الطاقة هي واحدة من أعظم احتياجات الإنسان منذ العصور القديمة وحتى يومنا هذا. بدون طاقة لا يمكننا تلبية احتياجاتنا والقيام بعملنا اليومي. لذلك فإن العصر الحديث يتميز بخلق مصادر طاقة جديدة مثل المشتقات البترولية.
كما تم اكتشاف الطاقة النووية والتي كانت نقطة تحول رئيسية في قطاع الطاقة، لذلك سنتحدث في هذا المقال عن مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية.
المفهوم العام للطاقة النووية
تشير الطاقة النووية إلى الطاقة التي تنتجها نواة الذرة، والتي تتكون من البروتونات والنيوترونات. عندما يتم قصف نواة الذرة بالنيوترون، يحدث عدم استقرار داخل النواة، مما يؤدي إلى انقسام النواة. تنقسم النواة إلى نواتين أصغر وتولد الكثير من الطاقة.
وهذا يسمى الطاقة النووية الانشطارية، وهناك نوع آخر من الطاقة النووية، وهي الطاقة الناتجة عن اندماج نوى الهيدروجين، والتي تنتج نواة واحدة وتنتج كمية هائلة من الطاقة، وتسمى الطاقة النووية الاندماجية.
انظر أيضاً: تعريف الطاقة وتحولاتها
استخدام الطاقة النووية
تم اكتشاف الطاقة النووية منذ أكثر من مائة عام واستخدمت في العديد من المجالات، بما في ذلك:
- علم الكونيات. لعبت الطاقة النووية دورًا رئيسيًا في استكشاف الفضاء.
- تم تجهيز المركبة الفضائية بمحركات نووية تعمل بالنظائر المشعة.
- تتميز هذه المحركات بكونها تعمل لفترة طويلة دون الحاجة لشحنها.
- بالإضافة إلى ذلك، لا يتطلب أي صيانة أو إصلاح.
- إنتاج الكهرباء. يعتبر توليد الكهرباء من أهم استخدامات الطاقة النووية.
- تنتج كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية النظيفة التي لا تسبب التلوث البيئي.
- على سبيل المثال، يتم إنتاج 20٪ من الكهرباء في الولايات المتحدة الأمريكية بواسطة الطاقة النووية.
- تشخيص طبي. ساهمت الطاقة النووية في فتح آفاق جديدة في التشخيص الطبي الحديث.
- حيث تم رصد الأورام السرطانية باستخدام النظائر المشعة.
- كما ساعدت الطاقة المتولدة من النظائر المشعة في إزالة العديد من الأورام والحد من انتشارها.
- تطوير علم الطب الشرعي. حيث تم استخدام النظائر المشعة للكشف عن الآثار والأدلة الجنائية في الجرائم.
- تأثيرات خاصة على الزجاج والأرضيات والأبواب.
- هذه الطريقة مفيدة أيضًا في تتبع آثار البارود وأنواع مختلفة من السموم.
- البحوث الزراعية. تم استخدام تطبيقات النظائر المشعة في مكافحة الآفات الزراعية.
- تعمل الطاقة المنبعثة من النظائر المشعة على تعقيم ذكور الحشرات والبكتيريا التي تهاجم النباتات.
- وبذلك يمنع تكاثره 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 نلخص آلية تكوين الطاقة النووية بالنقاط التالية:
- تتكون نواة أي ذرة من البروتونات والنيوترونات.
- نظرًا لأن النواة تظل في حالة مستقرة، فإنها تتطلب قدرًا هائلاً من الطاقة، وبالتالي عندما نفصل البروتونات عن النيوترونات، فإنها ستطلق الكثير 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 نقصف نواة ذرة يورانيوم بالنيوترون.
- مما يسبب تفاعلات الانشطار التسلسلي، مما يعطي الكثير من الطاقة.
- يتم التحكم في هذه الطاقة واستخدامها لتسخين الماء وتحويله إلى بخار عالي الضغط.
- حيث يقوم هذا البخار بتدوير توربينات توربينات محطات توليد الطاقة، وبالتالي توليد الطاقة الكهربائية.
مما تتكون المفاعلات النووية؟
تتكون المفاعلات النووية، التي تعمل على أساس تفاعلات انشطار ذرة اليورانيوم بعد قصفها بالنيوترونات، من الأجزاء التالية:
- وقود المفاعلات النووية. اليورانيوم هو الوقود الرئيسي في المفاعل النووي.
- حيث يوضع أكسيد اليورانيوم في أنابيب موازية لقلب المفاعل النووي.
- ثم يتم تزويد المفاعل بالطاقة التي يحتاجها لبدء عملية الانشطار النووي.
- مادة معدل. حيث يتم وضع المواد في قلب مفاعل نووي لإبطاء النيوترونات المنتجة أثناء عملية انشطار اليورانيوم.
- ومن ثم إعادة استخدام هذه النيوترونات في عمليات انشطار أخرى، ومن بين تلك المواد المعدلة الماء الثقيل والجرافيت.
- أنابيب التحكم في المفاعلات. هذه قضبان خاصة يمكنها التحكم في عدد النيوترونات الناتجة عن تفاعلات الانشطار النووي.
- حيث يتم إدخالها وإخراجها من قلب المفاعل حسب التسلسل المطلوب للتفاعلات النووية.
- المبردات. هذه هي السوائل التي يتم ضخها في وسط المفاعل بشكل أساسي لتبريده.
- وكذلك نقل الحرارة المتولدة من التفاعلات النووية للاستفادة منها.
- الماء هو أحد المبردات الرئيسية المستخدمة في تبريد المفاعلات النووية.
- خزان الضغط. إنه خزان فولاذي مقوى أو وعاء كبير.
- فهو يجمع بين قلب المفاعل النووي والمبرد والمولد.
- يتحكم في المبرد ويحدد حركة السائل داخله وكذلك درجة الحرارة.
- المراجل البخارية. المرجل البخاري هو جزء من نظام تبريد المفاعل.
- يستقبل الماء المغلي من المبرد ويرتفع ضغط البخار داخله لتدوير التوربينات البخارية.
- يحيط الهيكل الخارجي بجميع أجزاء المفاعل النووي لحمايته أولاً وأيضاً لحماية البيئة من أي تسرب إشعاعي.
اقرأ أيضًا: الكيمياء النووية
مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية
للطاقة النووية مزايا عديدة عدا بعض عيوبها ومن أهم مزايا الطاقة النووية:
- من أهم مصادر الطاقة النظيفة. الطاقة النووية هي طاقة نظيفة تمامًا حيث أنها لا تسبب أي تلوث للهواء والبيئة.
- لذلك، فهي تعتمد على معظم الدول المتقدمة، على سبيل المثال، تنتج الولايات المتحدة حوالي 800 مليار كيلوواط / ساعة سنويًا.
- وهو ما يعادل التلوث الذي تسببه 100 مليون سيارة.
- من أهم مصادر الطاقة الموثوقة. الطاقة النووية مصدر آمن وموثوق للطاقة.
- تعمل المفاعلات النووية على مدار اليوم دون توقف، لأنها لا تحتاج لتزويدها بالطاقة إلا مرة واحدة في السنة.
- توفير عدد كبير من الوظائف. تعد التكنولوجيا النووية من المجالات التي توفر عددًا كبيرًا من فرص العمل.
- على سبيل المثال، يعمل حوالي نصف مليون موظف في مجال الطاقة الذرية في الولايات المتحدة الأمريكية.
- كما يساهم القطاع النووي بنحو ستين مليار دولار في الناتج المحلي الإجمالي.
- تكاليف تشغيل منخفضة. الكهرباء المولدة من المفاعلات النووية أقل بكثير من تكلفة الكهرباء من الغاز أو الوقود.
- بغض النظر عن تكلفة المفاعل النووي، فإن الطاقة المولدة بعد تشغيل المفاعل تعتبر رخيصة.
مساوئ الطاقة النووية
استخدام الطاقة النووية له عيوب كثيرة منها:
- ارتفاع التكاليف. من أهم الجوانب السلبية للطاقة النووية التكلفة العالية لبناء وبناء المفاعلات النووية.
- في عام 2004، بلغت تكلفة بناء مفاعل نووي حوالي تسعة مليارات دولار أمريكي.
- بالإضافة إلى ارتفاع تكاليف تخزين أو التخلص من النفايات النووية.
- حوادث كارثية. المفاعلات النووية هي قنبلة موقوتة على الرغم من جميع تدابير السلامة المتخذة.
- خلال حادث مفاعل تشيرنوبيل، بلغ عدد الضحايا حوالي عشرة آلاف شخص، بالإضافة إلى التلوث الإشعاعي.
- كمية كبيرة من النفايات النووية، والتي عادة ما تبقى آمنة، ولكنها تسبب بعض التلوث الإشعاعي.
مشاهدة هنا: مصادر الطاقة غير المتجددة
أخيرًا، في هذا المقال تحدثنا بالتفصيل عن الطاقة النووية وكذلك مزايا وعيوب استخدام الطاقة النووية بالإضافة إلى أجزاء وأجزاء من المفاعل النووي.