""""الـــمــــفـــــاعـــــــل الـــــنـــــــــــووي""""
يصل نسبة محطات توليد الطاقة الكهربية التي تعمل بالطاقة النووية في العالم حوالي 17%، ففي فرنسا مثلا تعتمد بنسبة 75% على المحطات النووية لتوليد الطاقة الكهربية. بينما في الولايات المتحدة الأمريكية فإنها تعتمد على المحطات النووية بنسبة لا تزيد عن 15% ويصل عدد المحطات النووية في العالم حسب إحصائيات الوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى 400 محطة نووية منها 100 في الولايات المتحدة.
"معلومات مهمة"
"اليورانيوم"
اليورانيوم يستخدم في المحطات النووية ‘وهو عنصر أساسي في تكوين النجوم ‘ولليورانيوم نظائر مثل
u-238 الذي يوجد في الطبيعة بنسبة %99 وهذا النظير له نشاط أشعاعي كبير ويقدر بعمر نصف الحياة له إلى 4.5 بليون سنة‘والنظائر الآخرة نادرة ومصدرها تحويل هذه النظير إلى u-235 أو u234 من جلال إشعاعات جسيمات
ألفا و بيتا وتبقى نواة اليورانيوم نشطه إشعاعيا وتتحول ضمن سلسلة من التحولات إلى عنصر الرصاص الذي ليس له
أي نشاط أشعاعي.
"اليورانيوم 235-"
يتمتع بخاصية جعلت منه عنصر ذو أهمية في المفاعل النووي و في القنبلة النووية أيضاً . فهوا يضمحل بنفس الطريقة اضمحلال u-238 إلا انه ينشطر تلقائياً مع الزمن
ويمكن التحكم في انشطاره ليصبح انشطار استحثاثي من خلال امتصاص النيوترونات
الحرة .
"الانشطار النووي"
الانشطار النووي لنواة اليورانيوم-235 ويتم بامتصاص النواة للنيوترونات الساقطة ‘
وبمجرد امتصاصها لنيترون تنقسم الذرة إلى ذرتين وتنطلق نيوترونين أو ثلاثة جديدة
وتنطلق الطاقة الناتجة عن الانشطار في صورة أشعة جاما وتعمل النيوترونات المتحررة من الانشطار على الاصطدام بأنوية u-235 أخرى وتتكرر هذه العملية في انشطار نووي متسلسل.
تحدث عملية امتصاص النيوترونات والانشطار النووية لليورانيوم- 235بسرعة كبيرة جداً حيث لا تستغرق هذه العملية أكثر من بيكو ثانية أي (1x10-12) ثانية. وخلال فترة زمنية صغيرة جداً نحصل على طاقة هائلة تنطلق في صورة حرارة وإشعاعات جاما و تأتي هذه الطاقة الهائلة من قانون تكافؤ الطاقة والكتلة لاينشتين وهو أن الطاقة تساوي حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء وبالتالي إي كتلة صغيرة نضربها في مربع سرعة الضوء يؤدي إلى طاقة هائلة ويكتب قانون تكافؤ الطاقة والكتلة
E = mc2
والكتلة التي تتحول إلى طاقة في الانشطار النووي لليورانيوم- 235تأتي من إن كتلة النواة الأم اكبر من كتلة نواة الذرتين المنشطرتين وبالتالي فرق الكتلة هذا هو مصدر الطاقة الهائلة التي تتولد عن الانشطار النووي لليورانيوم-235 والتي تقدر بحوالي 200 مليون إلكترون فولت من طاقة تتحرر من كل ذرة يورانيوم-235 وتخيل كم عدد الذرات التي تكون في قطعة من اليورانيوم بحكم كرة تنس ولتصور كم الطاقة الهائل المتحرر من انشطارات في ذرات اليورانيوم في هذا الحجم الصغير يعادل انفجار 20 مليون لتر من الوقود.
واليورانيوم المستخدم في المفاعل النووي للحصول على الطاقة الكهربية مطعم بنسبة لا تزيد عن 3% بذرات اليورانيو- 235وبالمناسبة اليورانيوم المستخدم في القنبلة النووية يحتوي على نسبة لا تقل عن 90% من اليورانيوم-235.
"الوقود النووي"
الوقود النووي هو اليورانيوم-235 والذي يتم تحضيره في صورة أقراص دائرية في حدود 3.5 سم ويتم ترتيب هذه الأقراص فوق بعضها البعض لتشكيل عصا طويلة من أقراص اليورانيوم ويتم تجميع هذه العصي في شكل حزمة وتغمر في الماء الثقيل داخل وعاء تحت ضغط كبيــــــــر ويعمل الماء على تبريد اليورانيوم . وللسيطرة على التفاعل الانشطاري الذي يحدث بدون توقف
يتم وضع مادة تمتص النيوترونات تسمى مادة التحكم وتكون في شكل عصا يتم تحريكها بالنسبة لحزم اليورانيوم فيمكن زيادة التفاعل الانشطاري عن طريق سحبها للخارج أو تقليل التفاعل الانشطاري بإدخال مادة التحكم أكثر بين حزم اليورانيوم -235 .
وبدون مادة التحكم ترتـــفع درجة الحرارة بالرغم من وجود الماء وتنصهر كل اليورانيوم ويحدث……ويحدث ….انفجار لا يحمد عقباه.
وقود اليورانيوم-235 مصدر للطاقة الحرارية ،فعندما يبدأ التفاعل الانشطاري تتحرر طاقة حرارية تعمل على تسخين الماء المستخدم للتبريد مما ترتفع درجة حرارتة بسرعة ويتبخر.
ويتم توجيه بخار الماء إلى التوربينات البخارية التي تدور بفعل طاقة البخار وتتولد الطاقة الكهربية وتستمر عملية التفاعل الانشطاري لتوليد الحرارة اللازمة لتحويل الماء إلى بخار وتستمر عملية الحصول على التيار الكهربائي بدون انقطاع.
"مكونات المفاعل النووي"
الفكرة الفيزيائية لعمل المفاعل النووي هي واحدة في كل المفاعلات ولكن هناك نظامين مختلفين للتبريد حيث في النظام الأول يستخدم الماء المضغوط الذي يمكن إن ترتفع درجة حرارته إلى مئات الدرجات المئوية قبل إن يتحول إلى بخار ويستخدم الماء المضغوط كمصدر للحرارة لتحويل الماء إلى بخار في دائرة ثانوية أخرى منفصلة عن دائرة التبريد بينما في الأنواع الأخرى من المفاعلات يتم ماء التبريد الذي ارتفعت درجة حرارته وتحول إلى بخار مباشرة لتحريك التوربينات وهنا تكون دائرة رئيسية واحدة.
"المخاطر الناجمة عند الخلل في المفاعل النووي"
إن استخدام المفاعلات النووية لتوليد الطاقة الكهربية تعتبر ميزة كبيرة عن استخدام الفحم لتوليد الحرارة اللازمة الطاقة الكهربية لان الغازات الناتجة عن الاحتراق مثل غازات الكربون والكبريت وغيره من الغازات الناتجة هي غازات سامة وملوثة للبيئة وتنتج بكميات كبيرة بالمقارنة بالعادم الناتج عن المفاعلات النووية، وبالرغم من كل هذا إلا أن أي خلل قد يحدث في المفاعل النووي قد يسبب كارثة بشرية لا يحمد عقباها مثل كارثة تشورنوبل التي نتج عنها آلاف الأطنان من المواد المشعة التي تسربت إلى الجو، كما أن الوقود الناتج من المفاعل النووي يعتبر مواد خطرة ويستمر تأثيرها لآلاف السنين ولا يمكن التخلص منها بسهولة، كما أن نقل الوقود النووي يعتبر عملية خطرة بالرغم انه لم تحدث أي مشاكل تذكر. ولهذه المخاطر لم يتم الاعتماد على توليد الطاقة الكهربية بواسطة الطاقة النووية بنسبة كبيرة وكما ذكرت في بداية هذا المقال فإن الاعتماد على الحصول على الكهرباء من الطاقة النووية لم يتجاوز 17%.
أقراص اليورانيوم أو الوقود النووي الذي يظهر بالون الأسود في الصورة حزمة من اليورانيوم المرصوص وبداخله فتحات لإدخال مادة التحكم
يصل نسبة محطات توليد الطاقة الكهربية التي تعمل بالطاقة النووية في العالم حوالي 17%، ففي فرنسا مثلا تعتمد بنسبة 75% على المحطات النووية لتوليد الطاقة الكهربية. بينما في الولايات المتحدة الأمريكية فإنها تعتمد على المحطات النووية بنسبة لا تزيد عن 15% ويصل عدد المحطات النووية في العالم حسب إحصائيات الوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى 400 محطة نووية منها 100 في الولايات المتحدة.
"معلومات مهمة"
"اليورانيوم"
اليورانيوم يستخدم في المحطات النووية ‘وهو عنصر أساسي في تكوين النجوم ‘ولليورانيوم نظائر مثل
u-238 الذي يوجد في الطبيعة بنسبة %99 وهذا النظير له نشاط أشعاعي كبير ويقدر بعمر نصف الحياة له إلى 4.5 بليون سنة‘والنظائر الآخرة نادرة ومصدرها تحويل هذه النظير إلى u-235 أو u234 من جلال إشعاعات جسيمات
ألفا و بيتا وتبقى نواة اليورانيوم نشطه إشعاعيا وتتحول ضمن سلسلة من التحولات إلى عنصر الرصاص الذي ليس له
أي نشاط أشعاعي.
"اليورانيوم 235-"
يتمتع بخاصية جعلت منه عنصر ذو أهمية في المفاعل النووي و في القنبلة النووية أيضاً . فهوا يضمحل بنفس الطريقة اضمحلال u-238 إلا انه ينشطر تلقائياً مع الزمن
ويمكن التحكم في انشطاره ليصبح انشطار استحثاثي من خلال امتصاص النيوترونات
الحرة .
"الانشطار النووي"
الانشطار النووي لنواة اليورانيوم-235 ويتم بامتصاص النواة للنيوترونات الساقطة ‘
وبمجرد امتصاصها لنيترون تنقسم الذرة إلى ذرتين وتنطلق نيوترونين أو ثلاثة جديدة
وتنطلق الطاقة الناتجة عن الانشطار في صورة أشعة جاما وتعمل النيوترونات المتحررة من الانشطار على الاصطدام بأنوية u-235 أخرى وتتكرر هذه العملية في انشطار نووي متسلسل.
تحدث عملية امتصاص النيوترونات والانشطار النووية لليورانيوم- 235بسرعة كبيرة جداً حيث لا تستغرق هذه العملية أكثر من بيكو ثانية أي (1x10-12) ثانية. وخلال فترة زمنية صغيرة جداً نحصل على طاقة هائلة تنطلق في صورة حرارة وإشعاعات جاما و تأتي هذه الطاقة الهائلة من قانون تكافؤ الطاقة والكتلة لاينشتين وهو أن الطاقة تساوي حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء وبالتالي إي كتلة صغيرة نضربها في مربع سرعة الضوء يؤدي إلى طاقة هائلة ويكتب قانون تكافؤ الطاقة والكتلة
E = mc2
والكتلة التي تتحول إلى طاقة في الانشطار النووي لليورانيوم- 235تأتي من إن كتلة النواة الأم اكبر من كتلة نواة الذرتين المنشطرتين وبالتالي فرق الكتلة هذا هو مصدر الطاقة الهائلة التي تتولد عن الانشطار النووي لليورانيوم-235 والتي تقدر بحوالي 200 مليون إلكترون فولت من طاقة تتحرر من كل ذرة يورانيوم-235 وتخيل كم عدد الذرات التي تكون في قطعة من اليورانيوم بحكم كرة تنس ولتصور كم الطاقة الهائل المتحرر من انشطارات في ذرات اليورانيوم في هذا الحجم الصغير يعادل انفجار 20 مليون لتر من الوقود.
واليورانيوم المستخدم في المفاعل النووي للحصول على الطاقة الكهربية مطعم بنسبة لا تزيد عن 3% بذرات اليورانيو- 235وبالمناسبة اليورانيوم المستخدم في القنبلة النووية يحتوي على نسبة لا تقل عن 90% من اليورانيوم-235.
"الوقود النووي"
الوقود النووي هو اليورانيوم-235 والذي يتم تحضيره في صورة أقراص دائرية في حدود 3.5 سم ويتم ترتيب هذه الأقراص فوق بعضها البعض لتشكيل عصا طويلة من أقراص اليورانيوم ويتم تجميع هذه العصي في شكل حزمة وتغمر في الماء الثقيل داخل وعاء تحت ضغط كبيــــــــر ويعمل الماء على تبريد اليورانيوم . وللسيطرة على التفاعل الانشطاري الذي يحدث بدون توقف
يتم وضع مادة تمتص النيوترونات تسمى مادة التحكم وتكون في شكل عصا يتم تحريكها بالنسبة لحزم اليورانيوم فيمكن زيادة التفاعل الانشطاري عن طريق سحبها للخارج أو تقليل التفاعل الانشطاري بإدخال مادة التحكم أكثر بين حزم اليورانيوم -235 .
وبدون مادة التحكم ترتـــفع درجة الحرارة بالرغم من وجود الماء وتنصهر كل اليورانيوم ويحدث……ويحدث ….انفجار لا يحمد عقباه.
وقود اليورانيوم-235 مصدر للطاقة الحرارية ،فعندما يبدأ التفاعل الانشطاري تتحرر طاقة حرارية تعمل على تسخين الماء المستخدم للتبريد مما ترتفع درجة حرارتة بسرعة ويتبخر.
ويتم توجيه بخار الماء إلى التوربينات البخارية التي تدور بفعل طاقة البخار وتتولد الطاقة الكهربية وتستمر عملية التفاعل الانشطاري لتوليد الحرارة اللازمة لتحويل الماء إلى بخار وتستمر عملية الحصول على التيار الكهربائي بدون انقطاع.
"مكونات المفاعل النووي"
الفكرة الفيزيائية لعمل المفاعل النووي هي واحدة في كل المفاعلات ولكن هناك نظامين مختلفين للتبريد حيث في النظام الأول يستخدم الماء المضغوط الذي يمكن إن ترتفع درجة حرارته إلى مئات الدرجات المئوية قبل إن يتحول إلى بخار ويستخدم الماء المضغوط كمصدر للحرارة لتحويل الماء إلى بخار في دائرة ثانوية أخرى منفصلة عن دائرة التبريد بينما في الأنواع الأخرى من المفاعلات يتم ماء التبريد الذي ارتفعت درجة حرارته وتحول إلى بخار مباشرة لتحريك التوربينات وهنا تكون دائرة رئيسية واحدة.
"المخاطر الناجمة عند الخلل في المفاعل النووي"
إن استخدام المفاعلات النووية لتوليد الطاقة الكهربية تعتبر ميزة كبيرة عن استخدام الفحم لتوليد الحرارة اللازمة الطاقة الكهربية لان الغازات الناتجة عن الاحتراق مثل غازات الكربون والكبريت وغيره من الغازات الناتجة هي غازات سامة وملوثة للبيئة وتنتج بكميات كبيرة بالمقارنة بالعادم الناتج عن المفاعلات النووية، وبالرغم من كل هذا إلا أن أي خلل قد يحدث في المفاعل النووي قد يسبب كارثة بشرية لا يحمد عقباها مثل كارثة تشورنوبل التي نتج عنها آلاف الأطنان من المواد المشعة التي تسربت إلى الجو، كما أن الوقود الناتج من المفاعل النووي يعتبر مواد خطرة ويستمر تأثيرها لآلاف السنين ولا يمكن التخلص منها بسهولة، كما أن نقل الوقود النووي يعتبر عملية خطرة بالرغم انه لم تحدث أي مشاكل تذكر. ولهذه المخاطر لم يتم الاعتماد على توليد الطاقة الكهربية بواسطة الطاقة النووية بنسبة كبيرة وكما ذكرت في بداية هذا المقال فإن الاعتماد على الحصول على الكهرباء من الطاقة النووية لم يتجاوز 17%.
أقراص اليورانيوم أو الوقود النووي الذي يظهر بالون الأسود في الصورة حزمة من اليورانيوم المرصوص وبداخله فتحات لإدخال مادة التحكم
