الطاقة هي واحدة من أعظم احتياجات الإنسان من العصور القديمة إلى عصرنا. بدون طاقة، لا يمكننا تلبية احتياجاتنا والقيام بعملنا اليومي. لذلك، يتميز العصر الحديث بخلق مصادر جديدة للطاقة، مثل المشتقات البترولية.
كما تم اكتشاف الطاقة النووية، والتي أصبحت نقطة تحول مهمة في مجال الطاقة، لذلك سنتحدث في هذا المقال عن مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية.
الفهم العام للطاقة النووية
الطاقة النووية هي نواة ذات نواتين أصغر وتولد طاقة عالية جدًا.
وهذا ما يسمى طاقة الانشطار النووي، وهناك نوع آخر من الطاقة النووية، وهي الطاقة من اندماج نوى الهيدروجين لتكوين نواة واحدة وإنتاج طاقة هائلة، وهذا ما يسمى الطاقة النووية الحرارية.
انظر أيضاً: تعريف الطاقة وتحولاتها
استخدام الطاقة النووية
تم اكتشاف الطاقة النووية منذ أكثر من مائة عام واستخدمت في العديد من المجالات، منها:
- علوم الفضاء: لعبت الطاقة النووية دورًا مهمًا في استكشاف الفضاء.
- تم تجهيز سفن الفضاء بمحركات نووية تعمل بطاقة النظائر المشعة.
- تتميز هذه المحركات بأنها تعمل لفترة طويلة دون الحاجة للتزود بالوقود.
- بالإضافة إلى ذلك، لا يتطلب صيانة وإصلاح.
- توليد الطاقة: يعتبر توليد الطاقة من أهم استخدامات الطاقة الذرية.
- ينتج كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية النظيفة التي لا تلوث البيئة.
- على سبيل المثال، يتم إنتاج 20٪ من الكهرباء في الولايات المتحدة الأمريكية بواسطة الطاقة النووية.
- التشخيص الطبي: ساعدت الطاقة النووية على فتح آفاق جديدة في التشخيص الطبي الحديث.
- حيث تم رصد الأورام السرطانية بالنظائر المشعة.
- كما ساعدت الطاقة التي تنتجها النظائر المشعة في إزالة العديد من الأورام والحد من انتشارها.
- تطوير الطب الشرعي: حيث تم استخدام النظائر المشعة لتتبع الآثار والأدلة الجنائية في قضايا الجرائم.
- خاصة التأثير على الزجاج والأرضيات والأبواب.
- هذه الطريقة مفيدة أيضًا في تتبع تأثير البارود وأنواع مختلفة من السموم.
- البحوث الزراعية: تم استخدام النظائر المشعة في عمليات مكافحة الآفات الزراعية.
- تجعل الطاقة المنبعثة من النظائر المشعة ذكور الحشرات والبكتيريا التي تهاجم النباتات عقيمة.
- وبهذه الطريقة يمنع تكاثره ويقضي عليه مما يساهم في جودة المواسم دون الحاجة إلى مبيدات.
كيف تعمل الطاقة النووية؟
قبل الحديث عن مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية نلخص آلية تكوين الطاقة النووية بالنقاط التالية:
- تتكون نواة أي ذرة من البروتونات والنيوترونات.
- نظرًا لأن النواة تظل في حالة مستقرة، فإن الأمر يتطلب قدرًا هائلاً من الطاقة، وبالتالي عندما نفصل البروتونات عن النيوترونات، فإنها ستطلق كمية كبيرة جدًا من الطاقة التي يمكننا استخدامها في العديد من المجالات.
- تعتبر ذرات اليورانيوم ثقيلة لأنها تحتوي على 92 بروتونًا.
- الطاقة التي تربط البروتونات والنيوترونات منخفضة نسبيًا.
- لذلك نحن نقصف نواة ذرة اليورانيوم بالنيوترونات.
- مما يسبب تفاعلات سلسلة الانشطار والتي تنتج الكثير من الطاقة.
- يتم التحكم في هذه الطاقة واستخدامها لتسخين المياه وتحويلها إلى بخار تحت ضغط عالٍ.
- حيث يقوم هذا البخار بتدوير توربينات توربينات محطات توليد الكهرباء وبالتالي توليد الكهرباء.
مما تتكون المفاعلات النووية؟
تتكون المفاعلات النووية، التي تعمل على أساس التفاعلات الانشطارية لذرات اليورانيوم بعد القصف بالنيوترونات، من الأجزاء التالية:
- وقود المفاعلات النووية: اليورانيوم هو الوقود الأساسي للمفاعل النووي.
- حيث يتم احتواء أكسيد اليورانيوم في أنابيب موازية لقلب مفاعل نووي.
- ثم يتم تزويد المفاعل بالطاقة اللازمة لبدء عملية الانشطار النووي.
- مادة معدلة: عندما توضع المواد في قلب مفاعل نووي لإبطاء سرعة النيوترونات المنتجة أثناء انشطار اليورانيوم.
- ومن ثم إعادة استخدام تلك النيوترونات في عمليات انشطار أخرى، ومن بين تلك المواد المعدلة الماء الثقيل والجرافيت.
- أنابيب التحكم في المفاعل: وهي قضبان خاصة قادرة على التحكم في عدد النيوترونات الناتجة عن تفاعلات الانشطار النووي.
- حيث يدخل ويخرج من قلب المفاعل حسب التسلسل المطلوب للتفاعلات النووية.
- المبردات: هي السوائل التي يتم ضخها في قلب المفاعل بشكل أساسي لتبريده.
- وكذلك نقل الحرارة من التفاعلات النووية للاستفادة منها.
- الماء هو أحد المبردات الرئيسية المستخدمة في تبريد المفاعلات النووية.
- خزان الضغط: هذا خزان أو حاوية كبيرة مصنوعة من الفولاذ المقوى.
- فهو يجمع بين جوهر المفاعل النووي والمبرد والمعدِّل.
- يراقب المبرد ويحدد حركة السائل الموجود فيه ويراقب درجة الحرارة أيضًا.
- المراجل البخارية: المراجل البخارية جزء من نظام تبريد المفاعل.
- يستقبل الماء المغلي من المبرد ويزداد ضغط البخار فيه لتشغيل توربينات التوربينات البخارية.
- يحيط الهيكل الخارجي بجميع أجزاء المفاعل النووي لحمايته في المقام الأول وكذلك لحماية البيئة من أي تسرب إشعاعي.
إقرأ أيضاً: الكيمياء النووية
مزايا وعيوب استخدام الطاقة الذرية
تتمتع الطاقة النووية بالعديد من المزايا بالإضافة إلى بعض العيوب ومن أهم مزايا الطاقة النووية:
- من أهم مصادر الطاقة النظيفة: الطاقة النووية هي طاقة نظيفة تمامًا، فهي لا تلوث الهواء والبيئة.
- لذلك، يتم الاعتماد عليها في معظم البلدان المتقدمة، على سبيل المثال، تنتج الولايات المتحدة حوالي 800 مليار كيلوواط / ساعة سنويًا.
- وهو 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 طوال أيام الأسبوع لأنها لا تحتاج إلى التشغيل مرة واحدة فقط في السنة.
- توفير عدد كبير من الوظائف: تعد التكنولوجيا النووية أحد القطاعات التي توفر عددًا كبيرًا من الوظائف.
- على سبيل المثال، هناك حوالي نصف مليون موظف في صناعة الطاقة النووية في الولايات المتحدة.
- كما يساهم القطاع النووي بنحو ستين مليار دولار في الناتج المحلي الإجمالي.
- تكاليف تشغيل منخفضة: الكهرباء المنتجة من المفاعلات النووية أقل بكثير من الكهرباء المنتجة من الغاز أو الوقود.
- بغض النظر عن تكلفة المفاعل النووي، تعتبر الطاقة المنتجة بعد بدء تشغيل المفاعل منخفضة.
مساوئ الطاقة النووية
لاستخدام الطاقة النووية العديد من العيوب منها:
- التكاليف الباهظة: من أهم عيوب الطاقة النووية ارتفاع تكلفة بناء وإقامة المفاعلات النووية.
- وبلغت تكلفة بناء مفاعل نووي عام 2004 حوالي تسعة مليارات دولار أمريكي.
- بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة تخزين النفايات النووية في الثلاجة أو التخلص منها.
- حوادث كارثية: المفاعلات النووية تطلق قنابل موقوتة رغم كل إجراءات السلامة.
- ونتيجة للحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية، بلغ عدد الضحايا نحو عشرة آلاف شخص، إضافة إلى التلوث الإشعاعي الذي حدث.
- كميات كبيرة من النفايات النووية: والتي عادة ما يتم تخزينها بأمان، ولكنها تسبب بعض التلوث الإشعاعي.
انظر هنا: مصادر الطاقة غير المتجددة
أخيرًا، في هذا المقال تحدثنا بالتفصيل عن الطاقة النووية ومزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية وأقسام وأجزاء المفاعل النووي.