تعد الطاقة من أكبر الاحتياجات البشرية منذ القدم وحتى اليوم، فبدون الطاقة لا يمكننا تلبية احتياجاتنا والقيام بعملنا اليومي، لذلك يتميز العصر الحديث بخلق مصادر طاقة جديدة مثل المشتقات النفطية.
كما تم اكتشاف الطاقة النووية، والتي كانت نقطة تحول رئيسية في مجال الطاقة، لذلك سنتحدث في هذه المقالة عن إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة النووية.
جدول المحتويات
المفهوم العام للطاقة النووية
الطاقة النووية هي مصطلح يطلق على الطاقة التي تنتجها نواة الذرة، والتي تتكون من البروتونات والنيوترونات. عندما يتم قصف نواة الذرة بالنيوترونات، يحدث عدم استقرار داخل النواة، مما يؤدي إلى انقسام النواة إلى نواتين أصغر وتولد طاقة كبيرة جدًا.
وهذا يسمى طاقة الانشطار النووي وهناك نوع آخر من الطاقة النووية وهي الطاقة التي تنتج من اندماج نوى الهيدروجين لإعطاء نواة وإنتاج طاقة هائلة وتسمى الطاقة النووية الاندماجية.
أنظر أيضا: تعريف الطاقة وتحولاتها
استخدامات 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 المركبة الفضائية بمحركات نووية تعمل بطاقة النظائر المشعة.
- تتميز هذه المحركات بإمكانية تشغيلها لفترة طويلة دون إعادة التزود بالوقود.
- بالإضافة إلى ذلك، لا يتطلب أي صيانة أو إصلاح.
- توليد الطاقة: يعتبر توليد الطاقة من أهم استخدامات الطاقة النووية.
- يولد كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية النظيفة التي لا تسبب أي تلوث.
- على سبيل المثال، يتم توليد 20٪ من الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة الأمريكية بواسطة الطاقة النووية.
- التشخيصات الطبية: ساعدت الطاقة النووية على فتح آفاق جديدة في التشخيص الطبي الحديث.
- حيث تم رصد الأورام السرطانية بالنظائر المشعة.
- كما ساعدت الطاقة المتولدة من النظائر المشعة في إزالة العديد من الأورام ووقف انتشارها.
- تطور الطب الشرعي: حيث تم استخدام النظائر المشعة للعثور على آثار وأدلة الطب الشرعي في الجرائم.
- خاصة التأثيرات على الزجاج والأرضيات والأبواب.
- هذه الطريقة مفيدة أيضًا في تتبع آثار البارود وأنواع مختلفة من السموم.
- البحوث الزراعية: تم استخدام تطبيقات النظائر المشعة في عمليات مكافحة الآفات الزراعية.
- تجعل الطاقة المنبعثة من النظائر المشعة ذكور الحشرات والبكتيريا التي تغزو النباتات عقيمة.
- وبذلك يمنع تكاثره ويقضي عليه مما يساعد في الحصول على مواسم الجودة دون الحاجة إلى استخدام المبيدات.
كيف تعمل الطاقة النووية؟
قبل الحديث عن إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة النووية، دعونا نلخص آلية تكوين الطاقة النووية بالنقاط التالية:
- تتكون نواة كل ذرة من البروتونات والنيوترونات.
- نظرًا لأن النواة تظل في حالة مستقرة، فإنها تتطلب طاقة هائلة، وبالتالي، عندما تنفصل البروتونات عن النيوترونات، يتم إطلاق كمية كبيرة جدًا من الطاقة، والتي يمكننا استخدامها في العديد من المجالات.
- تعتبر ذرات اليورانيوم ثقيلة لأنها تحتوي على 92 بروتونًا.
- الطاقة التي تربط البروتونات والنيوترونات صغيرة نسبيًا.
- لذلك نقصف نواة ذرة يورانيوم بالنيوترون.
- هذا يسبب تفاعلات الانقسام المتسلسل التي تعطي الكثير من الطاقة.
- يتم التحكم في هذه الطاقة واستخدامها لتسخين الماء وتحويله إلى بخار عالي الضغط.
- هناك، يقوم هذا البخار بتشغيل توربينات توربينات محطات الطاقة الكهربائية وبالتالي توليد الكهرباء.
مما تتكون المفاعلات النووية؟
تتكون المفاعلات النووية، التي تعمل على أساس تفاعلات انشطار ذرات اليورانيوم بعد القصف بالنيوترونات، من الأجزاء التالية:
- وقود المفاعلات النووية: اليورانيوم هو الوقود الأساسي للمفاعل النووي.
- حيث يوضع أكسيد اليورانيوم في أنابيب موازية لقلب المفاعل النووي.
- ثم يتم تزويد المفاعل بالطاقة اللازمة لبدء عملية الانشطار النووي.
- مادة معدلة: هذا هو المكان الذي يتم فيه وضع المواد في قلب مفاعل نووي لإبطاء سرعة النيوترونات الناتجة عن عملية 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 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 مركز المفاعل بشكل أساسي لتبريده.
- وكذلك نقل الحرارة الناتجة عن التفاعلات النووية للاستفادة منها.
- يعتبر الماء من أهم المبردات المستخدمة في تبريد المفاعلات النووية.
- خزان الضغط: هو خزان أو وعاء كبير مصنوع من الفولاذ المقوى.
- فهو يجمع بين جوهر المفاعل النووي والمبرد والمعدِّل.
- يتحكم في المبرد ويحدد حركة السائل فيه وكذلك درجة الحرارة.
- المرجل: المرجل جزء من نظام تبريد المفاعل.
- يستقبل الماء المغلي من المبرد ويزداد ضغط البخار فيه لتشغيل التوربينات البخارية.
- هيكل خارجي يحيط بجميع أجزاء المفاعل النووي لحمايته أولاً ولحماية المنطقة المحيطة 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 تلوث الهواء أو البيئة.
- ومن ثم يتم الاعتماد عليها في معظم البلدان المتقدمة، على سبيل المثال، تنتج الولايات المتحدة حوالي 800 مليار كيلوواط / ساعة سنويًا.
- هذا يتوافق مع تلوث 100 مليون سيارة.
- من أهم مصادر الطاقة الموثوقة: الطاقة النووية مصدر آمن وموثوق للطاقة.
- تعمل المفاعلات النووية بلا توقف على مدار اليوم لأنها لا تحتاج إلى التشغيل مرة واحدة فقط في العام.
- توفير مجموعة متنوعة من فرص العمل: تعد التكنولوجيا النووية أحد القطاعات التي توفر مجموعة متنوعة من فرص العمل.
- على سبيل المثال، يعمل حوالي نصف مليون عامل في الولايات المتحدة في قطاع الطاقة النووية.
- كما يساهم القطاع النووي بنحو 60 مليار دولار في الناتج المحلي الإجمالي.
- تكاليف تشغيل منخفضة: الطاقة الكهربائية المنتجة من المفاعلات النووية أقل بكثير من تكلفة الكهرباء المنتجة باستخدام الغاز أو الوقود.
- بغض النظر عن تكلفة المفاعل النووي، تعتبر الطاقة المنتجة بعد بدء تشغيل المفاعل غير مكلفة.
مساوئ الطاقة النووية
لاستخدام الطاقة النووية العديد من العيوب منها:
- التكلفة الباهظة: من أهم عيوب الطاقة النووية ارتفاع تكلفة بناء وبناء المفاعلات النووية.
- بلغت تكلفة بناء مفاعل نووي في عام 2004 حوالي 9 مليار دولار أمريكي.
- يضاف إلى ذلك ارتفاع تكاليف تخزين النفايات النووية في المبرد أو التخلص منها.
- حوادث كارثية: على الرغم من جميع تدابير السلامة، فإن المفاعلات النووية هي قنبلة موقوتة.
- في حادثة مفاعل تشيرنوبيل، بلغ عدد الضحايا، بالإضافة إلى التلوث الإشعاعي، حوالي عشرة آلاف شخص.
- كميات كبيرة من النفايات النووية: التي 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، وكذلك إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة النووية، بالإضافة إلى أقسام وأجزاء المفاعل النووي.