوفمبر 1952 م ثم تلاهاالاتحاد السوفيتي في 1 مارس 1954 م وقد خلق الانفجار التجريبي السوفيتي ضجة إعلاميةلم يحظى بها الانفجار التجريبي الأمريكي حيث تشكلت سحابة إشعاعية ضخمة فوق سفينةصيد يابانية كانت على بعد 160 كم من موقع الانفجار وقام العلماء اليابانيون بتحليلالغبار على ملابس الصيادين بعد عودتهم وانتشر بعد ذلك خبر امتلاك الاتحاد السوفيتيلهذا النوع منالأسلحة النووية.
* الأسلحة النووية التجميعية:
الأسلحةالنووية التجميعية هي احد أنواع الأسلحة النووية التي تتم صناعتها بخطوتين ، تكمنفكرة هذا النوع من السلاح في خلق مايسمى الكتلة الفوق حرجة ويتم هذا بدمج كتلتينتعتبران ذو كتلة دون الحرجة ولغرض عملية الدمج هذه يسلط ضغط هائل على الكتلتينلدمجهما في كتلة واحدة تعتبر فوق الحرجة وينشأ من عملية الدمج هذه كميات هائلة منالطاقة الحركية.
المقصود بمصطلح الكتلة الحرجة لعنصر معين هو الحد الأدنى منكتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات . إذا كان العنصرالمستخدم في عمليةالانشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوتروناتلتحفيز الانشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة. إذا كانالعنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبةمن الانشطار النووي حتى بدون اي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلقعلى هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة حيث يستعمل العنصر في هذه الحالة الطاقة المتولدةمن الأنشطارات السابقة لتحفيز الأنشطارات اللاحقة.
بعد استكمال مرحلة الكتلة فوقالحرجة تأتي الخطوة الثانية وهي إشعال الفتيلة التي إما تكون على شكل تصويب طلقة مناليورانيوم كما هو الحال في القنابل ذو الانشطار المصوب Gun-type Fission Weapon أوتفجير قنبلة تقليده في وسط المادة ذو الكتلة فوق الحرجة كما هو الحال في قنابلالانشطار ذو الانضغاط الداخلي
الـخـاتـمـة :
يتعين القول أنه ليس من المناسب أن نغالي في تحفظاتنا لدي التفكير بالتطبيقات السلمية للطاقة النووية، فنضيع على بلدنا فرصة علمية وحضارية ثمينة تعد صمام الأمان لشعبنا والأجيال القادمة ضد العودةإلي صحراء التخلف والفقر إذا ما نضبت في وطننا المصادر التقليدية لإنتاج الطاقة،حينئذ يكون الأوان قد فات ولن يعود!
رد مع اقتباس
