الطاقة النووية

الطاقة النووية (بالإنجليزية: Nuclear Energy) هي الطاقة التي يتم إطلاقها بكميات كبيرة في العمليات التي تؤثر في النوى الذرية، وهي النوى التي تحتوي على عدد هائل من الذرات (كثيفة الذرات)، ويُطلق عليها اسم الطاقة الذرية (بالإنجليزية: Atomic Energy) أيضًا، وتختلف الطاقة الناتجة عنها عن التي تنتج من التفاعلات النووية، والتي تنشأ طاقتها فقط من إلكترونات الذرات، وفي كثير من دول العالم يتمّ استغلال الطاقة النووية لإنتاج الطاقة الكهربائية.[١]


كيف تنتج الطاقة النووية

هناك طريقتان لإنتاج الطاقة من التفاعلات النووية، وهما: الانشطار النووي (بالإنجليزية: Nuclear Fission) والطريقة الأخرى تُسمّى الاندماج النووي (بالإنجليزية: Nuclear Fusion) وهو خاضع للرقابة، ومن المتوقع أن تكون نتائجها مبشرة، ولكن لم يتمّ إتمامها بالشكل المطلوب حتى حلول عام 2020،[٢] وفيما يأتي توضيح أكثر لكل طريقة:


الانشطار النووي

يحدث الانشطار النووي (بالإنجليزية: Nuclear Fission) في المفاعل النووي الذي يستخدم عنصر اليورانيوم (بالإنجليزية: Uranium) للعملية، إذ يجبر المفاعل ذرات اليورانيوم على التفكك، وعندما تنقسم تُطلق جزيئات صغيرة تُسمّى نواتج الانشطار (بالإنجليزية: Fission Products)، والتي تتسبب في انقسام ذرات اليورانيوم الأخرى، مما يؤدي إلى بدء التفاعل المتسلسل (بالإنجليزية: Chain Reaction)، وتُولِّد الطاقة المنبعثة من هذا التفاعل المتسلسل حرارة، والتي تسخن بدورها عامل تبريد المفاعل، وعادة ما يكون عامل تبريد المفاعل هو الماء، وأحيانًا يكون معدنًا سائلًا أو ملحًا مصهورًا، فيُنتِج عامل التبريد البخار، ويدير البخار التوربينات أو العجلات التي تدور بواسطة تيار متدفق، وتعمل التوربينات على تشغيل المولدات أو المحركات التي تولِّد الكهرباء، عندها يأتي دور قضبان التحكم والمكونة من السموم النووية -وهي مواد مثل نوع من عنصر الزينون-، وتقوم بضبط كمية الكهرباء التي يتمّ إنتاجها في المفاعل، إذ إنّها تمتص بعض نواتج الانشطار الناتجة عن الانشطار النووي، وكلما زاد عدد قضبان السموم النووية الموجودة أثناء التفاعل المتسلسل، كان التفاعل أبطأ وأكثر تحكمًا، أمّا بإزالة القضبان سيصبح التفاعل المتسلسل أقوى وكمية الكهرباء المتولدة أكبر.[٣]


الاندماج النووي

يحدث من خلال عملية الاندماج النووي (بالإنجليزية: Nuclear Fusion) اندماج للذرات، بحيث تكوِّن التفاعلات النووية عناصر ثقيلة من دمج ذرات العناصر الخفيفة، وهذا يحدث في الحالات التي تنتمي فيها النوى المتفاعلة إلى عناصر ذات أعداد ذرية منخفضة مثل: الهيدروجين (بالإنجليزية: Hydrogen) الذي يحمل العدد الذري 1، أو نظائره الديوتيريوم (بالإنجليزية: Deuterium) والتريتيوم (بالإنجليزية: Tritium)، ويتمّ إطلاق كميات كبيرة من الطاقة ناتجة من هذه التفاعلات، ولكن حتى الآن لم يتمّ بناء أي مفاعل نووي خاص بالاندماج النووي، وفقط تمّ تحقيق شروط درجة حرارة البلازما، والعزل الحراري اللازمة للمفاعل؛ لأنّ تفاعل الاندماج النووي قد يكون خطرًا؛[٤] فقد لا تملك محطات الطاقة النووية القدرة على إنتاج الطاقة بأمان من خلال عملية الاندماج النووي، إذ لا يزال المهندسون يبحثون عن أدلة للاطمئنان والوثوق بنتائج الاندماج النووي لاعتقادهم بأنّها ستكون آمنة وفعالة ومجدية ماديًا، ولم يتضح ما إذا كانت العملية ستكون خيارًا في المستقبل لإنتاج الكهرباء مثل الانشطار النووي.[٣]

فوائد الطاقة النووية

يقع أول مفاعل نووي لإنتاج الكهرباء بالقرب من أركو (Arco) بولاية أيداهو (Idaho) في الولايات المتحدة الأمريكية، إذ بدأ المفاعل التجريبي بتوليد الطاقة عام 1951م، وتمّ إنشاء أول محطة للطاقة النووية مصممة لتوفير الطاقة للمجتمع في أوبنينسك (Obninsk) في روسيا عام 1954م، يتطلب بناء المفاعلات النووية مستوى عالٍ من التكنولوجيا، ومن فوائد الطاقة النووية ما يأتي:[٣]

  • إنتاج الطاقة الكهرباء، والتي يُمكن استخدامها لتزويد المنازل، والمدارس، والشركات، والمستشفيات بالطاقة.
  • المساعدة على استكشاف الفضاء.[٥]
  • تعقيم المعدات الطبية.[٥]
  • توفير المياه الصالحة للشرب من خلال تحلية المياه.[٥]
  • توفير النظائر المشعة لعلاج السرطان.[٥]
  • محاربة تغيّر المناخ من خلال تقليل نسبة الكربون التي تصل إلى الغلاف الجوي، إذ إنّها خالية من الكربون.[٥]
  • توفير العديد من الوظائف للعمل في مجال الطاقة النووية، مما يدعم الاقتصاد.[٥]
  • استخدامها في المركبات الكهربائية التي تقلل من تلوث الهواء.[٥]

الطاقة النووية والبيئة

تُعدّ الطاقة النووية ثاني أكبر مصدر للكهرباء منخفضة الكربون في العالم بعد الطاقة الكهرومائية؛ لذلك فإنّ الطاقة النووية هي طاقة نظيفة ومستدامة بحسب المعطيات الآتية:[٦]

  • الحفاظ على جودة الهواء: لا تبعث الطاقة النووية غازات ملوِّثة للهواء من الطاقة النووية، إذ تُظهر إحصائيات معهد الطاقة النووية (NEI) مثلًا أنّ الولايات المتحدة تجنبت أكثر من 476 مليون طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عام 2019م، وهذا يعادل إزالة 100 مليون سيارة من الطريق، كما تُحافظ الطاقة النووية على نظافة الهواء عن طريق إزالة آلاف الأطنان من ملوِّثات الهواء الضارة كل عام والتي تساهم في هطول الأمطار الحمضية والضباب الدخاني والتي تسبب بعض الأمراض للبشر.
  • إنتاج الحد الأدنى من النفايات: تنتج الطاقة النووية الحد الأدنى من النفايات، على الرغم من أنّ الوقود النووي كثيف للغاية، إلّا أنّه لا يُستخدَم بشكل كبير، إذ تُشير الإحصائيات إلى أنّ كل الوقود النووي المُستخدَم الذي أنتجته صناعة الطاقة النووية الأمريكية على مدى الستين عامًا الماضية تساوي ملعب كرة قدم على عمق أقل من 9 أمتار فقط، ويُمكن أيضًا إعادة معالجة هذه النفايات وإعادة تدويرها للتقليل من كمية النفايات الناتجة عنها.
  • مساحات المفاعل النووي صغيرة: تحتاج الطاقة النووية إلى مساحات قليلة لإنتاج كميات هائلة من الطاقة الخالية من الكربون، وكميات كبيرة من الكهرباء، فعلى سبيل المثال، تحتاج المنشأة النووية النموذجية التي تبلغ طاقتها 1,000 ميجاواط في الولايات المتحدة إلى ما يزيد قليلاً على 2.5 كم2 لتشغيلها، وحسب تصريحات معهد الطاقة النووية (NEI) فإنّ مزارع الرياح تتطلب مساحة أرض أكبر بمقدار 360 مرة لإنتاج نفس الكمية من الكهرباء، وتتطلب محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية مساحة أكبر بحوالي 75 مرة.


سلبيات استخدام الطاقة النووية

على الرغم من فوائد الطاقة النووية سابقة الذكر، إلّا أنّ هناك بعض سلبيات لاستخدامها، وهي:[٣]

  • المنتج الثانوي للطاقة النووية هو مادة مشعة، وهي عبارة عن مجموعة من النوى الذرية غير المستقرة، ويُمكن أن تؤثر في العديد من المواد من حولها عندما تفقد هذه النوى طاقتها، بما في ذلك الكائنات الحية والبيئة، كما يُمكن أن تكون المواد المشعة شديدة السمية، وتسبب حروقًا للكائنات الحية، وتزيد من خطر الإصابة بالسرطان وأمراض الدم وتسوس العظام؛ لذلك يجب تنظيم طرق للتخلص من هذه المواد، وتخزين حبيبات اليورانيوم المُستخدَمة في حاويات خاصة تشبه أحواض السباحة الكبيرة، وتقوم بعض المحطات النووية بتخزين الوقود المُستخدَم في صهاريج التخزين الجاف فوق الأرض.
  • وجود النفايات المشعة، وهي عبارة عن الملابس الواقية التي يرتديها العملين في المفاعلات النووية، والأدوات التي يستخدِمونها، ومواد أخرى، وهي نفايات طويلة الأمد، تبقى مشعة لآلاف السنين، ويجب التخلص منها بطرق خاصة.


المراجع

  1. ↑ "Nuclear energy", Britannica, Retrieved 14/6/2021. Edited.
  2. ↑
  3. ^ أ ب ت ث "Nuclear energy", National Geographic, Retrieved 14/6/2021. Edited.
  4. ↑
  5. ^ أ ب ت ث ج ح خ "What Is Nuclear Energy?", nei, Retrieved 14/6/2021. Edited.
  6. ↑ "3 Reasons Why Nuclear is Clean and Sustainable", energy, 31/3/2021, Retrieved 14/6/2021. Edited.