ماهية الطاقة النووية,الطاقة النوويه
إن الطاقة النووية هي تلك الطاقة المستمدة من الانشطار النووي Nuclear Fission حينما تنشطر نواة المواد الثقيلة كاليورانيوم بقذفها بالنيوترونات، الأمر الذي يولد سلسلة من التفاعلات تنتج طاقة هائلة، إذ تقذف ذرة اليورانيوم بنيوترون فتنقسم إلى عنصرين أصغر(باريمBarium وكريبتونKrypton ) بالإضافة إلى ثلاث نيوترونات سريعة جدا تصطدم بذرات ثلاث من اليورانيوم 235 ، وهكذا دواليك .
 |
| التفاعل النووي بالانشطار |
والطاقة النووية أيضا هي تلك الطاقة المستمدة من الاندماج النووي Nuclear Fusion حينما تنصهر نظائر مواد خفيفة تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين جداً حتى يلتحما ليشكلا نواة ثقيلة؛ ونتيجة ذلك تتوالد طاقة هائلة أعظم بكثير من طاقة الانشطار النووي.
ولكن العلماء يعتقدون أن نجاح مشروع توليد الطاقة من الاندماج النووي على أرض الواقع سوف يحتاج إلى عشرات السنين، فتلك الدرجة المرتفعة المطلوبة للتفاعل لا يمكن الوصول إليها على سطح الأرض إلا في المختبرات العلمية في الوقت الحالي، ولم تتحقق اليوم إلا لفترات زمنية في غاية الصغر، حيث تكمن الصعوبة في الحفاظ على درجة حرارة عالية وضغط مرتفع على مدى زمني كبير. ولكن بعض التصريحات لسياسيين مرموقين في الاتحاد الأوروبي تشير إلى زيادة الآمال بتحقيق ذلك الطموح خلال مدة 15 سنة على الأكثر، فإلى ماذا تستند طموحاتهم تلك؟
ربما تستند طموحاتهم إلى المفاعل التجريبي ITER الواقع في جنوبي فرنسا، والذي تتشارك فيه الولايات المتحدة وأوروبا واليابان والصين وروسيا، فضلاً عن بعض الدول الأخرى، إذ سوف يبدأ العمل في عام 2017 بإدماج الهيدروجين ثم الانتقال إلى الديتريوم Deuterium والتريتيوم Tritium.
أما المرحلة اللاحقة فتتمثل في مشروع DEMO الذي سوف يبدأ العمل به في مطلع ثلاثينيات هذا القرن، بحيث يشرع في تزويد الشبكات بالطاقة الكهربائية نحو عام 2040.
لا يعني الاندماج النووي أن هذه الصناعة خالية من التلوث الإشعاعي تماماً، ولكن، يمكننا القول إن المواد المشعة الناجمة عن هذه المفاعلات سوف يكون لها عمراً إشعاعياً قصيراً جداً قد لا يتجاوز مئة سنة، بدلاً من ملايين السنين في حالات النفايات الشديدة الإشعاع للمفاعلات التقليدية. ولكن إنتاج التريتيوم نفسه ينجم عنه نفايات مشعة طويلة الأمد الإشعاعي، إنما من المتوقع أن تقوم في المستقبل مفاعلات الاندماج النووي نفسها بإنتاج حاجتها من التريتيوم(*).
أما فيما يتعلق بوقود الانشطار النووي، موضوع هذا الكتاب، فهناك نظائر لليورانيوم موجودة في الطبيعة، ومنها U235؛ والنظائر هي ذرات من المادة نفسها لها عدد نيوترونات مختلف ولكن لديها العدد نفسه من البروتونات وهذا يعني أنها تتصرف كيميائياً على النحو ذاته، فيما تطلق النظائر المختلفة إشعاعات بكميات مختلفة.
U235 هو الوحيد من نظائر اليورانيوم الذي يوجد في الطبيعة وقابل للانشطار بالنيوترونات عند طاقة حركة منخفضة. أما U238 فهو أيضاً قابل للانشطار، ولكن عند طاقة حركة أكبر للنيوترونات، وهو الذي يستخدم عادة في صناعة الأسلحة. فمن أين تحصل المفاعلات النووية على وقودها النووي من اليورانيوم؟
عادة ما تتواجد أكاسيد اليورانيوم بنسب ضئيلة في الطبيعة مخلوطة بمواد أخرى وصخور، فبعد عملية التعدين والحصول على المادة الخام من المناجم فإنها تطحن ويضاف إليها مواد أسيدية، ثم يتم ترشيحها للحصول على "الكعكة الصفراء" التي تحتوي على خليط من الأكاسيد يتكون في معظمه من أكسيد اليورانيوم U3O8. ومن خلال سلسلة تصنيع معقدة من الإضافات ينتج اليورانيوم المشع غير المخصب بعد، فكيف يحدث ذلك؟
تتبع صناعة الكعكة الصفراء عمليات صهر وإضافات أسيدية وأمونيا لإنتاج سداسي فلوريد اليورانيوم UF6، ومن ثم تفصل النظائر لإنتاج U235 و U238 الأثقل وزناً. وفيما يستخدم اليورانيوم العالي التخصيب (نحو 85%) كوقود نووي في الأسلحة النووية، يستخدم الأقل تخصيباً لتشغيل المفاعلات النووية.
إذن، إن الطاقة النووية المتوافرة الآن هي الطاقة الحرارية التي يتم الحصول عليها بواسطة المفاعلات النووية من خلال عملية الانشطار النووي. وتستخدم الحرارة المنبثقة عن هذه الوسائل النووية في توليد الكهرباء عبر توربينات تعمل بواسطة بخار الماء.
ولكن عملية الانشطار النووي الحالية فيها مخاطر بيئية. فما هي تلك المخاطر التي ربما تنجم عن صناعة المواد المشعة وتشغيل المفاعلات النووية والتعامل مع النفايات النووية؟ هذا ما سوف نسعى للإجابة عنه في الفصل الأول.
ولكن العلماء يعتقدون أن نجاح مشروع توليد الطاقة من الاندماج النووي على أرض الواقع سوف يحتاج إلى عشرات السنين، فتلك الدرجة المرتفعة المطلوبة للتفاعل لا يمكن الوصول إليها على سطح الأرض إلا في المختبرات العلمية في الوقت الحالي، ولم تتحقق اليوم إلا لفترات زمنية في غاية الصغر، حيث تكمن الصعوبة في الحفاظ على درجة حرارة عالية وضغط مرتفع على مدى زمني كبير. ولكن بعض التصريحات لسياسيين مرموقين في الاتحاد الأوروبي تشير إلى زيادة الآمال بتحقيق ذلك الطموح خلال مدة 15 سنة على الأكثر، فإلى ماذا تستند طموحاتهم تلك؟
ربما تستند طموحاتهم إلى المفاعل التجريبي ITER الواقع في جنوبي فرنسا، والذي تتشارك فيه الولايات المتحدة وأوروبا واليابان والصين وروسيا، فضلاً عن بعض الدول الأخرى، إذ سوف يبدأ العمل في عام 2017 بإدماج الهيدروجين ثم الانتقال إلى الديتريوم Deuterium والتريتيوم Tritium.
أما المرحلة اللاحقة فتتمثل في مشروع DEMO الذي سوف يبدأ العمل به في مطلع ثلاثينيات هذا القرن، بحيث يشرع في تزويد الشبكات بالطاقة الكهربائية نحو عام 2040.
لا يعني الاندماج النووي أن هذه الصناعة خالية من التلوث الإشعاعي تماماً، ولكن، يمكننا القول إن المواد المشعة الناجمة عن هذه المفاعلات سوف يكون لها عمراً إشعاعياً قصيراً جداً قد لا يتجاوز مئة سنة، بدلاً من ملايين السنين في حالات النفايات الشديدة الإشعاع للمفاعلات التقليدية. ولكن إنتاج التريتيوم نفسه ينجم عنه نفايات مشعة طويلة الأمد الإشعاعي، إنما من المتوقع أن تقوم في المستقبل مفاعلات الاندماج النووي نفسها بإنتاج حاجتها من التريتيوم(*).
أما فيما يتعلق بوقود الانشطار النووي، موضوع هذا الكتاب، فهناك نظائر لليورانيوم موجودة في الطبيعة، ومنها U235؛ والنظائر هي ذرات من المادة نفسها لها عدد نيوترونات مختلف ولكن لديها العدد نفسه من البروتونات وهذا يعني أنها تتصرف كيميائياً على النحو ذاته، فيما تطلق النظائر المختلفة إشعاعات بكميات مختلفة.
U235 هو الوحيد من نظائر اليورانيوم الذي يوجد في الطبيعة وقابل للانشطار بالنيوترونات عند طاقة حركة منخفضة. أما U238 فهو أيضاً قابل للانشطار، ولكن عند طاقة حركة أكبر للنيوترونات، وهو الذي يستخدم عادة في صناعة الأسلحة. فمن أين تحصل المفاعلات النووية على وقودها النووي من اليورانيوم؟
عادة ما تتواجد أكاسيد اليورانيوم بنسب ضئيلة في الطبيعة مخلوطة بمواد أخرى وصخور، فبعد عملية التعدين والحصول على المادة الخام من المناجم فإنها تطحن ويضاف إليها مواد أسيدية، ثم يتم ترشيحها للحصول على "الكعكة الصفراء" التي تحتوي على خليط من الأكاسيد يتكون في معظمه من أكسيد اليورانيوم U3O8. ومن خلال سلسلة تصنيع معقدة من الإضافات ينتج اليورانيوم المشع غير المخصب بعد، فكيف يحدث ذلك؟
تتبع صناعة الكعكة الصفراء عمليات صهر وإضافات أسيدية وأمونيا لإنتاج سداسي فلوريد اليورانيوم UF6، ومن ثم تفصل النظائر لإنتاج U235 و U238 الأثقل وزناً. وفيما يستخدم اليورانيوم العالي التخصيب (نحو 85%) كوقود نووي في الأسلحة النووية، يستخدم الأقل تخصيباً لتشغيل المفاعلات النووية.
إذن، إن الطاقة النووية المتوافرة الآن هي الطاقة الحرارية التي يتم الحصول عليها بواسطة المفاعلات النووية من خلال عملية الانشطار النووي. وتستخدم الحرارة المنبثقة عن هذه الوسائل النووية في توليد الكهرباء عبر توربينات تعمل بواسطة بخار الماء.
ولكن عملية الانشطار النووي الحالية فيها مخاطر بيئية. فما هي تلك المخاطر التي ربما تنجم عن صناعة المواد المشعة وتشغيل المفاعلات النووية والتعامل مع النفايات النووية؟ هذا ما سوف نسعى للإجابة عنه في الفصل الأول.
ليست هناك تعليقات: