أبو أسامه
02-13-2008, 01:08 PM
إن إمتلاك تكنلوجيا إنتاج الطاقة بإستخدام المفاعلات النووية لدول مجلس التعاون الخليجي أصبح مسألة وقت فقط لا أكثر وإن أهم مجالين يمكن الإستثمار فيهما وبناء المفاعلات السلمية من أجلهما هي إنتاج الطاقة الكهربائية وإنتاج المياه المحلاة.
وفي هذا المقال شرح تعريفي مبسط كنت قد كتبته للصحيفة الداخلية للشركة التي أعمل بها لكيفية إنتاج الطاقة الكهربائية بإستخدام المفاعل النووي و ما هي إيجابياته وسلبياته.
وقود المفاعل النووي:
لإنشاء محطة تنتج الطاقة الكهربائية بإستخدام المفاعل النووي لا بد من تأمين الوقود النووي كما هو الحال في المحطات التي تقوم على وقود المواد البترولية. إن الوقود المستخدم في المفاعلات النووية هو اليورانيم-235 وهو عنصر موجود في الطبيعة ويتكون من نظيرين مشعين موزعين بنسبة 99.3% يورانيم-238 و 0.7% يورانيم-235 و هذه الأرقام تعبر عن مجموع البروتونات والنيترونات في نواة كل نظير وهو ما يعرف كيميائيا بالوزن أو الكتلة الذرية.
لماذا اليورانيم-235:
على الرغم من وفرة اليورانيوم-238في الطبيعة مقارنة باليورانيوم-235 إلا أن جميع المفاعلات النووية السلمية والحربية تستخدم اليورانيوم-235 لتمتعه بخاصية طبيعية في أنه ينشطر تلقائيا مع الزمن كما يمكن أن يتم التحكم في إنشطاره بزيادة أو نقصان من خلال قابليته لإمتصاص النيترونات الحرة والتي تحدث إنشطار لنواته مباشرة وإنقسامها لذرتين ونتيجة لهذا الإنقسام تنطلق نيترونات أخرى من النواة وتصطدم بالذرتين وتقسمهما وهكذا تتكرر العملية في إنشطار نووي متسلسل ينتج عنه طاقة حرارية هائلة مع كل إنشطار ويمكن عمليا حساب هذه الطاقة من خلال المعادلات الرياضية والتي ليست موضوع المقال.
تخصيب اليورانيوم:
تم إكتشاف اليورانيوم بشكله الخام الطبيعي في عدد محدود من الدول في الوقت الحاضر ومنها الولايات المتحدة وكندا وجنوب إفريقيا ونيجيريا وأستراليا. ويتم إنتاج اليورانيوم-235 من خلال ما يعرف بمصطلح "تخصيب اليورانيوم" والذي سمعنا به كثيرا من خلال ما أنتشر مؤخرا في وسائل الأعلام.
إن أكثر الطرق إنتشارا في العالم هي من خلال أجهزة الطرد المركزي ويتم فيها فصل اليورانيوم-238 عن اليورانيوم-235 وذلك من خلال توصيل هذه الأسطوانات بالتوالي والتوازي ومن ثم يتم تدويرها على سرعة عاليه إلى أن ينفصل النظيرين عن بعضهما البعض وحتى تصل درجة تركيز اليورانيوم-235 للنسبة المطلوبة وهي 3% وهذه تمثل نسبة تركيز الذرات في عنصر اليورانيوم-235 وهذه للإستخدامات السلمية وتزيد هذه النسبة إلى 90% في حال الأسلحة النووية وهذا هو سبب الخلافات الدولية مؤخرا فمن يمللك تقنية تخصيب اليورانيوم-235 بإمكانه إنتاج يورانيوم ذو تركيز عالي وذلك بزيادة أجهزة الطرد المركزي حسب الدرجة المطلوبة.
المفاعل النووي:
يوجد حاليا أكثر من440 مفاعل نووي سلمي حول العالم فضلا عما هو قيد الإنشاء حيث تزود هذه المفاعلات دول العالم بأكثر من 16% من الطاقة الكهربائية.
بعد أن يتم تحضير اليورانيوم-235 المخصب في صورة أقراص دائرية في حدود 3سم ويتم ترتيبها فوق بعضها البعض ثم ترص في شكل حزم وتغمر بالماء داخل إناء تحت ضغط أكبر من الضغط الجوي يتم إحضارها إلى المفاعل النووي وهو عبارة عن مبنى خرساني بشكل مخروطي.
وصمم هكذا لكي يقاوم الضغط والحرارة الناتجة عن التفاعل الإنشطاري لذرات اليورانيوم ويتم الإستفادة من هذه الحرارة لتسخين ماء التبريد للمفاعل للوصول إلى درجة حرارة 600 درجة مئوية ومن ثم يتم توجيه هذا الماء وهو في شكل بخار إلى زعانف التوربين والتي تقوم بتدوير عمود المولد المرتبط بالتوربين مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.
ولأن التفاعل الإنشطاري لا يمكن أن يتوقف يتم إمتصاص النيترونات بوضع مادة تسمى الكادميوم ومن خلال هذه المادة يتم التحكم في زيادة التفاعل الإنشطاري ونقصانه وبالتالي التحكم في الأحمال للطاقة الكهربائية.
مميزات إنتاج الطاقة بالمفاعل النووي:
1. كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرة من الطاقة هي أقل بكثير من كمية البترول اللازمة لتوليد نفس الكمية.
2. كمية الغازات الضارة التي تطلق في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون هي شبه معدومة مقارنة بالمحطات التي تعمل على وقود الفحم أو البترول.
3. اليورانيوم متوفر بكثرة وهو سهل الإستخراج.
سلبيات المفاعلات النووية:
1. إمكانية حدوث تسرب إشعاعي نتيجة فقدان السيطرة على التفاعل الإنشطاري وهو ما قد يؤدي إلى كارثة بيئية كما حدث في مفاعل تشرنيوبل عام 1986 بروسيا.
2. نقل الوقود النووي يعتبر عملية خطيرة ويحتاج إلى كثير من الإحتياطات التي يجب أن تؤخذ في الحسبان وإلا ستكون النتيجة كارثة بيئية.
3. عملية التخلص من النفايات النووية تبقى هاجسا بيئيا حيث عادة ما يتم تجميع هذه النفايات داخل براميل وتنقل للتخزين النهائي في تجاويف عميقة داخل الأرض وتكمن الخطورة في أن هذه النفايات تبقى مشعة لملايين السنين وفي حال تسربها فإنها ستلوث الأرض والمياه. وقدرت الوكالة الدولية للطاقة الذرية أن كمية النفايات النووية التي يتم تخزينها سنويا تزيد عن 130 ألف طن وإذا ما زاد الإعتماد على هذه الطاقة فستظهر جليا حجم المشكلة ما لم يتم وضع برامج آمنة للتخلص من نفايات المحطات النووية.
وفي هذا المقال شرح تعريفي مبسط كنت قد كتبته للصحيفة الداخلية للشركة التي أعمل بها لكيفية إنتاج الطاقة الكهربائية بإستخدام المفاعل النووي و ما هي إيجابياته وسلبياته.
وقود المفاعل النووي:
لإنشاء محطة تنتج الطاقة الكهربائية بإستخدام المفاعل النووي لا بد من تأمين الوقود النووي كما هو الحال في المحطات التي تقوم على وقود المواد البترولية. إن الوقود المستخدم في المفاعلات النووية هو اليورانيم-235 وهو عنصر موجود في الطبيعة ويتكون من نظيرين مشعين موزعين بنسبة 99.3% يورانيم-238 و 0.7% يورانيم-235 و هذه الأرقام تعبر عن مجموع البروتونات والنيترونات في نواة كل نظير وهو ما يعرف كيميائيا بالوزن أو الكتلة الذرية.
لماذا اليورانيم-235:
على الرغم من وفرة اليورانيوم-238في الطبيعة مقارنة باليورانيوم-235 إلا أن جميع المفاعلات النووية السلمية والحربية تستخدم اليورانيوم-235 لتمتعه بخاصية طبيعية في أنه ينشطر تلقائيا مع الزمن كما يمكن أن يتم التحكم في إنشطاره بزيادة أو نقصان من خلال قابليته لإمتصاص النيترونات الحرة والتي تحدث إنشطار لنواته مباشرة وإنقسامها لذرتين ونتيجة لهذا الإنقسام تنطلق نيترونات أخرى من النواة وتصطدم بالذرتين وتقسمهما وهكذا تتكرر العملية في إنشطار نووي متسلسل ينتج عنه طاقة حرارية هائلة مع كل إنشطار ويمكن عمليا حساب هذه الطاقة من خلال المعادلات الرياضية والتي ليست موضوع المقال.
تخصيب اليورانيوم:
تم إكتشاف اليورانيوم بشكله الخام الطبيعي في عدد محدود من الدول في الوقت الحاضر ومنها الولايات المتحدة وكندا وجنوب إفريقيا ونيجيريا وأستراليا. ويتم إنتاج اليورانيوم-235 من خلال ما يعرف بمصطلح "تخصيب اليورانيوم" والذي سمعنا به كثيرا من خلال ما أنتشر مؤخرا في وسائل الأعلام.
إن أكثر الطرق إنتشارا في العالم هي من خلال أجهزة الطرد المركزي ويتم فيها فصل اليورانيوم-238 عن اليورانيوم-235 وذلك من خلال توصيل هذه الأسطوانات بالتوالي والتوازي ومن ثم يتم تدويرها على سرعة عاليه إلى أن ينفصل النظيرين عن بعضهما البعض وحتى تصل درجة تركيز اليورانيوم-235 للنسبة المطلوبة وهي 3% وهذه تمثل نسبة تركيز الذرات في عنصر اليورانيوم-235 وهذه للإستخدامات السلمية وتزيد هذه النسبة إلى 90% في حال الأسلحة النووية وهذا هو سبب الخلافات الدولية مؤخرا فمن يمللك تقنية تخصيب اليورانيوم-235 بإمكانه إنتاج يورانيوم ذو تركيز عالي وذلك بزيادة أجهزة الطرد المركزي حسب الدرجة المطلوبة.
المفاعل النووي:
يوجد حاليا أكثر من440 مفاعل نووي سلمي حول العالم فضلا عما هو قيد الإنشاء حيث تزود هذه المفاعلات دول العالم بأكثر من 16% من الطاقة الكهربائية.
بعد أن يتم تحضير اليورانيوم-235 المخصب في صورة أقراص دائرية في حدود 3سم ويتم ترتيبها فوق بعضها البعض ثم ترص في شكل حزم وتغمر بالماء داخل إناء تحت ضغط أكبر من الضغط الجوي يتم إحضارها إلى المفاعل النووي وهو عبارة عن مبنى خرساني بشكل مخروطي.
وصمم هكذا لكي يقاوم الضغط والحرارة الناتجة عن التفاعل الإنشطاري لذرات اليورانيوم ويتم الإستفادة من هذه الحرارة لتسخين ماء التبريد للمفاعل للوصول إلى درجة حرارة 600 درجة مئوية ومن ثم يتم توجيه هذا الماء وهو في شكل بخار إلى زعانف التوربين والتي تقوم بتدوير عمود المولد المرتبط بالتوربين مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.
ولأن التفاعل الإنشطاري لا يمكن أن يتوقف يتم إمتصاص النيترونات بوضع مادة تسمى الكادميوم ومن خلال هذه المادة يتم التحكم في زيادة التفاعل الإنشطاري ونقصانه وبالتالي التحكم في الأحمال للطاقة الكهربائية.
مميزات إنتاج الطاقة بالمفاعل النووي:
1. كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرة من الطاقة هي أقل بكثير من كمية البترول اللازمة لتوليد نفس الكمية.
2. كمية الغازات الضارة التي تطلق في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون هي شبه معدومة مقارنة بالمحطات التي تعمل على وقود الفحم أو البترول.
3. اليورانيوم متوفر بكثرة وهو سهل الإستخراج.
سلبيات المفاعلات النووية:
1. إمكانية حدوث تسرب إشعاعي نتيجة فقدان السيطرة على التفاعل الإنشطاري وهو ما قد يؤدي إلى كارثة بيئية كما حدث في مفاعل تشرنيوبل عام 1986 بروسيا.
2. نقل الوقود النووي يعتبر عملية خطيرة ويحتاج إلى كثير من الإحتياطات التي يجب أن تؤخذ في الحسبان وإلا ستكون النتيجة كارثة بيئية.
3. عملية التخلص من النفايات النووية تبقى هاجسا بيئيا حيث عادة ما يتم تجميع هذه النفايات داخل براميل وتنقل للتخزين النهائي في تجاويف عميقة داخل الأرض وتكمن الخطورة في أن هذه النفايات تبقى مشعة لملايين السنين وفي حال تسربها فإنها ستلوث الأرض والمياه. وقدرت الوكالة الدولية للطاقة الذرية أن كمية النفايات النووية التي يتم تخزينها سنويا تزيد عن 130 ألف طن وإذا ما زاد الإعتماد على هذه الطاقة فستظهر جليا حجم المشكلة ما لم يتم وضع برامج آمنة للتخلص من نفايات المحطات النووية.