الطاقة هي واحدة من أعظم احتياجات الإنسان منذ العصور القديمة وحتى الوقت الحاضر. بدون طاقة لا نستطيع تلبية احتياجاتنا والقيام بعملنا اليومي، لذلك يتميز العصر الحديث بخلق مصادر جديدة للطاقة مثل مصادر النفط.
كما تم اكتشاف الطاقة النووية، وهو تغيير كبير في مجال الطاقة، لذلك سنناقش في هذا المقال مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية.
المفهوم العام للطاقة النووية
الطاقة النووية هي الاسم الذي يطلق على الطاقة التي تنتجها نواة الذرة، والتي تتكون من البروتونات والنيوترونات. عندما يتم قصف نواة الذرة بواسطة نيوترون، يحدث عدم استقرار. يحدث داخل النواة، مما يؤدي إلى انقسام النواة إلى نواتين أصغر ويولد كمية هائلة من الطاقة.
وهي تسمى الطاقة النووية الانشطارية، وهناك نوع آخر من الطاقة النووية وهي الطاقة التي تنتج من اندماج نوى الهيدروجين لإعطاء نواة وتوليد طاقة كبيرة وتسمى الطاقة النووية الاندماجية.
انظر أيضاً: تعريف الطاقة وتغيراتها
استخدام الطاقة النووية
تم اكتشاف الطاقة النووية منذ أكثر من مائة عام، ويتم استخدامها في العديد من المجالات، بما في ذلك:
- علوم الفضاء: تلعب الطاقة النووية دورًا رئيسيًا في استكشاف الفضاء.
- تحتوي المركبة الفضائية على محركات نووية تعمل بطاقة النظائر المشعة.
- تتميز هذه المحركات بأنها تعمل لفترات طويلة دون الحاجة إلى إعادة التزود بالوقود.
- بالإضافة إلى ذلك، لا يتطلب صيانة أو إصلاح.
- توليد الكهرباء: يعتبر توليد الكهرباء من أهم استخدامات الطاقة النووية.
- ينتج الكثير من الطاقة الكهربائية النظيفة دون التسبب في أي تلوث بيئي.
- على سبيل المثال، يتم إنتاج 20٪ من الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة الأمريكية بواسطة الطاقة النووية.
- التشخيص الطبي: ساهمت الطاقة النووية في فتح آفاق جديدة في التشخيص الطبي الحديث.
- حيث يتم رصد الأورام السرطانية بالنظائر المشعة.
- كما ساعدت الطاقة المتولدة من النظائر المشعة في إزالة العديد من الأورام والعمل على الحد من انتشارها.
- تطور علم الطب الشرعي: حيث تستخدم النظائر المشعة لتتبع الآثار والأدلة الجنائية في حالة الجرائم.
- خاصة الزجاج والأرضية وتأثيرات الباب.
- هذه الطريقة مفيدة أيضًا في تتبع تأثير البارود وأنواع مختلفة من السموم.
- البحوث الزراعية: تستخدم تطبيقات النظائر المشعة في عمليات مكافحة الآفات الزراعية.
- الطاقة المنبعثة من النظائر المشعة تجعل ذكور الحشرات والبكتيريا التي تهاجم النباتات عقيمة.
- وبذلك يمنع التكاثر ويقضي عليه مما يساهم في الحصول على مواسم عالية الجودة دون الحاجة إلى استخدام المبيدات.
كيف تعمل الطاقة النووية؟
قبل الحديث عن مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية، دعونا نلخص آلية تكوين الطاقة النووية في النقاط التالية:
- تتكون نواة أي ذرة من البروتونات والنيوترونات.
- نظرًا لأن النواة تظل في حالة مستقرة فهي تتطلب الكثير من الطاقة، وبالتالي إذا فصلنا البروتونات عن النيوترونات، فسوف يتسبب ذلك في إطلاق طاقة كبيرة جدًا يمكننا استغلالها في العديد من المجالات.
- تعتبر ذرات اليورانيوم ثقيلة لأنها تحتوي على 92 بروتونًا.
- طاقة الارتباط للبروتونات والنيوترونات منخفضة نسبيًا.
- لذلك نقصف نواة ذرة يورانيوم بالنيوترون.
- مما يتسبب في حدوث تفاعلات الانشطار التسلسلي، مما ينتج عنه الكثير من الطاقة.
- يتم التحكم في هذه الطاقة واستخدامها لتسخين المياه وتحويلها إلى بخار عالي الضغط.
- حيث يقوم هذا البخار بتدوير التوربينات في التوربينات في المحطات الكهربائية، وبالتالي توليد الكهرباء.
ما هي المفاعلات النووية؟
تتكون المفاعلات النووية التي تعمل على أساس التفاعلات الانشطارية لذرات اليورانيوم بعد قصفها بالنيوترونات من الأجزاء التالية:
- وقود المفاعلات النووية: اليورانيوم هو الوقود الرئيسي للمفاعلات النووية.
- حيث يوضع أكسيد اليورانيوم في أنابيب موازية لقلب المفاعل النووي.
- ثم يتم إعطاء المفاعل الطاقة اللازمة لبدء عملية الانشطار النووي.
- معدل المواد: حيث يتم وضع المواد في قلب مفاعل نووي لإبطاء سرعة النيوترونات المنتجة في عملية انشطار اليورانيوم.
- ومن ثم إعادة استخدام هذه النيوترونات في عمليات انشطار أخرى، وبين المواد المعدلة، الماء الثقيل والجرافيت.
- أنابيب التحكم في المفاعلات: وهي قضبان خاصة قادرة على التحكم في كمية النيوترونات الناتجة عن تفاعلات الانشطار النووي.
- حيث يتم إدخالها وإخراجها من قلب المفاعل حسب التسلسل المطلوب للتفاعلات النووية.
- سوائل التبريد: هي السوائل التي يتم ضخها في قلب المفاعل بشكل أساسي لتبريده.
- وكذلك نقل الحرارة الناتجة عن التفاعلات النووية للاستفادة منه.
- الماء هو أحد سوائل التبريد الرئيسية المستخدمة في تبريد المفاعلات النووية.
- خزان الضغط: هو خزان أو حاوية كبيرة من الفولاذ المقوى.
- فهو يجمع بين جوهر المفاعل النووي والمبرد والمعدِّل.
- يتحكم في المبرد ويحدد حركة السائل بداخله وكذلك التحكم في درجة الحرارة.
- المرجل البخاري: المراجل البخارية جزء من نظام تبريد المفاعل.
- يستقبل الماء المغلي من المبرد ويرفع ضغط البخار بداخله لتدوير توربينات التوربينات البخارية.
- هيكل خارجي يحيط بجميع أجزاء المفاعل النووي لحمايته أولاً، وكذلك حماية البيئة من أي تسرب إشعاعي.
اقرأ أيضًا: الكيمياء النووية
مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية
للطاقة النووية مزايا عديدة بالإضافة إلى بعض العيوب ومن أهم مزايا الطاقة النووية:
- من أهم مصادر الطاقة النظيفة: الطاقة النووية هي طاقة نظيفة تمامًا، لأنها لا تسبب أي تلوث للهواء أو البيئة.
- لذلك، تعتمد عليها معظم الدول المتقدمة، على سبيل المثال، تنتج الولايات المتحدة حوالي 800 مليار كيلوواط / ساعة كل عام.
- أي ما يعادل التلوث الناتج عن 100 مليون سيارة.
- من أهم مصادر الطاقة الموثوقة: الطاقة النووية مصدر آمن وموثوق للطاقة.
- تعمل المفاعلات النووية على مدار الساعة دون توقف، لأنها لا تحتاج إلى تزويدها بالطاقة مرة واحدة فقط في العام.
- توفير المزيد من فرص العمل: تعد التكنولوجيا النووية من القطاعات التي توفر المزيد من فرص العمل.
- على سبيل المثال، يعمل حوالي نصف مليون موظف في قطاع الطاقة النووية في الولايات المتحدة.
- كما يساهم القطاع النووي بنحو ستين مليار دولار في الناتج المحلي الإجمالي.
- تكاليف تشغيل منخفضة: الطاقة الكهربائية المنتجة من المفاعلات النووية أقل بكثير من تكلفة الكهرباء المنتجة من استخدام الغاز أو الوقود.
- بغض النظر عن تكلفة المفاعل النووي، تعتبر الطاقة المتولدة بعد بدء تشغيل المفاعل منخفضة التكلفة.
مساوئ الطاقة النووية
لاستخدام الطاقة النووية العديد من العيوب منها:
- التكلفة الباهظة: من أهم سلبيات الطاقة النووية ارتفاع تكلفة بناء وتشييد المفاعلات النووية.
- وبلغت تكلفة بناء مفاعل نووي عام 2004 حوالي تسعة مليارات دولار أمريكي.
- بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة تخزين النفايات النووية في المبرد أو التخلص منها.
- حوادث كارثية: المفاعلات النووية قنبلة موقوتة رغم كل إجراءات الأمان المتخذة.
- في حادث مفاعل تشيرنوبيل، بلغ عدد الضحايا حوالي عشرة آلاف شخص، بالإضافة إلى التلوث الإشعاعي الذي حدث.
- كمية كبيرة من النفايات النووية: وهي عادة ما تبقى آمنة ولكنها تسبب نسبة من التلوث الإشعاعي.
انظر هنا: مصادر الطاقة غير المتجددة
أخيرًا في هذا المقال نتحدث عن الطاقة النووية بالتفصيل، وكذلك مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية، بالإضافة إلى الحديث عن أقسام وأجزاء المفاعل النووي.