تعدّ الكهرباء في حياتنا كالماء والهواء، ولا يوجد شيء يُلقي بظلاله على كلّ مكوّنات حياتنا كالكهرباء، في البيت، في الشارع، في السيارة، في العمل، وإذا توقفت الكهرباء، توقف كلّ شيء في حياتنا، وربما توقف مع توقفها الزمن أيضًا؛ ولذلك شغلت الكهرباء تفكير العلماء، سواء في كيفيّة استغلالها، أو في كيفيّة توليدها من شتّى المصادر، فتارة من التفاعلات الكيميائيّة، وتارة من مساقط المياه، وتارة أخرى من الرياح، والمصدر الحديث لتوليدها بل وأهمّها في الوقت الراهن هو الطاقة النوويّة، وهو موضوع مقالنا، فتابعونا.
ماهيّة التفاعلات النوويّة
التفاعل النوويّ ذو طبيعة خاصّة، فهو عبارة عن انشطار نواة مادة نوويّة مثل اليورانيوم؛ حيث تصطدم النيوترونات بأنوية الذرات، فتنقسم النيوترونات إلى أضعاف أضعافها، مصطدمة بأنوية ذرات أخرى، وهكذا، فيصاحب هذا الانقسام والاصطدام طاقة حراريّة عالية جدًّا، تتزايد وتتزايد مع استمرار هذا التفاعل، فهو يطلق عليه تفاعل طارد للحرارة.
وتُقدّر الطاقة الحراريّة الناتجة عن انشطار نواة ذرة مادّة اليورانيوم بمائتي ميجا إلكتروفولت، وهي طاقة عالية جدًّا مقارنةً بأي تفاعل آخر طارد للحرارة.
أنواع المفاعلات
تتعدّد أنواع المفاعلات النوويّة، وبالتالي تتعدّد مصادر الطاقة النوويّة المستخدمة في توليد الكهرباء، فمنها مفاعلات الماء المضغوط، ومفاعلات الماء المغلي، وتعدّ الأكثر انتشارًا في كوريا، واليابان، بينما مفاعلات الماء الخفيف أكثر انتشارًا في الولايات المتّحدة الأمريكيّة، وتنتشر في كندا مفاعلات الماء الثقيل.
حيث يُستخدم الماء في تهدئة وتبريد المفاعلات، فلكي يتمّ انشطار ذرة اليورانيوم بكفاءة، فهو يتطلب سرعة نيوترون بطيئة؛ حتّى يتسبّب في انشطار نواة الذرّة عند الاصطدام، وبالتالي إنتاج الطاقة الحراريّة.
الطاقة النووية
تعتبر الطاقة الناتجة عن التفاعلات النوويّة، من أعظم الطاقات التي يمكن الحصول عليها من استهلاك أيّ كميّة موازية من المصادر الأخرى، فالطاقة النوويّة المعنيّة في توليد الكهرباء هي الطاقة الحراريّة العالية الناتجة عن اندماج أو انشطار الذرة.
وتُستغل هذه الطاقة في تسخين الماء حتّى غليانه، واستخدام البخار الناتج من عملية الغليان في تشغيل زعانف دائريّة، تعمل على دوران مولّدات الكهرباء، وبالتالي إنتاج الكهرباء.
توليد الكهرباء من الطاقة النوويّة
مما سبق اتضحت لنا ماهيّة التفاعلات النوويّة، وأسباب الطاقة الحراريّة الناتجة عن تلك التفاعلات النوويّة، وأهمية استخدام المياه لتخفيف الحرارة، كمبرد وحامل للحرارة، لاستمرار عمليّة التفاعل النووي،ّ وبالتالي تحوّل ذلك الماء إلى بخار ذي ضغط مرتفع جدًّا، يبلغ حوالي 350 ضغط جويّ؛ مما يعمل على تشغيل التوربينات المتّصلة بمولّدات الكهرباء.
وهذه العمليّة يتمّ استخدام الماء العادي في تفاعلها؛ مما يتطلّب تخصيب اليورانيوم من 2.5٪ إلى 3.5٪، ويُطلق عليها مفاعل الماء المضغوط PWR، وتتمّ هذه العمليّة في عدّة مراحل مختلفة، وفقًا لدرجة تخصيب اليورانيوم.
المفاعلات الأكثر انتشارًا
هناك العديد من المفاعلات النوويّة، التي تُستخدم في توليد الطاقة الكهربائيّة، كلّ نوع منها يعتمد على درجة تخصيب اليورانيوم، أو المادّة النوويّة المستخدمة في المفاعل، وما يناسب السياسة البيئيّة لكلّ دولة ومواردها، ويمكن تناول بعضها على النحو التالي:
- مفاعلات الماء الخفيف (العادي): وتستخدم اليورانيوم المخصّب بدرجة 2.5٪، حتّى 3.5٪، وتُستخدم في الولايات المتحدة الأمريكية.
- مفاعلات الماء الثقيل: حيث يُستخدم الماء المشبّع بالأيدروجين كعامل مساعد في عمليّة التفاعل، ولا تحتاج هذه المفاعلات إلى اليورانيوم المخصّب، وتُستخدم مثل هذه النوعيّة في كندا، ويُطلق عليها مفاعلات ماندو.
- مفاعلات غاز الهيليوم: ويُستخدم في تلك المفاعلات غاز الهيليوم كعامل مساعد، ومن مميّزات هذه المفاعلات أنّها تستخدم اليورانيوم العادي (الطبيعيّ)، أو يمكن أن تستخدم الثوريوم، ومن مميّزات هذه المفاعلات الحرارة العالية، التي تصل إلى900°م؛ ولذلك فإنّها تعدّ من التفاعلات عالية الكفاءة، وتُستخدم في ألمانيا.
وهناك أيضًا مفاعلات التبريد بالرصاص، وتُستخدم في الغوّاصات الروسيّة، وغيرها من المفاعلات الأخرى.
تعدّ الطاقة الكهربائيّة الناتجة عن المفاعلات النوويّة رخيصة الثمن جدًّا، مقارنةً بالمصادر الأخرى، إلّا أنّها تحتاج إلى رأس مال ثابت مرتفع عند إنشائها، كما أنّها تعدّ أمل وطموح كثيرٍ من الدول التي تفتقر إلى مصادر الطاقة، ولكن يجب أخذ الكثير من الاحتياطات عند إنشائها؛ لما لها من آثارٍ على البيئة بكلّ مكوّناتها.
التعليقات