الطاقة النووية


#1

تحدثنا في مواضيع سابقة عن فكرة عمل المولد الكهربي لتوليد الطاقة الكهربية من خلال فهم العلاقة بين المجال المغناطيسي والتيار الكهربي المار في سلك، ووجدنا ان التيار الكهربي يتولد عند دوران ملف من سلك معدني في مجال مغناطيسي قوي وتسمى الملفات التي تدور في المجال المغناطيسي لتوليد التيار الكهربي بالتوربينات، وتكمن المشكلة في ايجاد الطاقة اللازمة لتدوير التوربينات بصورة مستمرة فمثلا يمكن استخدام النفط او الفحم للحصول عى الطاقة الحرارية الكافية لتحويل الماء إلى بخار تحت ضغط عالى عندما يمر هذا البخار على التوربينات يجعلها تدور بسرعة تدفق بخار الماء، كما يمكن استخدام مصادر طبيعية والتي تعرف باسم الطاقة المتجددة مثل استخدام المساقط المائية والشلالات والمراوح الهوائية للحصول على الطاقة اللازمة لتدوير التوربينات. ومن ضمن الوسائل التي اخترعها الانسان لتوفير الطاقة لتدوير التوربيانات استخدام الطاقة النووية، ويصل نسبة محطات توليد الطاقة الكهربية التي تعمل بالطاقة النووية في العالم حوالي 17%، ففي فرنسا مثلا تعتمد بنسبة 75% على المحطات النووية لتوليد الطاقة الكهربية. بينما في الولايات المتحدة الامريكية فإنها تعتمد على المحطات النووية بنسبة لا تزيد عن 15% ويصل عدد المحطات النووية في العالم حسب احصائيات الوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى 400 محطة نووية منها 100 في الولايات المتحدة.

تستخدم الطاقة النووية في توليد الحرارة اللازمة من خلال التفاعلات الانشطارية لنواة اليورانيوم المشع وتستخدم هذه الحرارة في تحويل الماء إلى بخار يوجه لتحريك التوربينات التي تحرك ملفات كبيرة في مجال مغناطيسي فتعمل على توليد الطاقة الكهربية.

[CENTER]

[/center]

[CENTER]صورة لمحطة توليد طاقة كهربائية باستخدام المفاعل النووية وموضح البرج الاسمنتي الذي تخرج منه الابخرة الناتجة من عملية تبريد اليورانيوم

[/center]

هل تسائلت عزيزي القارئ كيف يمكن الحصول على الطاقة الكهربية من محطات الطاقة النووية وكيف تعمل هذه المحطات للحصول على الطاقة الكهربية بالرغم من اننا نعرف تماما ان الطاقة النووية استخدمت للتدمير الشامل نتيجة لقوة الانفجار الهائلة التي تحدثها من خلال القنابل النووية ولكن في المقابل يمكن تسخير هذه الطاقة الهائلة من أجل الاستخدامات السلمية والحصول على الطاقة الكهربية التي هي عصب الحياة.

[CENTER]

[/center]
في هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح تفصيلي بسيط لفكرة عمل محطات الطاقة النووية على ان تكون عزيزي القارئ قد اطلعت على المقالين السابقين بعنوان كيف يعمل المولد الكهربي الدينامو، وكيف تصدر الاشعاعات النووية.

اساسيات هامة
ماذا تعرف عن اليورانيوم؟




يصطدم نيوترون حر في نواة ذرة يورانيوم-235
تمتص نواة اليورانيوم-235 النيوترون وتنشطر مباشرة إلى نواتين
تنطلق ثلاث نيوترونات نتيجة للانشطار وتتحرر طاقة حرارية وتنطلق اشعة جاما

تحدث عملية امتصاص النوترونات والانشطار النووية لليورانيوم-235 بسرعة كبيرة جداً حيث لا تستغرق هذه العملية اكثر من بيكوثانية أي (1x10-12) ثانية. وخلال فترة زمنية صغيرة جداً نحصل على طاقة هائلة تنطلق في صورة حرارة واشعاعات جاما ولعلك تتساءل عزيزي القارئ من اين اتت هذه الطاقة الهائلة؟ ان الاجابة عن هذا يجعلنا نذكر قانون تكافؤ الطاقة والكتلة لاينشتين وهو ان الطاقة تساوي حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء وبالتالي اي كتلة صغيرة نضربها في مربع سرعة الضوء يؤدي الى طاقة هائلة ويكتب قانون تكافؤ الطاقة والكتلة

[CENTER]E = mc2

[/center]
والكتلة m التي تتحول الى طاقة في الانشطار النووي لليورانيوم-235 تأتي من ان كتلة النواة الام اكبر من كتلة نواة الذرتين المنشطرتين وبالتالي فرق الكتلة هذا هو مصدر الطافة الهائلة التي تتولد عن الانشطار النووي لليورانيوم-235 والتي تقدر بحوالي 200 مليون الكترون فولت من طاقة تتحرر من كل ذرة يورانيوم-235 وتخيل كم عدد الذرات التي تكون في قطعة من اليورانيوم بحكم كرة تنس ولتصور كم الطاقة الهائل المتحرر من انشطارات في ذرات اليورانيوم في هذا الحجم الصغير فغنه يعادل انفجار 20 مليون لتر من الوقود.
واليورانيوم المستخدم في المفاعل النووي المستخدم للحصول على الطاقة الكهربية مطعم بنسبة لا تزيد عن 3% بذرات اليورانيوم-235 وبالمناسبة اليورانيوم المستخدم في القنبلة النووية يحتوي على نسبة لا تقل عن 90% من اليورانيوم-235.

داخل المفاعل النووي

[CENTER]

[/center]

[CENTER]

[/center]

[CENTER]صورة لاقراص اليورانيوم والتي تظهر سوداء في الصورة والتي تعرف باسم الوقود النووي

[/center]


[CENTER] حزمة من اليورانيوم المرصوص وبداخله فتحات لادخال مادة التحكم في التفاعلات الانشطارية

[/center]


#2

تركيب المفاعل النووي
الفكرة الفيزيائية لعمل المفاعل النووي هي واحدة في كل المفاعلات ولكن هناك نظامين مختلفين للتبريد حيث في النظام الاول يستخدم الماء المضغوط الذي يمكن ان ترتفع درجة حرارته إلى مئات الدرجات المئوية قبل ان يتحول الى بخار ويستخدم الماء المضغوطكمصدر للحرارة لتحويل الماء إلى بخار في دائرة ثانوية أخرى منفصلة عن دائرة التبريد بينما في الانواع الاخرى من المفاعلات يتم ماء التبريد الذي ارتفعت درجة حرارته وتحول إلى بخار مباشرة لتحريك التوربينات وهنا تكون دائرة رئيسية واحدة كما هو موضح في المخططات التفصيلة التالية:

[CENTER]

[/center]

[CENTER]في الجزء الايسر من مخطط المفاعل النووي نلاحظ الماء المضغوط الذي يستخدم في تبريد اليورانيوم والحرارة الناتج والتي يمتصها الماء المضغوط يفقدها لتحويل الماء إلى بخار يستخدم في تحريك التوربينات وتوليد الحركة المطلوبة لتوليد الطاقة الكهربية. لاحظ ان دائرة التبريد تختلف عن دائرة البخار.

[/center]


[CENTER]هذا المخطط يوضح فكرة عمل المفاعل النووي المستخدم لتوليد الطاقة الكهربية ولكن هنا نجد ان الماء المستخدم في التبريد هو الذي يتحول إلى بخار ماء لتحريك التوربينات وتوليد الطاقة الكهربية. لاحظ هنا ان دائرة التبريد ودائرة البخار هي دائرة واحدة.

[/center]



[CENTER]صورة توضح انابيب ضخ البخار المضعوط لتحريك التوربيانت لتوليد الكهرباء

[/center]

[CENTER]

[/center]

[CENTER]التوربينات التي تتحرك بفعل ضغط البخار الموجه عليها

[/center]

[CENTER]

[/center]

[CENTER]وحدة التحكم في المفاعل النووي والمستمر طوال الوقت لتدخل الفنيين في اي لحظة يتطلب الامر ذلك

[/center]

ما هي مخاطر التي من الممكن ان تنجم عن خلل في المفاعلات النووية؟
إن استخدام المفاعلات النووية لتوليد الطاقة الكهربية تعتبر ميزة كبيرة عن استخدام الفحم لتوليد الحرارة اللازمة الطاقة الكهربية لان الغازات الناتجة عن الاحتراق مثل غازات الكربون والكبريت وغيره من الغازات الناتجة هي غازات سامة وملوثة للبئية وتنتج بكميات كبيرة بالمقارنة بالعادم الناتج عن المفاعلات النووية، وبالرغم من كل هذا الا ان اي خلل قد يحدث في المفاعل النووي قد يسبب كارثة بشرية لا يحمد عقباها مثل كارثة تشورنوبل التي نتج عنها الاف الاطنان من المواد المشعة التي تسربت الى الجو، كما ان الوقود الناتج من المفاعل النووي يعتبر مواد خطرة ويستمر تأثيرها لالاف السنين ولا يمكن التخلص منها بسهولة، كما ان نقل الوقود النووي يعتبر عملية خطرة بالرغم انه لم تحدث اي مشاكل تذكر. ولهذه المخاطر لم يتم الاعتماد على توليد الطاقة الكهربية بواسطة الطاقة النووية بنسبة كبيرة وكما ذكرنا في بداية هذا المقال فإن الاعتماد على الحصول على الكهرباء من الطاقة النووية لم يتجاوز 17%.

لمزيد من المعلومات يرجى الاطلاع على المواقع التالية
International Atomic Energy Agency

[CENTER]http://www.iaea.org/

[/center]
NRC: Students’ Corner

http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/reactors.html

Control The Nuclear Power Plant

http://www.ida.liu.se/~her/npp/demo.html

Nuclear Electricity

[CENTER]http://www.uic.com.au/ne3.htm

[/center]
Nuclear power

[CENTER]http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power

[/center]


(con_eng) #3

الطاقة النووية مغرية للغاية بسبب الكم الهائل التى يمكن ان تنتجه كما ان المفاعل يوفر بناء العديد من المحطات كبديل الا ان مخاطرها لا حدوود لها وبعد كارثة اليابان الاخيرة ولمن تابع اخبار تكنولوجيا الطاقة المتجددة نجد فى كل مكان مظاهرات لايقاف العمل بتلك الطاقة حتى مسئول الطاقة باليابان حينما احتد المظاهرات لديهم بسبب الطاقة سئل عن البديل ؟؟ وما الذى قد يوفر كل هذا الكم من الطاقة بنفس التكلفة على مدار السنوات ؟؟؟؟
ومازال الناس يحتجون ومازال لا يوجد بديل فعلى لبعض الدول!


(أبو أنس المصري) #4

نعم con-eng ولكن لا تزال الطاقة النووية طاقة غير متجددة والاعتماد عليها يشبه تماماً الانبهار الذي حصل للناس باكتشاف البترول وتوقعوا أنه لن ينفد أبداً ولكنه أوشك على النفاد وربنا يستر فأنا والله لا أستطيع تخيل الحياة ولاسيما عندنا في الوطن العربي بدون هذا البترول المتاح داخلياً على الأقل فكيف إذا كنا لا نملك المال لنشتريه وكيف إذا كان أصلاً غير موجود لنشتريه فماذا نفعل؟ فعلاً موضوع الطاقة المتجددة ده موضوع مهم جداً ل هو تحدي الفترة القادمة وبالنسبة للوطن العربي فهو بقاء أو إبادة بمعنى الكلمة. بصراحة موضوع الطحالب القديم بالنسبة لوجهة نظري كان نقطة مهمة جداً ولاسيما أنه كان سيساعد أيضاً على امتصاص الكربون مرة أخرى من الجو ولكني لا أدري إذا كانت الفكرة مجدية بالصورة التي عرض الموضوع بها فلماذا لا يتم تفعيلها من الآن؟


#5

فعلا يجب علينا البدء من الان فى التفكير والبحث عن وسائل جديدة تكفى لحاجتنا بديلا عن البترول والطاقة النووية وحتى الان وان لم تكن الطاقة النووية مستخدمة فى الدول العربية ولكها مستخدمة منذ عقود فى دول اوربا والان يسعون ان تقليل هذه المحطات بل ان هناك الكثير من الدول اصدرت قوانين بعدم انشاء محطات نووية جديدة.

ومن اهم المصادر فى منطقتنا هى الطاقة الشمسية والتى ستكون كافيا جدا بدون البحث عن بدائل اخرى مثل الرياح او الماء وحتى البدائل الاخرى الحيوية لا حاجة لنا بها فقط يمكننا الاعتماد الكامل على الطاقة الشمسية وهذا ما قامت به الدول الاوربية من عمل لمزارع طاقة شمسية فى الصحارى الكبرى بافريقيا لتصدير الكهرباء لاوربا وربط اوربا بافريقيا والدول العربية كهربيا
وهذه تفاصيل أكثر عن المشروع http://ar.wikipedia.org/wiki/ديزرتيك


(أبو أنس المصري) #6

دا موضوع جديد خالص، دا حتى مافيش خلايا سيزيوم، الموضوع من الشمس رأساً إليك :slight_smile:

عجبتني الكلمة دي بس مش عارف هل مبالغ فيها ولا لأه
يقول خبراء شركة سيمنس إن تغطية ثلاثمائة كيلومتر مربع من الصحراء الإفريقية بمرايا تجميع الطاقة الشمسية يمكن أن تنتج كهرباء تكفي احتياجات كوكب الأرض بالكامل. رحبت منظمة جرين بيس المعنية بحماية البيئة بالمبادرة الألمانية واعتبرتها واحدة من أكثر الطرق عقلانية إزاء التعامل مع المشكلات البيئية والاقتصادية العالمية في الوقت الراهن.

إذا كان الأمر كذلك فإن الصحراء الغربية المصرية كافية لنا وللأردن ولإسرائيل يعني برده حتى لو الغاز خلص هانصدر كهربا ناشفة لإسرائيل :slight_smile: والله بجد أنا مش عارف هي حكوماتنا منتظرة آيه، أي بديل من بدائل الطاقة النفطية لابد أن يعمل جنباً إلى جنب مع الطاقة النفطية لمدة لا تقل عن 50 عام، وأنا لست متشائماً لأنه ببساطة هناك تطبيقات ستحتاج لإعادة تصميم ورفع كفاءة حتى تعمل بالطاقة البديلة، أقصد أن الموضوع لن يقتصر على اكتشاف مصدر الطاقة البديلة فحسب بل سيحتاج لإعادة توجيه كل التطبيقات الموجودة بالفعل لكي تعمل بهذه الطاقة البديلة، يعني مثلاً الطائرات ومعدات القتال وتطبيقات كثيرة أكثر مما تحصى ستحتاج للنفط لفترة كبيرة حتى بعد التعرف على هوية الطاقة البديلة.

والأكثر من ذلك فإن استخدامنا للنفط لم يقتصر على كونه مصدراً للطاقة، بل إن صناعة جبارة ومفيدة جداً مثل صناعة البلاستيك ستصبح معدومة الهوية مع احتياجنا الشديد لها. يوووووه بلاش نتكلم في موضوع نضوب النفط أحسن أنا بتجيلي حالة حزن ممزوج بخوف شديد على مصير أبنائنا في المستقبل وهم يقفون مكتوفوا الأيدي أمام عالم لديه مخزون من الطاقة النفطية ولديه أيضاً الطاقة البديلة في حين أن بلادنا الآن تحلب مثل اللأبقار وتخرج كل ما في ضرعها لعدوها وبعد ذلك ننتظر فقط منه أن يبحث لنا عن مصدر طاقة بديلة وياريت معلش تكون متاحة عندنا تاني في الوطن العربي علشان نصدرهالهم تاني، ولن يلدغ الغرب من جحر مرتين.


(con_eng) #7

بالفعل الاهم من اكتشاف مصادر جديدة او بديلة للطاقة هوه كيفية تحويل الصناعات القائمة على النفط الى صناعات يمكنها القيام على انواع اخرى من الطاقة , فهناك طائرات تعمل بالطاقة الشمسية فحسب ولكن كيف يمكن تعميم الفكرة ؟؟حتى الدول التى قامت بمثل هذا التطبيق لم تعمم افكارها وكما اشرت يا ابوانس ان الاخطر من هذا ان الغرب لن يلدغ مرتين , فهناك كم هائل من الابحاث فى مجالات الطاقة المتجددة وتطبيقاتها حتى ان معظم المنح الدراسية للدكتوراه تفتح فى التخصصين الطاقة المتجددة وتحلية مياه البحر فالدول الاجنبية تستقطب الباحثين من شتى البلاد لتحتكر الفكر الجديد فى الطاقات البديلة


(أبو أنس المصري) #8

أجمل كلمة “تحتكر” وهي تعني أنها تمتلك مع ضمانها أن غيرها لن يمتلك وهذا هو أحد أهم الأسباب أن الدول الأجنبية تقبل الطالب الأجنبي يدرس عندهم ماجيستير ببلاش وكمان يوفروا له سكن ووظيفة رمزية يتمكن من خلالها أن يحصل مبلغاً يمكنه من المصاريف الضرورية على الأقل في حين إن بلده نفسها لا تعطي منح إلا للمعيدين والباحثين المعينيين في الكلية فقط أما أي حد تاني فـ"ادفع بالتي هي أحسن" وقانون العمل لا يوفر له الضمانات التي تحمي حقوقه كباحث مع ضمان عدم الفصل من وظيفته. ويا سلام بقى لو الموضوع انتقل إنك مقيم في أحد الدول العربية الشقيقة، مستحيـــــــــــــــل تدرس ماجيستير ولو حتى على حسابك هو انت جاي تتعلم ولا جاي تتفحت.
وتبقى الكارثة الأكبر في الفكر الاستثماري القائم عندنا فهؤلاء المستثمرون لا يلوون على حال البلد بأي حال من الأحوال وقد تربوا جميعاً على أشباه المعتقدات الرأسمالية الغربية، فنحن مشكلتنا دائماً في الوطن العربي أننا عند استيراد الأفكار الخارجية لا نستوردها على حقيقتها ومفهومها التي نشأت على أساسه ولكن يعطون لنا “اشباه الفكرة” فتتحول الرأسمالية عندنا فقط إلى إقراض واقتراض وحرية التداول المالي وظهور الأوراق الإتمانية فحسب، مما جعل كل المستثمرين العرب ما هم إلا لاعبي قمار فقط وأصبحت كل معالمات المضاربات ما هي إلا معاملات مقامرة وكل الأوراق الاستثمارية ما هي إلا أوراق يا نصيب وانت وحظك يا جدع.
أما -عوداً لموضوعنا- أن يوجد من يبحث ليجد الفكرة ليستثمر بها فيستفيد ويفيد العباد فهذا ليس موجوداً عندنا قط للأسف ولاسيما أن النظام السابق قد عمل على قلع جذور من ظهرت له نبتة في هذا المجال مثل الشريف مثلاً في صناعة البلاستيك والذي حولوا معهده لأبحاث البلاستيك إلى معهد لأبحاث الفضاء علشان يعرفوا يكتبوا الباب بتاع “أنت والنجوم” على أساس علمي في جريدة الأهرام.

معذرة لو بدا الكلام فيه خروج عن الموضوع لكنه فقط تناول لأحد الجوانب المرتبطة بأبحاث الطاقة البديلة وكيف أن مجتمعاتنا ستستمر تنزف كل قواها البشرية والبحثية في صورة ابتعاثات علمية خرجت تماماً عن مغزاها الأساسي من أيام محمد علي وحتى عبد الناصر لتنتهج منهج حكومة حسني مبارك.


#9

بالنسبة للصناعات او الوسائل المعتمدة على النفظ ليس مشكلة على الاطلاق ويمكن تركها كما هى حتى يفنى النفظ ولكن بالتوازى يمكن البدء فى صناعات جديدة ووسائل جديدة معتمدة على الطاقة النظيفة فمثلا يمكن صهر المعادن وتشغيل الافران الكبيرة باستخدام الطاقة الشمسية


(أبو أنس المصري) #10

نعم هذا هو عين كلامي ولذلك فأنا قلت أننا محتاجون إلى 50 سنة overlap بين الطاقة البديلة والنفط ، ولكن المشكلة التي أشرت إليها هو إغفال دولنا العربية عن هذا التحدي الخطير وشغالين في استخراج البترول والاعتماد عليه في كل مصادر الطاقة والصناعة لحد أننا في مصر ننتج السماد من الغاز الطبيعي والأدهى إنه كله تصدير وفي نفس الوقت يتم قطع الكهرباء عن خمس القاهرة كل ليلة لأنه لا يوجد غاز!!!


#11

هذا سوء استغلال للموارد وليس النفط والغاز فقط وانما ايضا المعادن والمياه وكذلك الاراضى الزراعية