تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
- ما هي الطاقة النووية؟
- ما هو الانشطار النووي؟
- كيف تعمل محطة الطاقة النووية (المفاعلات)؟
- كيف يتمُّ تعدين وتخصيب اليورانيوم المستخدم في الطاقة النووية؟
- ما هي كمية التخصيب اللازمة للاستخدام في المفاعلات أو الأسلحة؟
- كيف يخصّب اليورانيوم؟
- ما هي طرق تخصيب اليورانيوم؟
- متى بدأ استخدام الطاقة النووية؟
- ما مدى انتشار الطاقة النووية في العالم وما هي إيجابياتها؟
ما هي الطاقة النووية؟
الطاقة النووية (Nuclear energy) هي شكلٌ من أشكال الطاقة المنطلقة من النواة (Nucleus) الحاوية على البروتونات والنيوترونات، وهذه الطاقة يمكن إنتاجها بطريقتين هما:
● الانشطار النووي (Fission).
● الاندماج النووي (Fusion).
إلا أن الطاقة النووية في الوقت الحالي في جميع أنحاء العالم تستخدم الانشطار النووي في إنتاج الكهرباء، بينما توليد الكهرباء من الاندماج النووي لا يزال قيد التطوير والبحث، فهو ضمن حيّز المخابر والمراكز البحثية، ولم يدخل بعد في إنتاج الطاقة بشكلٍ حقيقي.
ما هو الانشطار النووي؟
الانشطار النووي هو تفاعلٌ تنقسم فيه نواة الذرة إلى نواتين أصغر أو أكثر، مع إطلاق كميةٍ من الطاقة يمكن الاستفادة منها، ومن أشهر تفاعلات الانشطار هو انشطار نواة اليورانيوم 235 إلى نواتين أصغر، وهما نواة الباريوم ونواة الكريبتون، حيث يرافق هذا التفاعل إطلاق ثلاث نيوترونات.
هذه النيوترونات الثلاث ستقوم بشطر نوى يورانيوم 235 أخرى، والتي بدورها ستعطي ثلاث نيوتروناتٍ أخرى، وهكذا يستمر تضاعف عدد النيوترونات بشكلٍ رهيب لنحصل على تفاعلٍ متسلسلٍ هائلٍ في جزءٍ من الثانية، وفي كل مرة يحدث فيها التفاعل يتمُّ إطلاق طاقةٍ كبيرةٍ على شكل حرارة وإشعاع. هذه الحرارة يتمُّ تحويلها إلى طاقةٍ كهربائيةٍ في محطات الطاقة النووية (Nuclear power plant work) التي تكون مرافقةً للمفاعلات النووية.
كيف تعمل محطة الطاقة النووية (المفاعلات)؟
داخل المفاعلات النووية (Reactors) هنالك معداتٌ وتجهيزاتٌ تستخدم لضبط تفاعل الانشطار النووي والتحكم به، فالحرارة الهائلة الناتجة عن التفاعل النووي يتمُّ نقلها إلى ما يسمّى عامل تبريد المفاعل (Reactor’s cooling agent)، وهو غالباً ما يكون الماء، فعندما تُسلَّط عليه الحرارة الكبيرة يعطي كميةً هائلةً من البخار، ويتمُّ بعد ذلك توجيه البخار إلى العنفات – التوربينات (Turbines) هذه العنفات عندما يمرّر البخار بداخلها تدور، وبحادثة التحريض المغناطيسي تحوّل هذه الحرارة إلى تيارٍ كهربائي.
كيف يتمُّ تعدين وتخصيب اليورانيوم المستخدم في الطاقة النووية؟
اليورانيوم (Uranium) معدن يمكن العثور عليه في الصخور في جميع أنحاء العالم، ولليورانيوم عدة نظائر موجودة بشكلٍ طبيعي، وهي عبارة عن أشكال لليورانيوم تختلف في العدد الكتلي، وعدد النيوترونات، والخواص الفيزيائية، ولكن لها نفس العدد الذري والخواص الكيميائية.
يحتوي اليورانيوم على نظيرين شهيرين هما: اليورانيوم 238، واليورانيوم 235، حيث يشكل اليورانيوم 238 غالبية اليورانيوم في العالم (حوالي 99 بالمئة من اليورانيوم)، ولكن السلبية التي فيه أنه لا يستطيع إنتاج تفاعل متسلسل انشطاري، في حين أن اليورانيوم 235 يمكنه القيام بتفاعل الانشطار النووي، لإنتاج الطاقة، ولكنه يشكل أقل من 1 في المئة من اليورانيوم في العالم.
ولجعل اليورانيوم الطبيعي أكثر قابليةً للانشطار، من الضروري زيادة كمية اليورانيوم 235 في عينةٍ معينةٍ من خلال عمليةٍ تسمّى تخصيب اليورانيوم (Uranium enrichment)، وبمجرد تخصيب اليورانيوم، يمكن استخدامه بشكلٍ فعّالٍ كوقودٍ نووي في محطات الطاقة لمدة ثلاث إلى خمس سنوات.
وبعد ذلك يصبح يورانيوم منضب، حيث لا يفقد فعاليته بشكلٍ كامل، فيظل مشعًا جزئياً، فيمكن أيضًا إعادة تدويره، والاستفادة منه في الدراسات والمخابر البحثية، ويكمن أن يدخل في بعض الصناعات منها صناعة الأسلحة. [1]
ما هي كمية التخصيب اللازمة للاستخدام في المفاعلات أو الأسلحة؟
يُعرف اليورانيوم المخصب بتركيزات أعلى من 0.7 بالمئة، ولكن أقل من 20 بالمئة من اليورانيوم-235 بأنه يورانيوم منخفض التخصيب ((LEU) low enriched uranium). تستخدم معظم المفاعلات النووية المدنية والتجارية اليورانيوم المنخفض التخصيب الذي يحتوي على حوالي 3 إلى 5 بالمئة من اليورانيوم 235، بينما اليورانيوم المخصب بنسبة تزيد عن 20 بالمئة من اليورانيوم 235 يعتبر يورانيوم عالي التخصيب (HEU)، والذي يمكن استخدامه في صناعة الأسلحة.
كيف يخصّب اليورانيوم؟
قبل أن يتمّ تخصيب اليورانيوم، يجب استخراجه من الأرض وطحنه ومعالجته كيميائيًا، ويتمّ استخراج خام اليورانيوم الطبيعي من الرواسب الموجودة في القشرة الأرضية. على الرغم من وجود رواسب اليورانيوم في جميع أنحاء العالم، إلا أن خمس دول تمتلك 65 بالمئة من المعروض المعروف من خام اليورانيوم، وهي: أستراليا، كازاخستان، روسيا، كندا، النيجر.
ويتمُّ سحق خام اليورانيوم المستخرج لفصل اليورانيوم عن الصخور المحيطة، وتُعرف عملية الاستخلاص هذه باسم الطحن، وتنتج أكسيد اليورانيوم (U3O8)، والذي يشار إليه عادةً باسم الكعكة الصفراء (Yellowcake). يتمُّ نقل الكعكة الصفراء إلى منشأة تحويل، حيث تتمُّ إزالة الشوائب، ودمج اليورانيوم مع الفلور لتكوين سداسي فلوريد اليورانيوم (UF6)، وهو غاز مناسب للتخصيب.
ونظرًا لأن اليورانيوم 235 واليورانيوم 238 متطابقان كيميائيًا، فلا يمكن استخدام التقنيات الكيميائية المستخدمة عادةً لتنقية المواد لفصلهما. تستغل طرق التخصيب الاختلاف الضئيل في الكتلة (حوالي 1 بالمئة) بين نظير اليورانيوم 238 الأثقل، والأكثر وفرةً، والنظير الأخف القابل للانشطار اليورانيوم 235.
ما هي طرق تخصيب اليورانيوم؟
تمّ استخدام عدة طرقٍ لتخصيب اليورانيوم، فاستخدمت الولايات المتحدة طريقة فصل النظائر الكهرومغناطيسية ((EMIS) Electromagnetic isotope separation) في تجاربها ضمن مشروع مانهاتن، لكن ذلك تطلب كمياتٍ هائلة من الكهرباء، وتمّ التخلي عنه بعد الحرب بسبب كفاءته الضعيفة، وتكاليفه المرتفعة.
والطريقة الثانية هي الانتشار الغازي (Gaseous diffusion)، وهي تكنولوجيا تخصيب كثيرة الاستخدام، ولكنها تتطلب أيضاً كمياتٍ هائلة من الكهرباء ومرافق ضخمة، ومن الطرق أيضاً الإثارة بالليزر (Laser excitation)، وهي تقنيةٌ جديدةٌ نسبيًا لم تثبت جدارتها تجاريًا بعد. اليوم، تستخدم طريقة التخصيب الأكثر شيوعاً وكفاءةً، وهي طريقة أجهزة الطرد المركزي الغازية (Gas centrifuges). [2]
متى بدأ استخدام الطاقة النووية؟
بدأ توليد الطاقة النووية منذ الستينيات في القرن الماضي، لكنه شهد نموًا هائلاً على مستوى العالم في السبعينيات، والثمانينيات، والتسعينيات، وبعد النمو السريع خلال السبعينيات والتسعينيات من القرن الماضي، لكن تباطأ توليد الطاقة على مستوى العالم بشكلٍ ملحوظٍ في أعقاب كارثة تسونامي فوكوشيما في اليابان في عام 2011، حيث أوقفت الدول محطاتها عن العمل بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة، لكننا نرى أيضًا أن الإنتاج قد زاد مرةً أخرى في السنوات الأخيرة. [3]
ما مدى انتشار الطاقة النووية في العالم وما هي إيجابياتها؟
توفر الطاقة النووية كهرباء فعالةً وموثوقةً في جميع أنحاء العالم. واليوم، يعمل أكثر من 400 مفاعل تجاري في أكثر من 30 دولة. إن توليد الطاقة النووية هو المصدر الوحيد للكهرباء الذي يمكنه إنتاج إمداداتٍ ثابتةٍ من الطاقة بشكلٍ موثوقٍ دون انبعاث الغازات الدفيئة (Greenhouse gases).
تتمتع الطاقة النووية بأحد أقل التأثيرات البيئية على الأراضي والموارد الطبيعية مقارنةً بأي مصدرٍ للكهرباء، ففي دولة الإمارات العربية المتحدة، تضمُّ محطة براكة للطاقة النووية، الواقعة في منطقة الظفرة بإمارة أبو ظبي، أربع مفاعلات. وقد تمّ تصميم كل مفاعلٍ لإنتاج 1400 ميجاوات من الكهرباء دون انبعاثاتٍ كربونيةٍ تقريبًا لمدة 60 عامًا أو أكثر. [4]
المراجع البحثية
1- What is Nuclear Energy?. The Science of Nuclear Power. (n.d.). IAEA. Retrieved February 14, 2024
2- Uranium enrichment. (n.d.). Nuclear Threat Initiative. Retrieved February 14, 2024
3- Ritchie, H. (2023, December 28). Nuclear energy. Our World in Data. Retrieved February 14, 2024
4- How nuclear energy works. (n.d.). Retrieved February 14, 2024
