كل ما تحتاج إلى معرفته عن الطاقة النووية

الطاقة النووية 101

تتولَّد الطاقة النووية من خلال ما يسمى بانشطار الذرة، أو الانشطار الذري، حيث تتحرر الكثير من الطاقة. وبتعبير الشخص العادي، يوجد في نواة الذرة جسيم صغير يمكن أن ينطلق في نواة الذرة، مما يؤدي إلى انقسام الذرة. وبهذه الطريقة، يمكن توليد الكثير من الطاقة التي يمكن استخدامها لإنتاج الكهرباء. قد يكون الأمر معقدًا جدًّا، لكنه في الأساس يشبه عملية حرق الوقود في المحرك، لكن "الوقود" لهذه العملية هو نواة الذرة.

وقد وفرتالطاقة النووية منذ فترة طويلة وسيلة لإنتاج الطاقة دون إطلاق الكربون، الذي يرتبط بحرق الوقود الأحفوري. وهذا هو السبب في أنها واحدة من أسهل الوسائل للحد من انبعاثات غازات الدفيئة التي تساهم في تغير المناخ. ومن المثير للاهتمام أنه على الرغم من أن الأمر قد يبدو شاقاً من الناحية النظرية، إلا أن التفاعل أصبح ممكناً بفضل قدرات التكنولوجيا الحديثة.

كيف تعمل المفاعلات النووية

صُمِّم المفاعل النووي بطريقة تراقب التفاعل الانشطاري بطريقة محكومة. ويوضع الوقود النووي المكوَّن من البلوتونيوم أو اليورانيوم عالي النقاء بعناية في المفاعل. ويتفاعل الوقود من خلال عملية الانشطار النووي ويوفر الحرارة عندما تكون الظروف مواتية. وتنتج الحرارة بخار الماء الذي يدير التوربينات المتصلة بالمولدات لتوليد الكهرباء.

وتستخدم قضبان التحكم، التي تحتوي على مواد تمتص النيوترونات، مثل البورون والكادميوم، في القلب النووي للتحكم في التفاعل. وتعمل هذه القضبان على إبطاء التفاعل أو جعله ثابتاً عند الحاجة. وتمنع تدابير الأمان في محطة القوى النووية ارتفاع درجة الحرارة والأخطار الأخرى في المفاعل. ولديها العديد من أنظمة السلامة، مثل الأنظمة الاحتياطية لتبريد المحطة، لتجنب السخونة الزائدة والأخطار الأخرى.

وتشبه عملية الانشطار النووي عملية إشعال النار في المفاعل النووي عملية إشعال نار المخيمات التي يتم التحكم فيها بدقة. ومثلما تتحكم إضافة أو إزالة جذوع الأشجار في النار، فإن إدخال قضبان التحكم أو سحبها يعمل على تعديل التفاعل في القلب. وهذا يسمح للمفاعل بالعمل بسلاسة وأمان ويحافظ على إنتاج الطاقة عند مستوى ثابت.

المزايا والتحديات

من مزاياها إنتاجها الضخم للكهرباء من كمية صغيرة من الوقود مقارنة بالوقود الأحفوري. وتجدر الإشارة إلى أن كمية صغيرة من الوقود تكفي لتزويد ملايين المنازل بالكهرباء. ومن المزايا الأخرى للطاقة النووية مقارنةً بالوقود الأحفوري أنها لا تنبعث منها أي انبعاثات لثاني أكسيد الكربون لأنها لا تحرق الوقود الأحفوري.

ولا تخلو كل وعود الطاقة النووية من عيوبها أيضاً. فبعض الناس لا يشعرون بالارتياح لفكرة تقسيم الذرات؛ فالأخطار المحتملة معها تتراوح بين إمكانية وقوع حوادث إلى إدارة النفايات النووية على المدى الطويل، والتي تظل مشعة لعدة آلاف من السنين. وفي حين أن ميزات السلامة في المفاعلات الحديثة قد تحسنت بشكل كبير، إلا أن التعامل مع المواد النووية سيتطلب دائماً إجراءات أمنية صارمة وابتكارات تكنولوجية للمضي قدماً.

يضاف إلى ذلك التصور العام. إنه الخوف من الحوادث والتلوث الإشعاعي - كل تلك الأشياء التي، من الناحية الإحصائية، من غير المرجح أن تحدث، بسبب معايير السلامة الدولية الصارمة. وبالتالي، يحتاج الناس إلى التثقيف والتواصل الواضح لفهم أن الطاقة النووية تظل موثوقة وفعالة كمصدر للطاقة، إذا ما تمت إدارتها بشكل صحيح.

وباختصار، تعد الطاقة النووية سلاحاً قوياً في مزيج الطاقة لدينا: فمن ناحية، تقلل من اعتمادنا على الوقود الأحفوري وبالتالي تساعد في احتواء تغير المناخ، ومن ناحية أخرى، فإنها تستلزم الحذر أيضاً بسبب التحديات التي تصاحب العمل مع المواد المشعة. ومع ظهور تصاميم جديدة للمفاعلات النووية، إلى جانب تدابير السلامة المطورة، يمكننا تسخير الطاقة النووية المتزايدة لخلق عالم أنظف ومستدام.

مقارنة المواد: الزركونيوم مقابل الهافنيوم للتطبيقات النووية

يؤكد الجدول التالي على الاختلافات والتكامل بين الزركونيوم والهافنيوم في التطبيقات النووية المختلفة:

لمزيد من المعلومات، يرجى الرجوع إلى Stanford Advanced Materials.

الأسئلة المتداولة

على أي مبدأ تقوم الطاقة النووية؟

تنشأ الطاقة النووية من الانشطار، وهو انقسام الذرات لإنتاج الحرارة التي تُستخدم لتوليد البخار لتشغيل التوربينات والمولدات الكهربائية.

كيف تعمل قضبان التحكم في المفاعل النووي؟

هذا لأن قضبان التحكم تمتص النيوترونات الزائدة لتنظيم التفاعل. ويمكن إدخالها أو سحبها لإدارة عملية الانشطار بأمان.

ما هي الفوائد البيئية للطاقة النووية؟

تنبعث من الطاقة النووية انبعاثات منخفضة للغاية من الكربون مقارنة بالوقود الأحفوري، مما يوفر مساراً أنظف للحد من التأثير على المناخ مع توفير طاقة كهربائية موثوقة.