الطاقة النوويــــــة

بسم الله الرحمن الرحيم

الـمـقـدمــة:

الطاقة النووية أو الطاقة الذرية هي الطاقة التي تتحرر عندما تتحول ذرات عنصر كيمائي إلى ذرات عنصر أخر، ( الذرات هي اصغر الجسيمات التي يمكن إن يتفتت إليها أي شيء كان ).
وعندما تنفلق ذرات عنصر ثقيل إلى ذرات عنصرين اخف، فان التحول يسمى "انشطارا نوويا " ويمكن إن يكون التحول " اندماجا نوويا " عندما تتحدد أجزاء ذرتين
يعول على الطاقة النووية أن تصبح أعظم مصادر الطاقة في العالم بالنسبة للإضاءة والتسخين وتشغيل المصانع وتسيير السفن وغير ذلك من الاستخدامات التي لا حصر لها. من ناحية أخرى، يخاف بعض الناس الطاقة النووية لأنها تستخدم أيضا في صنع أعظم القنابل والأسلحة فظاعة وتدميرا في تاريخ العالم. كما إن بعض نواتج عمليه الانشطار تكون سامه للغاية.
الموضوع:

إنتاج الطاقة النووية:

اليورانيوم والبلوتونيوم هما العنصران المستخدمان في إنتاج الطاقة بواسطة الانشطار النووي. كل ذرة من ذرات اليورانيوم أو البوتونيوم ( أو أي عنصر آخر ) لها "نواة " عند مركزها تتكون من " بروتونات " و " نيوترونات ".
الانشطار النووي: عندما يتصادم نيوترون سائب مع ذرة يورانيوم أو بلوتونيوم فان نواة الذرة " تأسر " النيوترون.
عندئذ تنفلق النواة إلى جزأين، مطلقه كميه هائلة من الطاقة كما أنها تحرر نيوترونين أو ثلاثة تتصادم هذه النيوترونات مع ذرات أخرى ويحدث نفس الانشطار في كل مره، وهو ما يسمى بالتفاعل المتسلسل.
ملايين الملايين من الانشطار يمكن أن تحدث في جزء من المليون من الثانية. وهذا هو ما يحدث عندما تنفجر قنبلة ذرية وعندما تنتج الطاقة النووية للأغراض السلمية العادية فانه يلزم إبطاء التفاعل المتسلسل. ولإنتاج الطاقة للأغراض العادية تحدث الانشطار في اله تسمى المفاعل النووي أو الفرن الذري. يتم التحكم في سرعة الانشطار بطرق مختلفة في إحدى الطرق تستخدم قضبان التحكم التي تقصى بعض النيوترونات بعيدا عن التفاعل.
كيف نعيش؟
الاندماج النووي: هذا أيضا يسمى التفاعل النووي الحراري لأنه يحدث فقط عند درجات حرارة عالية جداً. وهو عكس الانشطار النووي. حيث تنصهر (تتحد) معا نواتان خفيفتان لتكونا نواة أثقل.
تأتي الطاقة الشمسية الهائلة من الاندماج النووي، إذا تنصهر أنويه ذرات الهيدروجين الخفيفة لتكون ذرات الهليوم الأثقل. تنطلق أثناء ذلك كميات هائلة من الطاقة في صوره حرارة.
الاندماج النووي هو الذي ينتج الطاقة المدمرة للقنبلة الهيدروجينية. ومع ذلك، يمكن للاندماج النووي في المستقبل إن يكون احد أعظم المصادر الثمينة للطاقة السليمة لأنه يمكنه استخدام مياه البحار البحيرات والنهار في إنتاج القوى النووية.

المفاعلات النووية.. آلات حرب تنتج طاقة

مخاوف تتزايد يوميا من إعادة تنشيط المفاعل النووي في يونج بيون بكوريا الشمالية.. أول مفاعل إيراني ما زال مستمرا رغم انتقادات الولايات المتحدة.. يوجد أكثر من 440 مفاعلاً نوويًّا سلميًّا على مستوى العالم و30 آخرون قيد الإنشاء، لكن لا أحد يعلم إلى أين ستقودنا المفاعلات النووية؟
تزود الطاقة النووية دول العالم بأكثر من 16% من الطاقة الكهربائية؛ فهي تلبي ما يقرب من 35% من احتياجات دول الاتحاد الأوروبي. فرنسا وحدها تحصل على 77% من طاقتها الكهربائية من المفاعلات النووية، ومثلها ليتوانيا. أما اليابان فتحصل على 30% من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة النووية، بينما بلجيكا وبلغاريا والمجر واليابان وسلوفاكيا وكوريا الجنوبية والسويد وسويسرا وسلوفينيا وأوكرانيا فتعتمد على الطاقة النووية لتزويد ثلث احتياجاتها من الطاقة على الأقل. في حين أن أستراليا التي تمتاز بوفرة مصادرها من الفحم الحجري لا تمتلك محطات نووية لتوليد الطاقة، وإنما لديها محطة أبحاث فقط.
المفاعلات أنواع :
ثمة نوعان من المفاعلات النووية: مفاعلات للبحث وأخرى لتوليد للطاقة. تُستخدَم مفاعلات البحث لإجراء الأبحاث العلمية، وإنتاج النظائر لأهداف طبية وصناعية، وهي لا تستخدم لإنتاج الطاقة.
على مستوى العالم هناك 284 مفاعلاً نوويًّا للأبحاث في 56 بلدا، أما مفاعلات الطاقة فيتم استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.
وتستخدم المفاعلات النووية أيضا كمصانع لإنتاج الأسلحة في البلدان التي تمتلك برامج حرب نووية؛ فيمكن استخدام المفاعلات النووية السلمية لإنتاج الأسلحة النووية وإجراء الأبحاث المتعلقة بها.
تستخدم المفاعلات النووية المخصصة لصناعة الأسلحة مادة بلوتونيوم 239، أما في المفاعلات السلمية فيتم إنتاج نظائر أخرى للبلوتونيوم، مثل بلوتونيوم 240، وبلوتونيوم 241، وبلوتونيوم 238؛ وذلك لأن وقود المفاعل يتعرض لإشعاع النيوترون لفترات أطول، ومن الممكن استخدامها أيضا لإنتاج المتفجرات النووية.
وقد لا تكون هذه المتفجرات بدرجة ثبات المتفجرات المصنعة من البلوتونيوم الأمثل لصنع الأسلحة؛ فقد تنفجر قبل الأوان، ولكن حتى لو حدث ذلك فإن نصف قطر دائرة الدمار الذي يسببه انفجارها هو على الأقل 33% من نصف قطر دائرة دمار قنبلة هيروشيما؛ فهي بذلك مواد تفجيرية ذات قدرات مريعة. (الأكاديمية الوطنية للعلوم)
وتعمل المفاعلات النووية على مبدأ الانشطار النووي وذلك من خلال انشطار نواة الذرة، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة حرارية.
وتعتبر مادة اليورانيوم 235 هي الوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية، كما يمكن استخدام البلوتونيوم 239، ويحدث الانشطار النووي لذرات اليورانيوم بإطلاق النيوترونات عليها، وعندما تنشطر بعض الذرات فإنها تطلق النيوترونات، واصطدام هذه النيوترونات مع ذرات أخرى يسبب انشطارها فيتم تحرير المزيد من النيوترونات، وهكذا يستمر رد الفعل المتسلسل مسبباً توليد كمية هائلة من الطاقة الحرارية، ويتم التحكم بمعدل الانشطار النووي في المفاعل باستخدام "قضبان تحكم" التي تقوم بامتصاص بعض النيوترونات المتحررة، فهي تسمح بتنظيم الانشطار النووي والتحكم الآمن به. كما يتم استخدام نظام تبريد مائي للتخلص من الحرارة المفرطة التي تنتج أثناء العملية، ويستخدم البخار الذي تم توليده لتدوير العنفات التي تولد الطاقة الكهربائية.
وتعد كندا والولايات المتحدة الأمريكية وجنوب أفريقيا وأستراليا ونيجيريا من أهم الدول المزوِّدة لليورانيوم.

مميزات الطاقة النووية:

إن كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية هي أقل بكثير من كمية الفحم أو البترول اللازمة لتوليد نفس الكمية؛ فعلى سبيل المثال طن واحد من اليورانيوم يقوم بتوليد طاقة كهربائية أكبر من تلك التي يولدها استخدام ملايين من براميل البترول أو ملايين الأطنان من الفحم. كما أنه لو تم الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد معظم حاجة العالم من الطاقة لكانت كلفتها أكبر بكثير من كلفة الطاقة النووية.
تنتج محطات الطاقة النووية جيدة التشغيل أقل كمية من النفايات بالمقارنة مع أي طريقة أخرى لتوليد الطاقة، فهي لا تطلق غازات ضارة في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتروجين أو ثاني أكسيد الكبريت التي تسبب الاحترار العالمي والمطر الحمضي والضباب الدخاني.
إن مصدر الوقود -اليورانيوم- متوفر بكثرة وبكثافة عالية وهو سهل الاستخراج والنقل، على حين أن مصادر الفحم والبترول محدودة. ومن الممكن أن تستمر المحطات النووية لإنتاج الطاقة في تزويدنا بالطاقة لفترة طويلة بعد قصور مصادر الفحم والبترول عن تلبية احتياجاتنا.
تشغل المحطات النووية لتوليد الطاقة مساحات صغيرة نسبياً من الأرض بالمقارنة مع محطات التوليد التي تعتمد على الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. فقد أكدت اللجنة التنظيمية للمفاعلات النووية على أننا بحاجة إلى حقل شمسي بمساحة تزيد عن 35 ألف فدّان لإنشاء محطة تدار بالطاقة الشمسية لتوليد طاقة تعادل ما تولده المحطة نووية بمقدار 1000 ميجاوات، كما أن مساحة الحقل المعرض للرياح اللازم لمحطة توليد تدار بالرياح لإنتاج نفس الكمية حوالي 150 ألف فدّان أو أكثر. في حين أن محطات التوليد النووية "ميل ستون 2 و3" المقامة في ولاية كونيتيكت والتي تتمتع باستطاعة أكبر من 1900 ميجاوات تشغل مساحة 500 فدان ومصممة لتستوعب ثلاث محطات توليد".

مساوئ الطاقة النووية :

يؤدي استخدام الطاقة النووية إلى إنتاج النفايات ذات الفعالية الإشعاعية العالية؛ فبعد أن يتم انشطار معظم اليورانيوم -الوقود المستهلك- يُزال من المفاعل ويُخزَّن في بحيرات تبريد، وتقوم هذه البحيرات بامتصاص حرارة الوقود المستهلَك وتخفيض درجة إشعاعي؛ ثم تتم إعادة معالجته من أجل استرجاع اليورانيوم والبلوتونيوم غير المنشطرَين واستخدامهما من جديد كوقود للمفاعل، وينتج عن هذه العملية نفايات ذات فعالية إشعاعية عالية المستوى (HLW). يتم إعادة معالجة الوقود المستهلَك بشكل روتيني في مفاعلات برامج الدفاع لاستخدامه في إنتاج الأسلحة النووية، ووفق ما ذكرته وكالة حماية البيئة (EPA) فإن النفايات عالية الإشعاعية (HLW) الناجمة عن برامج الدفاع تشكل أكثر من 99% من إجمالي حجم (HLW) في الولايات المتحدة الأمريكية. وإن كلاً من فرنسا وبلجيكا وروسيا والمملكة المتحدة تملك وحدات خاصة بها لإعادة معالجة الوقود المستهلَك. وتقوم اليابان باستخدام الوقود المعاد معالجته في أوروبا.
ووفق ما ذكرته الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) فإن تقديرات نهاية عام 1997 تشير إلى أن كمية الوقود المستهلَك الناجم عن مفاعلات الطاقة التي يتم تخزينها عالميًّا والتي تزيد على 130 ألف طن، تحتوي قرابة ألف طن من البلوتونيوم، كما أن بعض العناصر الموجودة في الوقود المستهلَك وفي النفايات مثل عنصر البلوتونيوم، هي ذات فعالية إشعاعية عالية وتبقى كذلك لمدة آلاف السنين. ولا يوجد حاليًّا نظام آمن للتخلص من هذه النفايات.
وإن الخطط المقترحة للتخلص من النفايات عالية الإشعاعية وتخزينها لا تضمن حماية كافية للأفراد أو للمياه الجوفية من التلوث الإشعاعي.
وضمن الحوادث المتعلقة بالمفاعلات النووية حدوث تسرب إشعاعي جزئي في مفاعل "ثري مايل آيلا ند" النووي قرب بنسلفانيا عام 1979، وذلك نتيجة لفقدان السيطرة على التفاعل الانشطاري؛ وهو ما أدى لانفجار حرر كميات ضخمة من الإشعاع، ولكن تمت السيطرة على الإشعاع داخل المبنى، وبذلك لم تحدث وفيات عندها، ولكن الحظ لم يحالف حادثة التسرّب الإشعاعي المشابهة في محطة الطاقة النووية في تشير نوبل بروسيا عام 1986، فقد أدت إلى مقتل 31 شخصاً وتعريض مئات الآلاف إلى الإشعاع، ويمكن أن يستمر تأثير الإشعاعات الضارة بحيث تؤثر على الأجيال المستقبلية.
أنواع الأسلحة النووية :
* الأسلحة النووية الانشطارية :
الأسلحة النووية الانشطارية هي احد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن قوتها في عملية الانشطار النووي لعنصر ثقيل مثل اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235 (يورانيوم-235) و بلوتونيوم ذو كتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239) حيث تحفز هذه العناصر الثقيلة على الانشطار بواسطة تسليط حزمة من النيوترونات على نواتها والتي تؤدي إلى انشطارها إلى عدة أجزاء وكل جزء مكون بعد الانشطار الأولي تمتلك من النيوترونات الخاصة بها لاتكفي لتحفيز انشطار آخر وتستمر هذه السلسلة من الأنشطارات التي تتم إجراءها عادة في المفاعلات النووية وكل عملية انشطار يؤدي إلى خلق كميات كبيرة من الطاقة الحركية.
ترجع بداية هذه الفكرة إلى العالم الفيزيائي ألبرت أينشتاين حيث قام في عام 1905 بنشر فكرة النظرية النسبية الخاصة ، وحسب هذه النظرية فان الطاقة تساوي كتلة المادة مضروبا في مربع سرعة الضوء E = mc2 وحسب هذه المعادلة الشهيرة فان كمية قليلة من الكتلة تكون مساوية إلى كمية هائلة من الطاقة فعلى سبيل المثال يمكن تحويل كغم واحد من المادة كاملة إلى طاقة مساوية إلى الطاقة الناتجة من تفجير 22 ميغاطن من مادة تي إن تي ولتوضيح أكثر فان هذه المعادلة تعني أن اي جسم له كتلة يكون له طاقة حتى إذا كان الجسم في حالة ثبات, هذه المعادلة كانت العامل الرئيسي الذي تمحور حوله فكرة الأسلحة النووية فبقياس كتل الانوية لذرات عناصر مختلفة يمكن تقدير الطاقة الموجودة فيها بمجرد ضربها في سرعة الضوء التي هي عدد ثابت (1,079,252,848.8 كم في الساعة أو تقريبا 300,000 كم في الثانية).
في عام 1938 تمكن عالم من ألمانيا اسمه أوتو هان من شطر ذرة يورانيوم إلى جزأين عن طريق تسليط حزمة من النيوترونات عليه وبعد هذه التجربة أصبحت فكرة الأسلحة النووية في متناول اليد. ويعتبر قنابل المواد المخصبة و قنابل الكتلة الحرجة أهم أنواع الأسلحة النوويةالأنشطارية.
* الأسلحة النووية الاندماجية:
منذ نشوء فكرة خلق كميات هائلة من الطاقة خلال عملية الانشطار النووي أدرك العلماء أن خلق نفس الكمية الهائلة من الطاقة ممكنة من الناحية النظرية والعملية بإجراء عملية معاكسة تماما لعملية الانشطار النووي ألا وهي فكرة اندماج نواتين لذرتين خفيفتي الكتلة في عمليات اندماج متسلسلة تسمى بعملية الاندماج النووي وكانت ذرة الهيدروجين هو الاختيار الأنسب لكونها خفيفة الكتلة.
هناك 3 نظائر للهيدروجين، وهي الديتيريم deuterium والتيتيم tritium والبر وتيم protium، وعندما يتحد الديتيريم مع التيتيم يتكون نتيجة لهذا الاندماج ذرة هليوم ويتكون أثناء هذه العملية طاقة حركية هائلة ولكنها أقل بالمقارنة بعملية الانشطار النووي وتتطلب هذه العمليات الاندماجية كميات كبيرة من الحرارة تصل إلى ملايين الدرجات المئوية ولهذا السبب يطلق تسمية القنابل النووية الحرارية على هذا النوع من الأسلحة النووية.
يمكن تعريف السلاح النووي الاندماجي بأحد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن مصدر قوتها مع عملية الاندماج النووي عندما تتحد أنويه خفيفة الكتلة مثل عنصر الديتريوم Deuterium وعنصر اللثيوم لتكوين عناصر أثقل من ناحية الكتلة حيث تتم تحفيز سلسلة من عمليات الاتحاد بين هذين العنصرين وتنتج من هذه السلسلة من عمليات الاندماج كميات كبيرة من الطاقة الحركية. ويطلق على القنابل المصنعة بهذه الطريقة اسم القنابل الهيدروجينية H-bombs أو القنابل النووية الحرارية Thermonuclear Bombs لأن سلسلة الاندماج المحفزة بين أنويه هذه العناصر الخفيفة تتطلب كميات كبيرة من الحرارة وتعتبر القنبلة النيوترونية والهيدروجينية من أهم أنواع الأسلحة النووية الاندماجية.
جربت هذه النوعية من القنابل لأول مرة عام 1951 م في الولايات المتحدة وكانت هناك مزاعم متبادلة بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي حول من توصل إلى تفجير أول القنابل من هذا الطراز حيث تزعم الولايات المتحدة أنها فجرت القنبلة الأولى تجريبيا في 1 نوفمبر 1952 م ثم تلاها الاتحاد السوفيتي في 1 مارس 1954 م وقد خلق الانفجار التجريبي السوفيتي ضجة إعلامية لم يحظى بها الانفجار التجريبي الأمريكي حيث تشكلت سحابة إشعاعية ضخمة فوق سفينة صيد يابانية كانت على بعد 160 كم من موقع الانفجار وقام العلماء اليابانيون بتحليل الغبار على ملابس الصيادين بعد عودتهم وانتشر بعد ذلك خبر امتلاك الاتحاد السوفيتي لهذا النوع من الأسلحة النووية.
* الأسلحة النووية التجميعية:
الأسلحة النووية التجميعية هي احد أنواع الأسلحة النووية التي تتم صناعتها بخطوتين ، تكمن فكرة هذا النوع من السلاح في خلق مايسمى الكتلة الفوق حرجة ويتم هذا بدمج كتلتين تعتبران ذو كتلة دون الحرجة ولغرض عملية الدمج هذه يسلط ضغط هائل على الكتلتين لدمجهما في كتلة واحدة تعتبر فوق الحرجة وينشأ من عملية الدمج هذه كميات هائلة من الطاقة الحركية.
المقصود بمصطلح الكتلة الحرجة لعنصر معين هو الحد الأدنى من كتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات . إذا كان العنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الانشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة. إذا كان العنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الانشطار النووي حتى بدون اي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة حيث يستعمل العنصر في هذه الحالة الطاقة المتولدة من الأنشطارات السابقة لتحفيز الأنشطارات اللاحقة.
بعد استكمال مرحلة الكتلة فوق الحرجة تأتي الخطوة الثانية وهي إشعال الفتيلة التي إما تكون على شكل تصويب طلقة من اليورانيوم كما هو الحال في القنابل ذو الانشطار المصوب Gun-type Fission Weapon أو تفجير قنبلة تقليده في وسط المادة ذو الكتلة فوق الحرجة كما هو الحال في قنابل الانشطار ذو الانضغاط الداخل

يتعين القول أنه ليس من المناسب أن نغالي في تحفظاتنا لدي التفكير بالتطبيقات السلمية للطاقة النووية، فنضيع على بلدنا فرصة علمية وحضارية ثمينة تعد صمام الأمان لشعبنا والأجيال القادمة ضد العودة إلي صحراء التخلف والفقر إذا ما نضبت في وطننا المصادر التقليدية لإنتاج الطاقة، حينئذ يكون الأوان قد فات ولن يعود!