يعتمد السلاح النووي اساسا على الطاقة الهائلة الموجودة في قوى بعض العناصر الثقيلة، والتي تطلق عبر تفاعلات نووية معينة، تكون انشطارية تُصبح النواة اثنتين او اندماجية تصبح النواتان واحدة، ويُفقد بنتيجة هذه التفاعلات جزء من الكتلة متحولا الى طاقة حسب قانون انشتاين الشهير جدا: الطاقة الكتلة مربع سرعة الضوء واذا علمنا ان سرعة الضوء البالغة ثلاثمائة الف كيلو متر في الثانية، تُحسب هنا بالمتر في الثانية اي تساوي 3 10 متر"ثانية، ادركنا كم هي كبيرة هذه الطاقة. تُعتبر عملية انشطار الذرة المبدأ الاساسي المستخدم في القنابل التي دمرت هيروشيما وناغازاكي اليابانيتين عام 1945، ان هذه الاجهزة النووية الاولى والتي اطلقت الطاقة المدمرة عن طريق تقسيم نوى ذرات اليورانيوم 235 اصبحت تعرف باسم القنابل الذرية. اما القنبلة الهيدروجينية فتعتمد على مبدأ مختلف - وهو الالتمام النووي للذرة - ويعتبر سلاحا اقوى بكثير يعتمد على الالتمام النووي للنوى ذات النظائر الهيدروجينية الخفيفة مثل: ديونوريوم وترتريوم وذلك تحت تأثير درجات حرارة عالية جدا.
تقاس قوة الانفجار النووي بما يعادلها من مادة TNT حيث ان الكيلوطن الواحد يساوي 1000 طن من مادة ال ت. ن. ت بينما الميغاطن يساوي مليون طن. ان نتائج الانفجار الذري مشابهة لتلك التي تحصل عليها من الوسائط التقليدية باستثناء الاشعاع. ويوزع الانفجار النووي بحيث يكون 50 للقدرة التدميرية للقنبلة النووية و35 للامواج الحرارية، و15 للاشعاع الذي يُعتبر التأثير الاخير المميز للانفجارات النووية، والذي يمكن ان يكون له اوسع مدى تأثير. لعل اهم جزء في اية محطة توليد الطاقة النووية هو "المفاعل النووي" بل انه يُعتبر الجزء الرئيس في منشأة توليد الطاقة النووية. وهو الان موضوع هذا المقال الذي يركز على بحث المفاعل النووي ومكوناته وانواعه في العالم. ويتكون المفاعل النووي الحراري اساسا من مكونات الهدف منها هو استمرار التفاعل المتسلسل الذي من خلاله تكون كمية وترتيب مادة الانشطار النووي. وكذلك المادة غير الانشطارية الوسيطة داخل قلب المفاعل في اوضاع توفر حدوث سلسلة التفاعل الذاتي المتتالي.
وتشير معطيات وكالة الطاقة الذرية الى ان عدد المفاعلات النووية في العالم لغاية عام 2000م الى المعطيات التالية:
1 - المفاعلات العاملة: الاجمالي 437 مفاعلا نوويا في 32 دولة تنتج 17 من احتياجات العالم من الكهرباء. منها 33 مفاعلا في 9 دول نامية ويحتمل ان يصل عددها الى 500 مفاعل نووي مع بداية القرن 21.
2 - المفاعلات تحت الانشاء: الاجمالي 36 مفاعلا في 14 دولة. منها 19 في 7 دول نامية.
3 - المفاعلات البحثية: الاجمالي 207 منها 117 في الدول الصناعية و90 في الدول النامية
. اولا: آلية المفاعل النووي ومكوناته:
يكون قلب المفاعل محاطا بمعدن وعاء المفاعل الذي يحتوي اجزاءه الذي يتحمل الضغط المرتفع الناتج عن التفاعل النووي. حيث يتم داخل القلب انشطار كل ذرة يورانيوم التي يستمر معدل انشطارها لانتاج 5،2 نيوترون. يتم امتصاص نيوترون واحد منها في انشطار آخر متتالي لانتاج انشطار جديد. وهكذا يستمر نجاح عمليات الانشطار المتتالية بعمل المبرد الآتي ذكره فيما بعد، على نقل الحرارة الناتجة عن الانشطار تقدر قيمة الطاقة الناتجة عن انشطار"تفاعل كيلوغرام من اليورانيوم 235 بخمسة وعشرون الف مليار كيلووات ساعة او مليار ميغاوات ساعة. ويتحتم توفر وسيلة للتحكم في بدء سلسلة التفاعل او ايقافه او التحكم في مستوى التفاعل المطلوب. اضافة الى ذلك يتم بناء التدريع المحيط بوعاء المفاعل لحماية طاقم العمل في المفاعل من البشر من اشعة غاما والنيوترونات الناتجة عن المفاعل، تستخدم مواد عديدة كما تتخذ اجراءات عديدة للمبرد والوسيط والوقود ونظام التحكم لذلك تختلف تبعا لذلك اساليب اقامة المفاعلات، ربما يصعب على دولة واحدة بناء كل صور المفاعلات ولكن نماذج المفاعلات التي تتم اقامتها واختبارها لتطويرها تختلف من دولة لاخرى.
ان مكونات المفاعل النووي هي التالية:
1 - وعاء المفاعل: يكون وعاء المفاعل - بصورة عامة - عبارة عن تنك من الصلب المقسى السميك، يوضع في الجزء السفلي من الوعاء قلب المفاعل، وقضبان التحكم تمتد لاعلى حتى اعلى الوعاء، يحافظ وعاء المفاعل المغلق على عدم خروج الاشعاع من قلب المفاعل، كذلك يحوي وعاء المفاعل المادة المبردة داخل السطح الداخلي المتعرج.
2 - الوقود النووي للمفاعل: تستخدم معظم المفاعلات النووية وقودا صلبا تكون فيه المادة الانشطارية من عنصر اليورانيوم، او سميكة من اليورانيوم والالومنيوم، او اقراص من اكسيد اليورانيوم. او كربيد اليورانيوم داخل فراغات الجرافيت.، توضع عناصر المادة المسعة الوقود داخل حافظة معدنية تغطي الوقود ويمنع نواتج الانشطار ولا تتأثر سريعا بالنيوترونات. بدأت المفاعلات النووية باستخدام وقود نووي من عيدان اليورانيوم المغلف بالالومنيوم النقي. كما استخدمت سبيكة الزركونيوم للتغليف التي تتحمل الحرارة العالية في مفاعلات الماء المضغوط. كما انها تعمل على بطء امتصاص النيوترونات، بينما يستخدم الصلب غير القابل للصدأ للتغليف في حالات درجات الحرارة العالية لوقت طويل، وتُعد أغلفة الصلب والمعادن الصلبة الاخرى اكثر استخداما في المفاعلات ذات الحرارة العالية وذات التبريد بالغازات. كذلك تستخدم اقراص اليورانيوم داخل الفراغات المغلفة بالجرانيت في المفاعلات التي تستخدم الصوديوم السائل للتبريد.
3 - المادة المخصبة: احدى المشاكل التي تواجه استخدام المفاعلات هي الفقد المنتظم للمادة الانشطارية مع استمرار عمل المفاعل، ويمكن تقليل آثار المشكلة باستخدام وقود يحتوي على المادة الانشطارية وقدر من مادة مخصبة. هذه المادة المخصبة لها القدرة على التحول الى مادة انشطارية. ومن امثلة ذلك يستخدم "الثوريوم - 232" كمادة مخصبة ولها القدرة على التحول الى وقود انشطاري "يورانيوم - 233" بإمتصاص نيوترون. واليورانيوم 238 مع المادة المخصبة يتحول الى وقود انشطاري - 239 بعملية تحويل شبيهة. واذا تم خلط المادة المخصبة بالمادة الانشطارية بنسب جيدة، فان عمر استخدام الوقود في المفاعل يرتفع بصورة ملحوظة. وننوه هنا الى انه تختلف صور خلط الوقود بالمادة المخصبة من دولة الى اخرى ومن مفاعل لآخر.
4 - الوسيط المهدىء : يستخدم في قلب المفاعل النووي وسيط لابطاء سرعة النيوترونات المنطلقة بسرعتها الابتدائية، ويتم اللجوء لذلك لأن الطاقة الأقل للنيوترونات توفر لها الاحتمال الأكبر لأن يتم امتصاصها في الوقود النووي لانتاج المزيد من الانشطار، نظرا للحاجة الى النيوترونات البطيئة لاحداث سلسلة التفاعل، حيث يمسك هذا الوسيط بقليل من النيوترونات قدر الامكان، وبقدر الزيادة في كمية مادة الوسط يرتفع معدل الطاقة في انتاج النيوترونات، وأفضل المواد التي تُستخدم عملياً كمواد للوسيط هي: الهيدروجين، الهيدروجين الثقيل، وبعض مركبات الكربون اضافة الى ذلك فان دور هذه المواد هي اضافة قوة معدل ابطاء النيوترونات. حتى تصل النيوترونات الكافية للطاقة الحرارية بحيث يتم امتصاصها في الوقود الانشطاري لاستمرار سلسلة التفاعل.
5 - المبرد: يتم امتصاص الحرارة الناتجة من سلسلة الانشطار في المفاعل بواسطة مبرد، تعتمد المبردات على الحياة العادية او المياه الثقيلة او المعادن السائلة او الأملاح المصهورة، او الغاز، تُسمى المياه العادية "المياه الخفيفة" وذلك للتمييز بينها وبين المياه الثقيلة التي تحيط بالمفاعل كمبرد في المفاعلات التي تعمل بالماء المضغوط، كما تستخدم المياه الخفيفة في مفاعلات المياه الساخنة، كما تستخدم المياه الخفيفة كمبرد في مفاعلات المياه الساخنة. كما تستخدم المياه الثقيلة كمبرد في المفاعلات التي تستخدم المياه الثقيلة كوسيط، وهناك عدة طرق لاستخدام مواد التبريد التي ذكرت آنفاً كل حسب خواصه الكيميائية.
6 - السيطرة على عمل المفاعل: تفيد أبسط الطرق للسيطرة على سلسلة التفاعل - داخل قلب المفاعل هو استخدام ماددة عالية القدرة على الامساك بالنيوترونات، ويعد "الكاديوم" مادة لها هذه القدرة. تم استخدام الواح الكاديوم في اول مفاعل انشطار متسلسل أقيم في جامعة "شيكاغو" عام 1942، ومنذ ذلك الحين يتم وضع قضبان الكاديوم وخفضها داخل المفاعل لتحديد المعدل الذي يتم عليه الانشطار. كما تستخدم قضبان من بورون الصلب غير المغطى بالجرافيت في المفاعلات التي تستخدم الجرافيت كمادة وسيطة. وقد تستخدم قضبان السيطرة من المواد التي توجد في الطبيعة ذات القدرة على امتصاص النيوترونات. وقد تستخدم السوائل في انابيب القضبان، وفي مثل هذه الحالات تتغير قدرة السيطرة مع تغيير مستوى السوائل، ومن تقنيات السيطرة الأخرى على المفاعللات استخدام مواد امتصاص النيوترونات الذاتية في مواد التبريد. من امثلة ذلك حمض البوريك الذائب في مياه التبريد للإبقاء على المفاعل تحت مستوى الحرارة الحرج خلال تغيير عبوة الوقود النووي، وتُزود بعض المفاعلات بنظام للسيطرة الذاتية بالنظر الى تأثير الحرارة على فاعلية المفاعل النووي.
7 - نظام الوقاية التدريع: يزداد الحجم الكلي للمفاعل النووي مع زيادة الحاجة لحماية العاملين من اضرار اشعاع "غاما" المصاحب للانشطار ومع زيادة الاشعاع التراكمي الناتج عن توابع الانشطار النووي، الذي تزداد فيه اشعة "غاما" بالاضافة الى تسرب بعض النيوترونات من المفاعل، حيث لا يتم امتصاص النيوترونات السريعة، والأفضل والأسهل تقليل طاقتها الحرارية باحاطتها بمواد اضافية لامتصاص النيوترونات، وهذه الأخيرة يمكن امتصاصها باستخدام كمية من المادة الوسطية السميكة في مواد بناء المفاعل. وانشاءات الوقاية من الاشعاع تتكون من طبقات من الخرسانة المسلحة بسمك 8 - 10 اقدام 3 امتار ومواد اخرى لتقدير الوقاية من الاشعاع، ويرجح اقامة المفاعل النووي بجوار مصدر مياه وفير مثل نهر كبير او بحيرة او شاطىء البحر. حيث تتطلب المفاعلات النووية كميات وفيرة من المياه الضرورية لأغراض التبريد. عمل المفاعل النووي: عند تشغيل المفاعل النووي، يقوم الوقود النووي بانتاج النيوترونات وامتصاصها مع اطلاق الحرارة داخل الوقود، ومع احتراق الوقود النووي تتغير طبيعته تدريجياً ويعتبر النيرترون جسمياً نووياً لا يحمل شحنة كهربائية، ويمكن للنيوترون ان يتخلل المادة ليصطدم بالنوبات الذرية وعند حدوث كل تصادم فان النيوترون اما ان يرتد في اتجاه جديد، واما ان تقتنه الذرة لتكون نواة مركبة.
ثانياً: أنواع المفاعلات النووية:
يتجه التقسيم الأساسي للمفاعلات النووية - الى نوعين:
الأول - مفاعلات الانشطار النووي وهي الأكثر شيوعاً وتدور حولها هذه الدراسة وسوف يتم تناولها بقدر من التفصيل.
الثاني - مفاعلات الاندماج النووي وهي نادرة وتتميز بقدرتها على انتاج قدر عال من الطاقة مع قدر اقل من الاشعاع
ولكن تظل هناك عقبات علمية وفنية واقتصادية لانتاج مفاعلات اندماجية لانتاج الطاقة الكهربائية باستخدام الاندماج النووي ذي جدوى اقتصادية، وهي ما زالت مجالاً واسعاً للبحث والدراسة والتطبيق.
الأنواع المختلفة للمفاعلات النووية
من حيث الغرض: يمكن تقسيم انواع المفاعلات النووية الى ستة انواع من حيث الاستخدام او الغرض الذي يستخدم من اجله المفاعل:
1 - مفاعلات نووية لانتاج القوى الكهربائية: وهذه النوعية تستخدم لانتاج الطاقة الحرارية في محطات القوى النووية لانتاج الكهرباء وتُسمى مفاعلات حرارية.
2 -مفاعلات نووية للتجارب: وهذه النوعية تُستخدم لاجراء التجارب النووية واختبار وتطوير التصميمات المختلفة للمفاعلات النووية اللازمة لانتاج القوى الكهربائية والتدريب على العمل في هذه المنشآت التكنولوجية.
3 - مفاعلات نووية للابحاث: وهذه النوعية تُستخدم كمصادر لتطوير الابحاث النووية والاشعاعية المختلفة باستخدام النيتروناتوالمصادر المشعة.
4 - المفاعلات النووية من حيث النيترونات التي تُحدث الانشطار النووي داخل المفاعل، وتقسم الى نوعين: أ - مفاعلات نووية حرارية: وهي التي تكون فيها المنطقة النشطة داخل المفاعل تحتوي على مهدىء للتفاعل ويحدث الانشطار النووي بصفة مستمرة عند قذف العنصر المشع بواسطة النيترونات النشطة مُنتجا طاقة حرارية كبيرة، وهذا النوع من المفاعلات هو الاكثر استخداما في الوقت الحالي. ب - مفاعلات نووية سريعة معجلات نووية: وهي التي كون فيها المنطقة النشطة داخل المفاعل لا تحتوي على مهدىء التفاعل، وهناك ما يزيد عن عشرين نموذج للمعجلات النووية تم انشاؤها في الولايات المتحدة وبريطانيا والاتحاد الروسي وفرنسا والمانيا واليابان والهند، وتم اضافة مفاعل من هذه النوعية لدى الصين الشعبية عام 2004.
5 - مفاعلات نووية لانتاج النظائر المشعة: وهذه النوعية تُستخدم لانتاج النظائر المشعة للاغراض المدنية مثل: الكوبالت المشع كوبالت - 60 والسيريوم المشع سيريوم - 137 لاستخدامها في الاغراض الطبية او الزراعية او الابحاث الفضائية. وننوه هنا ان كل مفاعل من المفاعلات السابق ذكرها يحتاج بصفة عامة الى عدة عناصر مثل: الوقود النووي اللازم لتشغيل المفاعل، نوع معين مهدىء التفاعل، مادة للتبريد، في قلب المفاعل، ويوجد تصميمان لقلب المفاعل المنطقة النشطة للمفاعل وهما: 1 - مفاعل نووي حراري متجانس. 2 - مفاعل نووي حراري غير متجانس. وننوه هنا ان المفاعلات النووية الحرارية والتي يطلق عليها محطات القوى النووية تُستخدم لانتاج الطاقة الكهربائية وتكون عادة من نوعية المفاعلات الحرارية غير المتجانسة ذات المنطقة النشطة. والمكونات الاساسية لتشغيل هذا النوع من المفاعلات النووية هي: الوقود النووي، ومهدىء التفاعل، ومادة التبريد، وقضبان التحكم. واهم جزء في المفاعل هو قلب المفاعل المنطقة النشطة وتحتوي العناصر السابق ذكرها.
ثالثا - المفاعلات النووية في الدول المعاصرة
بعد الدراسة النظرية لمسألة المفاعلات النووية، لا بد لنا من اعطاء فكرة تاريخية عن البرامج النووية في الدول النووية. ثم مفاعلات الطاقة النووية على مختلف انواعها واستخداماتها في الدول التي لا تدخل في عضوية النادي النووي. مع العلم بان الخمس دول الواردة في الفئة الاولى هي الدول الاعضاء في النادي النووي.
وتبين التواريخ المدرجة ادناه تاريخ بدء البرنامج النووي، وتاريخ بدء التجارب النووية في كل دولة من دول المقدمة النووية. انظر الجدول رقم 3 الوارد ادناه: مسلسل الدولة بدء البرنامج النووي تاريخ التجارب النووية عدد التجارب النووية والمدى الزمني
1 - الولايات المتحدة19421945ما يتجاوز الف اختبار
2 - الاتحاد الروسي19461949715 اختبار
3 - بريطانيا1948195244 اختبار
4 - فرنسا-196021 اختبار
5 - الصين-1964715
اختبار مفاعلات الطاقة في الدول دون المقدمة النووية: - تملك كوريا الجنوبية 12 مفاعلا نوويا عاملا، و6 مفاعلات تحت الانشاء و2 مفاعلين بحثيين. - لدى جنوب افريقيا 2 مفاعلات عاملة، وواحد مفاعل بحثي. - تملك الهند 10 مفاعلات عاملة، و4 مفاعلات قيد الانشاء، و5 مفاعلات بحثية. - لدى دولة المكسيك مفاعلان عاملان، و3 مفاعلات بحثية. - تملك الارجنتين مفاعلان عاملان، وواحد قيد الانشاء، و5 مفاعلات بحثية. - لدى البرازيل مفاعل عامل، ومفاعل قيد الانشاء، ومفاعل بحثي. - تملك باكستان مفاعل واحد عامل، وواحد قيد الانشاء، واثنان مفاعلات بحيثة. - لدى ايران مفاعلان نوويان قيد الانشاء، واربعة مفاعلات بحثية. 3 - فيصبح الاجمالي العام للمفاعلات الخاصة بالطاقة: 33 مفاعلا عاملا، و19 قيد الانشاء، و36 مفاعلا من النوع البحثي. بينما يملك العالم، في الوقت الحاضر ما يناهز 437 مفاعل طاقة عامل، و36 قيد الانشاء و257 مفاعل للابحاث. فتصبح النسبة على التوالي 5،7 - 52 - 14. بينما يملك العالم في الوقت الحاضر ما يناهز 437 مفاعل طاقة عاملا، و 36 قيد الانشاء و 251 مفاعلا من النوع ابحثي.
رابعا: الاخطار القادمة من مفاعل "ديمونة" الاسرائيلي الذي يقع في صحراء النقب
حيث ادعت اسرائيل - وقتئذ - انه مصنع نسيج، حتى اعترف ديفيد بن غوريون اول رئيس وزراء اسرائيلي في [IMG]resource://skype_ff_extension-at-jetpack/skype_ff_extension/data/call_skype_logo.png[/IMG]21 - 12 - 1960. بحقيقته ويحاط بدرجة عالية جدا من الامان والسرية. انشىء بمساعدة فرنسية مباشرة عام 1955 وبدأ تشغيله في آخر عام 1963، طاقته المعلنة 25 ميغاوات، وتسربت معلومات عن مضاعفة قدرته ثلاث مرات او اكثر، حيث اعلنت مجلة الايكونومست البريطانية ان الخبراء الاسرائيليين قد ضاعفوا طاقة مفاعل ديمونا الى 70 ميغاوات، وهو ما يعني رفع انتاجه البلوتونيوم الى 35 كلغ سنويا في حين اشار مسؤول بهيئة الطاقة الذرية المصرية الى ان الخبراء الاسرائيليين قد اجروا تعديلات على المفاعل بموجبها تم رفع قدرة المفاعل الى 155 ميغاوات. دخل ديمونا طور العمل في كانون الاول 1963 ويشبه في تصميمه مفاعل سافانا ريفر الاميركي في كارولينا الجنوبية الذي ينتج مادة البلوتونيوم 239 (PU - 932) المستخدم في صناعة القنابل النووية الاميركية. يقع المفاعل في قلب صحراء النقب داخل المنطقة التي تحتوي على مخزونات هائلة من الفوسفات واحتياطي معروف من اليورانيوم يقدر ب 25000 طن في منطقتي اراد و اورون، ويشتمل على عدد من الابنية المنفصلة التي يطلق عليها ميشون،
ويوجد حاليا تسعة ميشونات عاملة اربعة منها رقم (1)، (2)، (8) (9) مخصصة لصنع الاسلحة النووية، والباقي مخصصة للخدمات الاساسية وهي على النحو التالي: -
ميشون 1: له قبة قطرها نحو 18 مترا، وهو المفاعل النووي الذي بناه الفرنسيون.
ميشون 2: مفاعل انتاج البلوتونيوم، ومعمل فصل الليثيوم - 6، ومعمل انتاج التريتيوم، وصناعة كرات البلوتونيوم المعدنية البريليوم وبعض اجزاء الاسلحة النووية الاخرى.
ميشون 3: موقع انتاج اليورانيوم الطبيعي من رواسب اليورانيوم، اكسيد اليورانيوم واعادة تشكيل اليورانيوم المستعمل، الذي يتم فصله في ميشون - 2 عن عناصر الوقود المستهلكة، وارسال معدن اليورانيوم الى ميشون - 5 وتحويل الليثيوم الى مادة صلبة لانتاج التريتيوم في المفاعل.
ميشون 4: يعمل معالجة النفايات ذات النشاط الاشعاعي، حيث تخزن النفايات المشعة على هيئة سائل في خزانات، وتخلط النفايات ذات النشاط الاشعاعي المنخفض بالقطران، وتدفن في باطن الصحراء داخل عبوات ضخمة.
ميشون 5: معمل تصنيع وقود المفاعل، حيث تغلف قضبان اليورانيوم الصلبة بالالومنيوم
ميشون 6: لتأمين الخدمات الضرورية كالبخار والكهرباء والكيماويات.. الخ.
ميشون 7: غير معلوم تفاصيل ما يجري بداخله.
ميشون 8: معمل انتاج اليورنيوم المخصب ب الطرد المركزي ومختبر نقاء العينات الناتجة في ميشون 2 واختبار الاساليب الجديدة في التصنيع.
ميشون 9: ويتم فيه اجراء الاختبارات على فصل نظائر اليورانيوم بوساطة الليزر.
ميشون 10: ويستخلص فيه اليورنيوم المستنفذ اي الذي لا يحتوي الا نسبة قليلة من اليورانيوم - 235، ولا يصلح وقودا للمفاعل ويستخدم في الرؤوس المستدقة لقذاف المدفعية الخارقة للدروع
رد مع اقتباس
