العزيز الغدير مسرور بحضورك

العزيز السلام الروحي شكرا لمتابعتك

ٍاتابع الحلقة الثالثة مع

المفاعلات النووية:

المفاعلات النووية عبارة عن منشآت ضخمة يتم فيها السيطرة على عملية الأنشطار النووي حيث يتم الأحتفاظ بالأجواء المناسبة لأستمرار عملية الأنشطار النووي دون وقوع انفجارات اثناء الأنشطارات المتسلسلة. يسخدم المفاعلات النووية لأغراض خلق الطاقة الكهربائية و تصنيع الأسلحة النووية و ازالة الأملاح والمعادن الأخرى من الماء للحصول على الماء النقي و تحويل عناصر كيميائية معينة الى عناصر اخرى و خلق نظائر عناصر كيميائية ذات فعالية اشعاعية واغراض اخرى.
يعتبر أنريكو فيرمي عالم في الفيزياء من ايطاليا والذي حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 و غادر ايطاليا بعد صعود الفاشية على سدة الحكم واستقر في نيويورك في الولايات المتحدة من اوائل من اقترحوا بناء مفاعل نووي حيث اشرف مع زميله ليو زيلارد الذي كان يهوديا من مواليد هنغاريا على بناء اول مفاعل نووي في العالم عام 1942 وكان الغرض الرئيسي من هذا المفاعل هو تصنيع الأسلحة النووية. في عام 1951 تم وللمرة الأولى انتاج الطاقة الكهربائية من مفاعل أيداهو في الولايات المتحدة.

يتكون اي مفاعل نووي من الأجزاء التالية:

مركز المفاعل وهو الجزء الذي يتم فيه سلسلة عمليات الأنشطار النووي.
السائل المتحكم في حرارة المركز ويستعمل الماء عادة للتحكم في سرعة عمليات الأنشطار النووي وكواقي من الأشعاع المنبعث من العملية.
حاويات تحيط بمركز المفاعل و السائل المتحكم في حرارة المركز لمنع تسرب الأشعاعات الناتجة من الأنشطار النووي.
محولات حرارية للتحكم في حرارة السائل المتحكم في حرارة المركز.
مولدة كهربائية عملاقة.

ويستخدم المفاعل النووي المعتاد اليورانيوم المخصب في شكل "كريات" من الوقود حجم كل واحدة منها تقريبا حجم العملة وطولها نحو بوصة. ويتم تشكيل تلك الكريات على هيئة قضبان طويلة تعرف باسم الحزم ويتم الاحتفاظ بها داخل حجرة مضغوطة شديدة العزل.
وفي الكثير من محطات توليد الطاقة، يتم تغطيس الحزم في الماء للإبقاء عليها باردة، وتستخدم محطات أخرى ثاني أكسيد الكربون أو المعدن المذاب لتبريد قلب المفاعل.
ولكي يمكن استخدام اليورانيوم في المفاعل؛ لإنتاج الحرارة عبر تفاعل انشطاري، ينبغي أن تكون قاعدة اليورانيوم قاعدة نشطة أي أن يكون اليورانيوم مخصبا بما يكفي للسماح بحدوث تسلسل تفاعلي يستمر من تلقاء ذاته.
ولتنظيم هذه العملية، ولتمكين المنشأة النووية من العمل، يتم إدخال قضبان تحكم في غرفة المفاعل، وهي قضبان مصنوعة من مادة، عادة ما تكون الكادميوم، تمتص النيوترونات المتولدة من الذرات داخل المفاعل.
فكلما تم إقلال النيوترونات كلما تم تحجيم التفاعلات المتسلسلة بما يبطئ من عملية انشطار ذرات اليورانيوم.

اذن المفاعل هو جهاز يسمح بحدوث تفاعل انشطاري تسلسلي يمكن التحكم به بطريقة يتم من خلالها انتاج الطاقة والنيترونات للاغراض البحثية أو انتاج النظائر والمواد الاساسية المستخدمة في المفاعل النووي والتي تشمل كلا من:
أ- الوقود النووي: وهو العامل الذي يكفل استمرار تفاعل الانشطار التسلسلي.
ب- الغلاف: وهو ذلك الجزء الذي يحيط باقراص أو قضبان الوقود وهو يعمل على منع انطلاق نواتج الانشطار المشعة إلى خارج المفاعل وبالتالي تلويث البيئة.
ج- المبرد: وهذا هو الجزء الذي يعمل على امتصاص الحرارة الناتجة من التفاعل النووي.
د- المهدىء: وهذا الجزء يعمل على تهدئة النيترونات وتبطئة سرعتها لتحسين امكانية حدوث التفاعل الانشطاري بالصورة المطلوبة.
ه- عناصر التحكم: وهذا الجزء يعمل على التحكم في معدل حدوث الانشطار التسلسلي من خلال التحكم في امتصاص النيترونات وهي العامل الذي يؤدي إلى عملية الانشطار بصورة متسلسلة.

اما انواع المفاعلات فإنها عديدة فالمفاعلات التي تستخدم في البحوث النيترونية وكذلك تلك التي تستخدم في انتاج النظائر فهي بسيطة في تصميمها.. اما تلك المستخدمة في انتاج الكهرباء فإنها معقدة وتسمى مفاعلات حرارية وهذه تشمل عدة انواع تصنيف حسب نوع المبرد المستخدم فمنها مفاعلات الماء المغلي ومفاعلات الماء المضغوط ومفاعلات الماء الثقيل المضغوط ومنها مفاعلات الماء الخفيف المهدء بالجرافيت ومنها المفاعلات المبردة بالغاز وغيرها من الانواع
لكن يمكن اختصارها بنوعين من المفاعلات النووية: مفاعلات للبحث وأخرى لتوليد للطاقة. تُستخدَم مفاعلات البحث لإجراء الأبحاث العلمية، وإنتاج النظائر لأهداف طبية وصناعية، وهي لا تستخدم لإنتاج الطاقة.
على مستوى العالم هناك 284 مفاعلاً نوويًّا للأبحاث في 56 بلدا، أما مفاعلات الطاقة فيتم استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.
وتستخدم المفاعلات النووية أيضا كمصانع لإنتاج الأسلحة في البلدان التي تمتلك برامج حرب نووية؛ فيمكن استخدام المفاعلات النووية السلمية لإنتاج الأسلحة النووية وإجراء الأبحاث المتعلقة بها.
تستخدم المفاعلات النووية المخصصة لصناعة الأسلحة مادة بلوتونيوم 239، أما في المفاعلات السلمية فيتم إنتاج نظائر أخرى للبلوتونيوم، مثل بلوتونيوم 240، وبلوتونيوم 241، وبلوتونيوم 238؛ وذلك لأن وقود المفاعل يتعرض لإشعاع النيوترون لفترات أطول، ومن الممكن استخدامها أيضا لإنتاج المتفجرات النووية.
وقد لا تكون هذه المتفجرات بدرجة ثبات المتفجرات المصنعة من البلوتونيوم الأمثل لصنع الأسلحة؛ فقد تنفجر قبل الأوان، ولكن حتى لو حدث ذلك فإن نصف قطر دائرة الدمار الذي يسببه انفجارها هو على الأقل 33% من نصف قطر دائرة دمار قنبلة هيروشيما؛ فهي بذلك مواد تفجيرية ذات قدرات مريعة.
وتعمل المفاعلات النووية على مبدأ الانشطار النووي وذلك من خلال انشطار نواة الذرة، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة حرارية.
وتعتبر مادة اليورانيوم 235 هي الوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية، كما يمكن استخدام البلوتونيوم 239، ويحدث الانشطار النووي لذرات اليورانيوم بإطلاق النيوترونات عليها، وعندما تنشطر بعض الذرات فإنها تطلق النيوترونات، واصطدام هذه النيوترونات مع ذرات أخرى يسبب انشطارها فيتم تحرير المزيد من النيوترونات، وهكذا يستمر رد الفعل المتسلسل مسبباً توليد كمية هائلة من الطاقة الحرارية، ويتم التحكم بمعدل الانشطار النووي في المفاعل باستخدام "قضبان تحكم" التي تقوم بامتصاص بعض النيوترونات المتحررة، فهي تسمح بتنظيم الانشطار النووي والتحكم الآمن به. كما يتم استخدام نظام تبريد مائي للتخلص من الحرارة المفرطة التي تنتج أثناء العملية، ويستخدم البخار الذي تم توليده لتدوير العنفات التي تولد الطاقة الكهربائية

وتوجد أكثر من 400 محطة نووية لتوليد الطاقة في العالم، تنتج نحو 17% من كهرباء العالم. كما تستخدم المفاعلات النووية لتوليد الطاقة للغواصات والقطع البحرية.

يتبع...