ماهية الطاقة الذرية
تُعرف الطاقة الذرية أيضًا باسم الطاقة النووية، وهي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بنواة الذرات. تنطوي العملية على إعادة تشكيل الروابط بين الذرات من خلال آليتي الانشطار والاندماج، حيث يتم كسر أو تكوين الروابط الذرية، مما يؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة.
يحدث الانشطار النووي عندما تنقسم نواة الذرة إلى ذرات أصغر في أجهزة متخصصة تُعرف باسم المفاعلات الذرية، والتي تستخدم بشكل أساسي في محطات توليد الطاقة. أما الاندماج النووي، فهو عملية دمج الذرات لتكوين ذرة أكبر، وهي الآلية الأساسية التي تزود الشمس بالطاقة. تبدأ العملية بالبروتونات الموجودة في نواة الهيدروجين داخل الشمس.
من خلال سلسلة من الخطوات، تندمج البروتونات معًا لتتحول إلى هيليوم. نتيجة لهذا التحول، تُطلق كمية هائلة من الطاقة تشع من قلب الشمس إلى بقية أجزائها.
تطبيقات الطاقة الذرية
على الرغم من أن الطاقة الذرية غالبًا ما ترتبط بالحروب والأسلحة، إلا أن لها العديد من التطبيقات المفيدة للبشرية. تلعب دورًا في تحسين وتطوير مجالات مثل التكنولوجيا والطب والطاقة واستكشاف الفضاء.
إنتاج الطاقة الكهربائية
يعد توليد الكهرباء المستمر ضرورة أساسية في العصر الحديث، مما يتطلب البحث عن مصادر مستدامة للطاقة مثل الطاقة الذرية. يتم توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الذرية من خلال عملية الانشطار النووي لذرات اليورانيوم داخل المفاعلات.
تنتج العملية حرارة شديدة تستخدم لتسخين المياه وتحويلها إلى بخار، والذي بدوره يدفع التوربينات الموجودة في محطة الطاقة الذرية. تعمل التوربينات، المشابهة لطواحين الهواء، على تحويل طاقة البخار إلى طاقة حركية تدور المولدات الكهربائية.
تقوم المحطات بتبريد البخار مرة أخرى في برج تبريد أو باستخدام مصدر مائي قريب، ثم يعاد استخدام المياه المبردة في دورة توليد الكهرباء. على الرغم من كونها طريقة فعالة من حيث التكلفة وموثوقة، إلا أن المنتجات الثانوية للطاقة الذرية أثارت جدلاً بشأن التلوث البيئي.
صناعة الأسلحة
غالبًا ما تكون الأسلحة الذرية، مثل القنابل الهيدروجينية أو الذرية، هي أول ما يتبادر إلى الذهن عند ذكر الطاقة الذرية. تستخدم هذه الأسلحة مبادئ الاندماج والانشطار النووي، مما ينتج عنه طاقة هائلة تولد انفجارًا مدمرًا يغطي مساحات واسعة.
يمكن أن تؤدي الانفجارات الذرية إلى مستويات سامة من الإشعاع، مما يلحق الضرر بالناجين من الانفجار. وقد دفعت هذه المخاطر العديد من الدول إلى حظر استخدام الأسلحة الذرية في الحروب بموجب معاهدة دولية في عام 2017.
الاستخدامات الطبية
يعتمد الطب الذري على التقنيات الذرية، مثل استخدام الكوبالت-60 لتعقيم المعدات والأدوات الطبية. تستخدم أشعة جاما لتعقيم القفازات والمحاقن والملابس والأدوات التي قد تتضرر بالتعقيم الحراري. هذه التقنية فعالة من حيث التكلفة وأكثر فاعلية من التعقيم بالبخار، خاصة للعناصر الحساسة للحرارة مثل المراهم والمحاليل والمستحضرات البيولوجية.
تُستخدم الطاقة الذرية أيضًا في التصوير الطبي، حيث تستخدم كميات صغيرة من المواد المشعة أو الأدوية الإشعاعية لتصوير الأعضاء وتقييم وظائفها. يساعد هذا الأطباء في تشخيص وعلاج التشوهات في المراحل المبكرة، مثل أمراض الغدة الدرقية والسرطان. تتضمن بعض فحوصات الطب الذري ما يلي:
- فحوصات القلب: لقياس وظائف القلب وتحديد الأضرار الناجمة عن النوبات القلبية.
- مسح الغدة الدرقية: لقياس وظائف الغدة الدرقية والكشف عن الأورام.
- فحوصات الكلى: لتشخيص انسداد التدفق الكلوي والتشوهات.
- مسح العظام: لتحديد أسباب آلام العظام أو الكشف عن الأورام والالتهابات.
- مسح الغاليوم: لتشخيص الأمراض والأورام والالتهابات المعدية.
- مسح الدماغ: لتقييم تدفق الدم في الدماغ وتشخيص المشاكل الدماغية.
- فحوصات الثدي: لتشخيص أورام وسرطانات الثدي.
تطهير المنتجات الزراعية
تستخدم الطاقة الذرية في الزراعة لتحسين فعالية وسلامة تعقيم الآفات الزراعية. تعمل هذه التقنية على القضاء على تكاثر الحشرات وتقييم الأطعمة لضمان خلوها من الملوثات.
تساهم هذه العملية في تحسين جودة المنتجات الزراعية وضمان سلامة الاستهلاك.
المفاعلات الذرية
المفاعلات الذرية هي قلب محطات الطاقة الذرية. وهي تتحكم في التفاعلات الذرية المتسلسلة التي تنتج الطاقة والحرارة من خلال الانشطار النووي لبدء دورة توليد الكهرباء. كما أنها من بين أكثر المنشآت موثوقية لإنتاج الكهرباء في العالم، ولا تنتج انبعاثات كربونية في ظل أنظمة وإجراءات آمنة.
تعتمد المفاعلات الذرية على سلسلة من التفاعلات التي تتضمن اليورانيوم-235. عندما تصطدم نواة اليورانيوم-235 بنيوترون، فإنها تنقسم إلى نواة الكريبتون ونواة الباريوم وإثنين إلى ثلاثة نيوترونات تقريبًا. تضرب النيوترونات الناتجة ذرات اليورانيوم-235 الأخرى، مما يؤدي إلى المزيد من الانشطارات.
ينتج كل انقسام طاقة حرارية وإشعاعية تعمل على تسخين مادة التبريد، وعادة ما تكون الماء. ينتج عن هذا البخار الذي يدفع التوربينات، وتشغيل مولد كهربائي، وإنتاج كهرباء منخفضة الكربون.
مكونات المفاعلات
تتكون المفاعلات الذرية من عدة مكونات رئيسية:
- الوقود الذري: يتكون من مواد مشعة مثل اليورانيوم-235 والبلوتونيوم-239 التي تحافظ على تفاعل نووي متسلسل.
- المبرد: مادة (عادة ما تكون الماء) تعمل على إبطاء سرعة النيوترونات لضمان حدوث تفاعلات متسلسلة. كما يعمل كحاجز واقٍ من الإشعاع.
- قضبان التحكم: مصنوعة من مواد مثل الهافنيوم أو الكادميوم أو البورون، والتي تمتص النيوترونات للتحكم في معدل التفاعل أو إيقافه.
- مبنى الاحتواء: هيكل خرساني فولاذي يحيط بالمفاعل والمولدات البخارية لمنع تسرب الإشعاع.
- المبادلات الحرارية: تعمل على فصل دائرة الماء الأولية حول الوقود الذري عن الدائرة الثانوية، والتي تولد بخارًا عالي الضغط لدفع التوربينات.
- مولد كهربائي: متصل بالتوربينات البخارية، ويولد الكهرباء عن طريق تحريك مغناطيس دوار داخل ملف من الأسلاك.
- برج التبريد: نظام تبريد أساسي يقوم بإزالة الحرارة من المفاعل.
أنواع المفاعلات
توجد ستة أنواع رئيسية من المفاعلات الذرية المستخدمة في جميع أنحاء العالم، وتختلف بناءً على تركيز اليورانيوم في الوقود ونوع المبرد والوسيط. وتشمل هذه:
- مفاعلات الماء المضغوط (PWR)
- مفاعلات الماء المغلي (BWR)
- مفاعلات الماء الثقيل المضغوط (PHWR)
- مفاعلات تبريد الغاز المتقدمة (AGR)
- مفاعلات جرافيت الماء الخفيف (LWGR)
- مفاعلات النيوترونات السريعة (FNR)
المزايا والعيوب
الطاقة الذرية لها مزايا وعيوب.
| المزايا | العيوب |
|---|---|
| تكلفة تشغيلية منخفضة لإنتاج الكهرباء مقارنة بالوقود الأحفوري. | تكلفة بناء محطات الطاقة الذرية مرتفعة. |
| مصدر ثابت للطاقة غير متأثر بالعوامل الخارجية. | خطر الحوادث والانفجارات الذرية وتأثيراتها طويلة المدى. |
| إنتاج مستقر للطاقة وإمكانية دمجه مع مصادر الطاقة المتجددة. | خطر النفايات المشعة التي تتطلب تخزينًا آمنًا لمنع التلوث البيئي. |
| صديقة للبيئة، ولا تنتج انبعاثات كربونية أثناء التشغيل. | التأثير البيئي السلبي لعملية تخصيب اليورانيوم. |
| توفر الوقود بكميات وفيرة. | محدودية إمدادات الوقود الذري من اليورانيوم والثوريوم. |
| كثافة طاقة عالية مقارنة بالوقود الأحفوري. | الحاجة إلى كميات كبيرة من المياه، مما يمثل تحديًا في المناطق التي تعاني من ندرة المياه. |
تأثيرها على المناخ
تعتبر محطات الطاقة الذرية من المصادر المنخفضة لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. يمكن أن يقلل استخدام الطاقة الذرية بدلاً من الوقود الأحفوري بشكل كبير من إنتاج الكربون، مما يساعد على الحد من ارتفاع درجات الحرارة العالمية. يساهم هذا في مكافحة تغير المناخ.
آفاق مستقبلية
مع تزايد عدد سكان العالم والطلب على الطاقة، يمكن أن تساهم الطاقة الذرية في تحقيق التنمية المستدامة. يمكن أن يوفر مصدرًا للطاقة صديقًا للبيئة واقتصاديًا وكافيًا لدعم الابتكارات والصناعات المستقبلية، مع المساعدة في مكافحة تغير المناخ.
يمكن لدمج الطاقة الذرية مع مصادر الطاقة المتجددة أن يقلل بشكل كبير من انبعاثات الكربون. يركز التطوير الحالي على تصميم مفاعلات أكثر أمانًا وكفاءة، مع تقليل النفايات والأضرار البيئية. بالإضافة إلى ذلك، هناك جهود جارية لتأمين التمويل من القطاعين الخاص والعام لدعم التطورات التكنولوجية ومعالجة التكاليف الاستثمارية المرتفعة المرتبطة ببناء محطات الطاقة الذرية والبنية التحتية.
مخاوف الأمان البيئي
تعد الطاقة الذرية ثاني أكبر مصدر للطاقة منخفضة الكربون بعد الطاقة الكهرومائية. غالبية المشاكل البيئية تنبع من انبعاثات الكربون الناتجة عن الصناعات التي تعتمد على الوقود الأحفوري. هذه الانبعاثات تساهم في تغير المناخ وتلوث الهواء وتزيد من الأمراض التنفسية وأمراض القلب والأوعية الدموية.
إنَّ اللهَ هُوَ الرَّزَّاقُ ذُو الْقُوَّةِ الْمَتِينُ.
انتشرت الطاقة الذرية على نطاق واسع لأنها يمكن دمجها مع الطاقات المتجددة وتنتج كميات كبيرة من الطاقة مع تقليل التأثير البيئي. تتطلب محطات الطاقة الذرية مساحة أقل بكثير من المصادر الأخرى مثل مزارع الرياح ومحطات الطاقة الشمسية. تتطلب محطات الطاقة الشمسية مساحة أكبر بمقدار 75 مرة لإنتاج نفس كمية الطاقة التي تنتجها المحطات الذرية.
قال رسول الله صلى الله عليه وسلم: “الدُّنْيَا مَتَاعٌ، وَخَيْرُ مَتَاعِ الدُّنْيَا الْمَرْأَةُ الصَّالِحَةُ”
تتطلب محطات الطاقة الشمسية أيضًا حوالي 3 ملايين لوحة شمسية لإنتاج نفس الطاقة التي تنتجها المحطة الذرية. في هذا الصدد، تعتبر محطات الطاقة الذرية استثمارًا فعالاً من حيث التكلفة ومستدامًا.
