اختراعات

كيف تعمل الطاقة النووية ؟ لتوليد الكهرباء

كيف تعمل الطاقة النووية ؟ لتوليد الكهرباء

كيف تعمل الطاقة النووية ؟ لتوليد الكهرباء


يُنتج المفاعل النووي الطاقة بطريقة مشابهة لتلك التي تستخدمها باقي محطات توليد الطاقة الكهربائية.
ينتج المفاعل النووي الحرارة، التي تسخّن الماء لتحويله إلى بخار. ويقوم ضغط البخار بتشغيل مولد كهرباء الذي ينتج الطاقة.
يكمن الاختلاف في كيفية إنتاج الحرارة. تعمل محطات توليد الطاقة على حرق الوقود الاحفوري مثل الفحم والنفط أو الغاز الطبيعي لتوليد الحرارة. في محطة الطاقة النووية، تنتج الحرارة من انشطار نواة الذرة في عملية تسمى الانشطار النووي.

1. ينتج المفاعل النووي الحرارة التي تستخدم لصنع البخار.
2. يدير البخار توربينات متصلة بمغناطيس كهربائي، يسمى المولد
3. ينتج المولد الكهرباء
يمنع الضغط العالي في مفاعل الماء المضغوط. المياه الموجودة في وعاء المفاعل من الغليان، ثم تنقل المياه عالية الحرارة إلى مولد البخار المؤلف من عدد آبير من الأنابيب الصغيرة. تسبب الحرارة في هذه الأنابيب تحول الماء إلى بخار يستخدم لتشغيل التوربين. وتتم إعادة المياه من المفاعل إلى وعاء المفاعل ليعاد تسخينها من جديد. يتم تبريد البخار من التوربين في جهاز مكثف وإرسال الماء الناتج إلى مولد البخار.

اليورانيوم.
يستخدم اليورانيوم المخصب كوقود للمفاعلات النووية. واليورانيوم هو عنصر مشع متوفر في معظم الصخور. عندما يتحلل اليورانيوم أو يتفتت، ينتج حرارة تكون المصدر الرئيسي لحرارة باطن الأرض،وهي عملية طبيعية مشابهة لإنتاج الحرارة داخل المفاعل النووي.

الانشطار النووي
الانشطار هو عملية شطر النواة إلى شطرين توجد داخل كل حُبيبة من اليورانيوم، الملايين من نوى اليورانيوم. عندما يتم شطر هذه النوى يتحرر قدر هائل من الطاقة، بعضها على شكل إشعاع، و لكن المصدر الأكبر للطاقة هو طاقة حرآية. وهي الطاقة التي تنتج الحرارة في المفاعل، والتي تستخدم بدورها لتوليد البخار، الذي يؤدي في نهاية المطاف إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.

الطاقة النووية و البيئة
لقد أعطت الطاقة الذرية كمصدر لتوليد الطاقة الكهربائية فوائد جمة للبيئة، وبالتحديد فإن الطاقة النووية لا تساهم في رفع درجة حرارة الأرض عن طريق انبعاث الغازات الدفيئة مثل ثاني أآسيد الكربون. وكذلك فإنها لا تنتج أي من أكاسيد الكبريت أو النيتروجين أو الجسيمات الملوثة للبيئة. فعندما تنتج الكهرباء بالطاقة النووية فلا شيء يحترق بالطريقة التقليدية فالحرارة تنتج بطريقة الإنشطار لا الأكسدة. في حين نجد في حالة محطات الوقود الأحفوري إنبعاث كميات هائلة من الغازات الملوثة للبيئة نتيجة احتراق الوقود كما يبقى أطنان من الرماد. ويمكننا تصور أن ال 16 % من كهرباء العالم المنتجة بالطاقة النووية توفر على العالم إنتاج 1.7 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون المتسبب في دفيئة العالم ويمكن تجنب المزيد منه ببناء محطات نووية جديدة أو ترقية المحطات القائمة وإطالة عمرها. وفي أوروبا وحدها يتم توفير نصف مليار طن من ثاني أكسيد الكربون أي ما يكافئ إنبعاثه من ٧٥ % من كل سيارات أوروبا.
ونفايات المحطات الكهرونووية مشعة صلبة لكنها صغيرة الحجم والكتلة مقارنة بكمية الكهرباء المنتجة.
وهذه النفايات متحكم فيها منذ البداية إلى حين التخلص منها نهائياً، على خلاف محطات الوقود الأحفوري التي لا يتحكم في نفاياتها التي تنطلق مباشرة إلى الجو. وإذا ما زودت المحطات الأحفورية بأجهزة أوإجراءات تتحكم في التلوث فإن كلفة بنائها وإدارتها ستزيد ولا شك على المالك والمستفيد على حد سواء.
ويعتبر الهم الأساسي في توليد الكهرباء هو إنبعاث ثاني أكسيد الكربون، العنصر الأساسي في ظاهرة الانحباس الحراري وثاني أكسيد الكبريت المسبب لنزول الأمطار الحمضية وأكاسيد النيتروجين ذات التأثير السلبي على طبقة الأوزون. إن قضية ما إذا كانت الطاقة النووية تمثل مكسباً إيجابياً للبيئة بالمقارنة بغيرها تعتمد على القيمة الموضوعة للتصرف في النفايات التي ينتجها كل نوع من الوقود وكمية الملوثات المنبعثة منها.
 تمثل الطاقة النووية فائدة عظيمة للبيئة من حيث أنها تقلص بشكل نهائي الملوثات الجوية كما قدرت وكالة حماية البيئة متوسط مستوى انبعاث بعض الغازات لكل ميغا واط ساعة وفقاً للجدول التالي.
جدول انبعاث بعض الغازات لكل ميغا واط ساعة بالرطل:

وممّا لاشك فيه إن إحلال الطاقة النووية شيئاً فشيئاُ محل باقي المصادر وخاصة الفحم سيخفض بشكل جوهري انبعاث الغازات الدفيئة والحمضية والعناصر الجسيمية الملوثة للبيئة. ولكن الصرف على تقنية التحكم في الملوثات البيئية في محطات الوقود الأحفوري قد يكون خياراً آخراً أيضاً.ويقدر إنبعاث ثاني أآسيد الكربون من محطات الوقود الأحفوري ب ٢٥ مليار طن في السنة حوالي40 % منها تنبعث من الفحم وحده و 43 % من النفط والغاز والباقي من مصادر الطاقة الأخرى.

إنبعاث ثاني أكسيد الكربون من مصادر الكهرباء المختلفة
والنسب المبينة في الشكل اعلاه توضح مدى حاجة العالم الماسة لاستخدام الطاقة النووية. كما يمكن أن نذهب إلى أبعد من ذلك لنقول أن العالم قد يبقى أمام خيار وحيد من أجل تجنب الأثر الكارثي على الحياة جراء انبعاث غازات الدفيئة فكل ٢٢ طن من اليورانيوم تستخدم كوقود توفر على العالم مليون طن من ثاني أكسيد الكربون.

خاتمة
إن ازدياد الطلب على الطاقة في الدول الصناعية وفي عدد من الدول التي تتمتع بنمو
اقتصادي مميز وبخزان ثري كبير (آالصين والهند) يدفع دول العالم إلى التفتيش عن مصادر طاقة مختلفة تأمينا للحاجة الملحة الحالية وتحسباً لما سيكون عليه الطلب في المستقبل القريب والبعيد في ظل التوقعات المتشائمة والمتفائلة عن الطاقة مستقبلاً وبشكل خاص عن مخزونات الوقود الأحفوري. وهذا يعني بأن الدول تقوم بشكل علمي وموضوعي بتحليل المعطيات المتوفرة حالياً للانطلاق نحو خطط مستقبلية لتأمين الطاقة المطلوبة لدعم اقتصادها وتأمين رفاهية أناسها.
والخطوة الأولى بهذا الاتجاه هي الشروع باتخاذ قرار يجعل تدريس العلوم النووية أمراً ضرورياً في الجامعات العربية في كليات الطب والصيدلة والعلوم والهندسة والبدء بتخريج باحثين ومهندسين وفنيين قادرين على الاستفادة من التكنولوجيا النووية للأغراض السلمية في شتى الميادين الطبية والزراعية والصناعية وإنتاج الكهرباء وعلى تطوير هذه التكنولوجيا خدمة للاقتصاد الوطني وللبشرية .