تقنيات المفاعلات النووية ..

خالد الغامدي · #1 19-06-2007, 14:11

بسم الله الرحمن الرحيــم

مقدمـــــــــــة

تنتج كل الطاقة الكهربائية في العالم تقريبا من محطات القدرة الحرارية ومحطات القدرة الكهرومائية، فالمحطات الحرارية تستخدم قوة البخار الناتج من الماء المغلي لتوليد الكهرباء في حين تستعمل المحطات الكهرومائية قوة اندفاع الماء الساقط من سد او شلال .
وتعمل معظم المحطات الحرارية بوقود احفوري يتكون من الفحم الحجري والزيت في المقام الاول وذلك لتوليد الحرارة اللازمة لغلي الماء، اما المحطات الحرارية فتستخدم انشطار اليورانيوم لتوليد الحرارة ، لذلك يمكن ان تتزايد اهمية المحطات النووية اكثر فأكثر ولكنها لا تنتج في الوقت الحالي سوى ما يقارب %16 من الكهرباء في العالم وذلك للمخاطر التي قد تنجم عنها .
وقد بدأت اول محطة قدرة نووية مكتملة العمل عام1956.

نبــذة تاريخيــة

درس الاشعاع منذ القدم . حيث النظريات والاكتشافات المبكرة، ففي القرنين الثالث والرابع قبل الميلاد كتب الفيلسوف الاغريقي ابيقور عن جسيمات تبعث من سطوح الاجسام. واعتمد اقليدس وهو رياضي اغريقي عاش في نفس تلك الفترة ان العين ترسل اشعاعا يمكنها من رؤية الاجسام .

وقد اكتشف النشاط الاشعاعي في عام 1896حيث وجد الفيزيائي ( انطوان هنري يكويريل ) ان بلورات بعض مركبات اليورانيوم يمكن ان تظلل الالواح الفوتوغرافية ، حتى في حالة عدم تعرضها للضوء وافترض ان اليورانيوم يطلق طاقة في شكل اشعاع .
واوضحت تجارب لاحقة اجراها الفيزيائي البريطاني ( آرنست رذر فورد ) ان هذا الاشعاع يتكون من جسيمات اسماها جسيمات الفا وبيتا .

وبدأ العصر النووي في عام 1942عندما أنتج الفيزيائي الإيطالي المولد ( ايزيكو فيرمي ) والعاملون معه في الولايات المتحدة اول تفاعل تسلسلي نووي – صناعي .

ومنذ ذلك التاريخ وجه الكثيرون من العلماء انتباههم نحو ايجاد استخدامات للنشاط الاشعاعي والاشعاع وانتجوا الاسلحة النووية المبنيه على الانشطار مثل القنبلة الذرية – والاندماج – مثل القنبلة الهيدروجينية .

الانشطــــار النــــووي

وهو عملية انفلاق نوى ثقيلة لاطلاق طاقاتها ويشكل الطريقة الرئيسية لانتاج الطاقة النووية ، ويتظمن استخدام نيوترون حر لفلق نواة عنصر ثقيل كاليورانيوم الى شظيتي انشطار .

وينتج عن الانشطار فضلا عن الطاقة الحرارية نيوترونات واشعاعات نووية مثل اشعة كاما .
اما شظايا الانشطار فتصدر اشعة بيتا، وتتالف كل شظية من نواة تحتوي تقريبا على نصف عدد النيوترونات في النواة الاصلية المشطورة ولا يطلق تفاعل الانشطار الا جزءاً من طاقة النواة.

وتؤلف الحرارة معظم هذه الطاقة وما بقى منها يكون على صورة اشعاع. يقيس العلماء الطاقة بوحدة تسمى ( الكترون فولت ) . ويولد احتراق ذرة من الكاربون في الفحم الحجري او النفط طاقة نحو (3eV) في حين يولد انشطار نواة واحدة من اليورانيوم نحو (200 MeV).

الوقــود النـــووي

يعد نظير اليورانيوم (238-U) وقوداً مثالياً في التفاعل النووي بسبب وفرته في الطبيعية، ولكن نواته تمتص النيوترونات الحرة عادة دون ان تنشطر ويصبح النيوترون الممتص مجرد جزء من النواة ولهذا تم استخدام نظير اليورانيوم (235-U) ليعد المادة الطبيعية الجيدة ( بعد تخصيبها ) والتي يمكن ان تستعملها المفاعلات النووية لاحداث تفاعل متسلسل وتمثل عملية التخصيب زيادة نظير اليورانيوم (235-U) بالنسبة للنظير (238–U).

وهنالك طرق كثيرة للتخصيب منها طريقةالطرد المركزي والانشطار الغازي، ويتم شطر نواة اليورانيوم (235) في المفاعلات باستخدام النيوترونات الحرارية البطيئة.

وقد طور العلماء مفاعلات مولدة تنتج النظيرين الصناعيين البلوتونيوم (239) واليورانيوم (233) وتشطرهما، وتستطيع بذلك المفاعلات المولدة استعمال النيوترونات السريعة بمثابة جسيمات قاذفة .

مزايا الطاقة النووية وعيوبها

تتميز محطات القدرة النووية عن محطات الوقود الاحفوري بميزتين رئيسيتين هما:

1-تستهلك المحطات النووية وقود اقل كثيرا مما تستهلكه محطة الوقود الاحفوري .
2-لا يطلق اليورانيوم الى الجو مواد كيماوية ملوثه او صلبة اثناء استعماله على عكس الوقود الاحفوري .

ولكن للطاقة النووية عيوب ادت الى ابطاء تطورها في العالم هي :-

1-أخطار المحطات النووية كبيرة لدرجة لا يجعلها تخضع لقوانين حكومية معينة يمكن ان تخضع لها محطات الوقود الاحفوري .
2-تكلفة انشاء المحطة النووية تفوق كثيرا تكلفة انشاء محطة الوقود الاحفوري .
3-يستمر اليورانيوم في اطلاق اشعاعات خطيرة ولفترة طويلة. بعد استعماله كوقود للطاقة النووية ، كما ان مشكلة تخزين نفايات اليورانيوم لم تحل بصورة امينة لحد الان .