ما هي الطاقة النووية؟

استحوذت الطاقة النووية على المصلحة العامة لعقود. من الحرب النووية إلى انهيار محطات الطاقة، تم تحويل توليد هذه الطاقة إلى تكنولوجيا غامضة وخطيرة.

ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، بدأ رد الفعل العام تجاهها يتغير. حيث أنها دخلت دائرة الضوء المستدامة، ويتم استبدال الخوف من الماضي بحقائق للمستقبل.

بدلاً من أن تكون الطاقة النووية ضارة وخطيرة ، يتم التعرف ببطء على قدرتها على مساعدة البيئة وتوفير الكهرباء للعالم. إليك ما تحتاج لمعرفته حول قوة هذه الطاقة.

ما هي الطاقة النووية وكيف تعمل؟

تُحدث الطاقة النووية تأثيرًا كبيرًا، لكن طاقتها الهائلة تأتي من مصدر صغير. ذلك لأنها تبدأ بالذرات، وهي العناصر الصغيرة التي يتكون منها العالم من حولنا.

تتكون الذرات من إلكترونات تدور حول مركز الذرة. تتكون هذه الحالات من طبقة داخلية تحتوي على إلكترونين وعدة طبقات خارجية تحتوي على ما يصل إلى ثمانية إلكترونات أو أكثر.

أثناء تحرك الإلكترونات، يتم الاحتفاظ بها في غلافها بواسطة قوة كهربائية. توجد داخل دوائر الإلكترونات النواة، وهي مكونة من البروتونات والنيوترونات.

تحتوي البروتونات على شحنة كهربائية موجبة وتجذب الإلكترونات الدوارة التي تحمل شحنة سالبة. تتمتع الإلكترونات الأقرب إلى البروتونات بأكبر قدر من الجاذبية، في حين أن الإلكترونات الأبعد عن البروتونات يمكن أن يكون لها سحب أضعف بشكل ملحوظ.

يمكن إطلاق الإلكترونات ذات الجذب الأضعف من المدار، وعندما يتم تطبيق قوة أثناء إطلاق المدار، يمكن إرسال الإلكترونات إلى ذرة أخرى.

عندما يحدث هذا التبادل الإلكتروني، تولد الإلكترونات الكهرباء. الروابط التي تربط جزيئات النواة معًا تحتوي على كميات كبيرة من الطاقة. يمكن كسر هذه الروابط القوية من خلال عملية انقسام الذرة تسمى الانشطار النووي. عندما يحدث هذا، يتم إطلاق الطاقة النووية ويمكن استخدامها لتوليد الكهرباء.

كيف تنتج الطاقة النووية؟

الانشطار النووي المستمر هو القوة الدافعة وراء توليد الطاقة الذرية. وفقًا لإدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)، تستخدم محطات الطاقة النووية الانشطار النووي لإنتاجها، وستستخدم الغالبية ذرات اليورانيوم في هذه العملية.

يمكن أيضًا إنتاجها عند اندماج الذرات – وهي عملية تُعرف باسم الاندماج النووي – ويتم تكوين ذرة أكبر.

على الرغم من أن الانشطار النووي هو عملية طبيعية، إلا أن الانشطار النووي القائم على ذرة اليورانيوم الذي يسببه الإنسان هو أكثر شيوعًا في محطات الطاقة النووية، حيث أن الانشطار النووي القياسي يعد أكثر صعوبة في السيطرة عليه.

يُعرف اليورانيوم المخصص للانشطار النووي أيضًا بالوقود النووي أو اليورانيوم المخصب. أكثر أنواع اليورانيوم شيوعًا هو U-235، وهو نظير يسهل انقسام ذراته داخل مفاعل نووي.

عندما يحدث الانشطار النووي بذرة يورانيوم، يضرب النيوترون الذرة ويقسمها، ويطلق المزيد من النيوترونات والحرارة والطاقة الإشعاعية.

يستمر إطلاق النيوترونات وتصطدم بمزيد من ذرات اليورانيوم، مما يؤدي إلى تفاعل نووي متسلسل. يمكن لمحطات الطاقة التحكم في هذا التفاعل المتسلسل حتى تنتج العملية الكمية المطلوبة من الطاقة.

كيف تعمل مفاعلات الطاقة النووية؟

المفاعلات النووية هي الآلات المسؤولة عن التحكم في الانشطار النووي والتفاعلات النووية المتسلسلة في محطات إنتاجها. داخل هذه المفاعلات هو المكان الذي تحدث فيه هذه العمليات.

تتمثل إحدى طرق الحفاظ على تفاعل سلسلة الانشطار المولّد للطاقة في استخدام وقود اليورانيوم كوقود نووي. يتم ضغط اليورانيوم في كريات خزفية يبلغ طولها بوصة واحدة، يتم تخزينها بعد ذلك في قضبان الوقود.

يمكن لحبيبة اليورانيوم المخصب الفردية أن تنتج نفس الكمية تقريبًا من الكهرباء المولدة بطن واحد من الفحم. ثم يتم تخصيص هذه القضبان لتجميع الوقود، مجموعة من 200 قضيب وقود أو أكثر.

يسمح التصميم النموذجي للمفاعل النووي باحتواء مئات من مجموعات الوقود. داخل حجرة من المفاعل تسمى وعاء المفاعل، يتم غمر قضبان الوقود في مياه التبريد المعتدلة.

يعمل الماء كمهدئ ويخفف من إنتاج النيوترونات المتكرر الناتج عن الانشطار، بينما يتم إدخال قضبان التحكم وإزالتها لتقليل أو زيادة معدلات التفاعل. وفي الوقت نفسه، تحول الحرارة الناتجة عن الانشطار الماء إلى بخار ضروري لتشغيل التوربين.

ما هي استخدامات الطاقة النووية؟

تولد الطاقة النووية حرارة تُستخدم في توليد البخار. ثم يتم استخدام هذا البخار المنتج نوويًا لتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء أثناء دورانها.

تستخدم الحرارة النووية والطاقات البخارية لتوليد الكهرباء. على سبيل المثال، استخدمت الولايات المتحدة الطاقة النووية لأكثر من ستة عقود. إنها مسؤولة عن أكثر من 30٪ من توليد الكهرباء النووية العالمية.

هل الطاقة النووية نظيفة ومستدامة؟

تم الإشادة بالطاقة النووية لإنتاجها طاقة منخفضة الكربون، بل واعتبرت أيضًا منتجًا للطاقة الخالية من الكربون. الطاقة النووية هي ثاني أكبر مصدر عالمي للكهرباء منخفضة الكربون بعد الطاقة الكهرومائية.

كما أنها هي الوصيفة على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح عند حساب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتتفوق على أشكال أخرى من الطاقة عند حساب الضرر الذي يلحق بالبيئة ومخرجات التلوث.

كما أن الطاقة النووية تعتبر مصدر الطاقة الكهربائية الأول الذي لا ينبعث منه غازات الاحتباس الحراري (GHG) عند توليد الطاقة، وهو ما يمثل أكثر من 70 ٪ من الطاقة الخالية من غازات الدفيئة.

لا تنتج الطاقة النووية تلوثًا أقل مع كونها أقل ضررًا على البيئة فحسب، ولكنها لا تنتج المواد الكيميائية السامة ثاني أكسيد الكبريت أو أكسيد النيتروجين الموجودة في المطر الحمضي.

بمعنى آخر، من خلال إزالة الملوثات المسؤولة عن الأمطار الحمضية، تساعد الطاقة النووية في الحفاظ على الهواء نظيفًا.

علاوة على ذلك، فهي لا تعتمد على الطقس. على عكس طاقة الرياح والطاقة الشمسية، يمكن أن يحدث إنتاجها بغض النظر عن أنماط الرياح أو الوقت من اليوم.

هل الطاقة النووية متجددة؟

قد تكون الطاقة النووية مصدرًا خالٍ من الانبعاثات للطاقة النظيفة، لكن هل تعتبر مصدرًا متجددًا للطاقة؟ إنتاج الطاقة النووية غير مؤهل لمعايير الطاقة المتجددة بسبب المواد المستخدمة في المحطات النووية.

اليورانيوم المحدد اللازم للحث على الانشطار النووي، U-235، هو مورد غير متجدد. وبالتالي، يومًا ما سيكون من الصعب العثور على هذا العنصر النادر.

إقرأ أيضاً… ما هي أشكال الطاقة؟ مع أمثلة عليها.

هل الطاقة النووية مفيدة للبيئة؟

الطاقة النووية نظيفة ومستدامة ومتجددة إلى حد ما. كما أنه محايد للكربون. ومع ذلك، لا يزال بناء محطات توليدها وتعدين اليورانيوم ينتج انبعاثات كربونية.

على هذا النحو، يمكن للمرء أن يجادل كلا الجانبين حول ما إذا كانت جيدة أو ضارة بالبيئة. ثم هناك نفايات نووية. النفايات النووية المشعة مصدر قلق ملح يؤثر على صحة الكوكب والبشر.

يمكن أن تلوث الهواء والماء والتربة وكذلك الحيوانات والنباتات والبشر. هناك نوعان من النفايات النووية: النفايات المشعة منخفضة المستوى وعالية المستوى.

تأتي النفايات المشعة منخفضة المستوى من التلوث الإشعاعي الذي يحدث أثناء إنتاج الطاقة الروتيني. عادة ما تشمل العناصر الملوثة زي موظفي محطة الطاقة أو معدات الحماية وأدوات الصيانة.

عادة ما يتم تخزين هذه النفايات في محطة توليد الكهرباء حتى يمكن نقلها إلى موقع التخلص أو لم تعد مشعة. ينخفض ​​النشاط الإشعاعي للنفايات النووية بمرور الوقت من خلال الاضمحلال الإشعاعي.

تأتي النفايات المشعة عالية المستوى من وقود المفاعلات النووية “المشععة” أو “المستهلك”. الوقود المستهلك مشع للغاية. في الوقت الحالي، ليس لدى العديد من الدول مواقع للتخلص الإشعاعي عالي المستوى المعتمد.

بدلاً من ذلك، يتم تخزين النفايات النووية عالية المستوى في أحواض وحاويات كبيرة في المنشآت النووية التي تبرد النفايات والمفاعلات وتوفر درعًا مشعًا.

في نهاية المطاف، يجب تخزين النفايات النووية في أعماق الأرض تحت طين غير منفذ، ردم غير منفذ، وخرسانة.

هل الطاقة النووية آمنة؟

مخاوف تتعلق بسلامة الطاقة النووية انبعاث الدخان في المساء على الرغم من وجود أكثر من 440 مفاعلًا نوويًا تجاريًا في العالم و 93 مفاعلًا من تلك المفاعلات في الولايات المتحدة وحدها، فليس من غير المألوف التشكيك في سلامة محطات الطاقة النووية.

القلق المحيط بهذه الطاقة له علاقة بالمخاطر الصحية المحتملة. النفايات النووية سامة للإنسان وكذلك البيئة. عندما يتم تلقي الإشعاع النووي بكميات كبيرة، يمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة ومميتة لصحة الإنسان.

الأكثر شيوعًا هو القلق من السرطان الناجم عن الإشعاع. يشكل نوع معين من الإشعاع يسمى الإشعاع المؤين أكثر المخاطر على البشر. عندما يحدث الإشعاع المؤين، تتفاعل الجسيمات دون الذرية الأصغر من الذرات مع الموجات الكهرومغناطيسية.

تمتلك هذه الجسيمات والموجات معًا القدرة على تأين أو إزالة الإلكترونات من الذرات التي تصطدم بها. يمكن أن تؤدي الكميات الكبيرة من الإشعاع المؤين إلى أمراض عدة والوفاة. يُخشى أيضًا من الإشعاع المؤين لخصائصه المسببة للسرطان. يعتبر مادة مسرطنة لأنه يضر الحمض النووي.

يمكن أن يسبب الإشعاع أيضًا متلازمة الإشعاع الحادة، وهي نوع من أمراض الإشعاع التي يمكن أن تؤدي إلى حروق الجلد والقيء والإسهال، وفي أشد الحالات، الغيبوبة والموت بسبب تلف نخاع العظام والنزيف الداخلي والالتهابات.

كل هذا يبدو مخيفًا، وهو كذلك. لكن الإشعاع النووي الناتج عن محطات الطاقة النووية لا يصل إلى مستوى خطير إلا عندما تكون التفاعلات النووية المتسلسلة خارجة عن السيطرة.

توضح الأمثلة التالية للتفاعلات النووية المتسلسلة غير المنضبطة أو الانهيارات الأساسية بعضًا من أسوأ حالات فشل الطاقة النووية:

• فوكوشيما: حادث نووي في اليابان نتج عن زلزال عام 2011.

• جزيرة ثري مايل: مفاعل نووي في منشأة في ولاية بنسلفانيا ذاب جزئيًا في عام 1979.

• تشيرنوبيل: حادثة محطة كهرباء عام 1968 دمرت محطة طاقة في منطقة سابقة من روسيا السوفيتية والتي هي الآن أوكرانيا.

ومع ذلك، فإن حوادث محطات الطاقة آخذة في الانخفاض، وتقوم الحكومات بتنفيذ المزيد من تدابير السلامة أكثر من أي وقت مضى.

أدى استخدام قضبان التحكم والحواجز المشعة ومعدات الأمان وإجراءات الإغلاق في حالات الطوارئ والتعليم والتقدم في التكنولوجيا النووية إلى إعادة تشكيل التخطيط لها.

إقرأ أيضاً… ما هو مصادم الهدرونات الكبير؟

الصناعة النووية: هل يمكن أن تكون إجابة نظيفة لاحتياجات العالم من الكهرباء؟

عند الموازنة بين تكاليف وفوائد الطاقة النووية مقابل تكلفة وفوائد صحة الإنسان، يجب أن نأخذ في الاعتبار التأثير على مصادر الطاقة غير المتجددة وغير المستدامة والتي تنبعث منها غازات الاحتباس الحراري.

تشكل مصادر الطاقة هذه مخاطر على الصحة العامة. التلوث الناجم عن الوقود الأحفوري والطاقة غير المتجددة يحمل تكاليفها، ويمكن أن يكون أكثر صعوبة في التنظيم والسيطرة.

إن إدراك الفوائد التي يمكن أن توفرها هذه الطاقة لكوكب الأرض والناس، مثل المساعدة في الحد من تغير المناخ وتوليد الطاقة في المستقبل، سيسمح ببذل الجهود والموارد المعقولة اللازمة لها.

حتى ذلك الحين، ننتظر تغييرًا في رد فعل العالم تجاهها.

الأسئلة الأكثر شيوعاً.

• ما هي الطاقة النووية وأمثلة عليها؟

يتم إنتاج الطاقة عن طريق تفاعل نووي، ولا سيما عن طريق الانشطار أو الاندماج. وهي مصدر للطاقة التي تنتجها الطاقة المنبعثة من تفاعل نووي. تعتبر الكهرباء التي ينتجها مفاعل نووي، وهو مصدر الطاقة الأساسي المستخدم في اليابان.

• ما هي الطاقة النووية بكلمات بسيطة؟

هي الطاقة الموجودة في نواة أو نواة الذرة. الذرات هي وحدات صغيرة من الكون تتكون منها المادة كلها، والطاقة هي ما يربط النواة معًا. في نواة الذرة الكثيفة، توجد كمية هائلة من الطاقة.

• ما هما نوعان من الطاقة النووية؟

لتوليد الطاقة، هناك عمليتان نوويتان أساسيتان في الاعتبار: الانشطار والاندماج. الانشطار هو الفصل النشط إلى ذرتين أصغر، أو نواتج انشطار، في ذرات ضخمة مثل اليورانيوم أو البلوتونيوم. عليك أن تضربها بنيوترون لتحطيم ذرة.

• ما هي الاستخدامات النووية؟

الصناعات المتعددة، بما في ذلك السلع الاستهلاكية والأغذية والزراعة والصناعة والطب والبحوث العلمية والنقل وإمدادات المياه والغلاف الجوي. لها استخدامات مهمة للنظائر المشعة ومعالجة الحرارة للطاقة النووية والمفاعلات غير الثابتة.

• هل الطاقة النووية تضر بالبيئة؟

كوقود، تستخدم محطات الطاقة النووية اليورانيوم. تنبعث من عملية تعدين اليورانيوم مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. عندما يتم بناء محطات طاقة جديدة، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أيضًا في الغلاف الجوي. أخيرًا، غالبًا ما ينتج عن نقل النفايات الخطرة تلوث بثاني أكسيد الكربون.