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 Leó Szilárd 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.
يتوقع بعض الخبراء نقصا في الطاقة الكهربائية في المستقبل البعيد نتيجة ظاهرة انحباس حراري سببتها أنشطة بشرية مثل تكرير النفط ومحطات الطاقة وعادم السيارات وغيرها من الأسباب وهناك اعتقاد سائد ان الطاقة النووية هو السبيل الأمثل لسد هذا النقص في المستقبل. لمعرفة الدول ذات القدرة النووية اقرأ المقال الرئيسي الأسلحة النووية.
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.
لغرض تحفيز سلسلة عمليات الأنشطار النووي في مركز المفاعل النووي يستعمل ما يسمى بالوقود النووي والتي هي في الغالب اليورانيوم-235 او البلوتونيوم-239 والفكرة تكمن في تحفيز انشطار في انوية ذرات اليورانيوم-235 او البلوتونيوم-239 لايصالهما الى مرحلة ما يسمى الكتلة الحرجة.

يجب أن نعرف أن الفكرة الفيزيائية لعمل المفاعل النووي هي واحدة في كل المفاعلات إلا أن تصنيف المفاعلات مبني على نوع الاستخدام وعليه فهناك نوعان من المفاعلات :
المفاعلات البحثية:
تعتبر المفاعلات البحثية مصادر للنيوترونات و تستخدم في تطبيقات التحليل بالتنشيط النيوتروني. يشتهر من انواع المفاعلات البحثية خمسة انواع هي سلوبوك وارغونوت وتريغا ومفاعل البِرْكة ومفاعل الماء الثقيل. تتراوح قدرة هذه المفاعلات بين (20) كيلوواط الى (5) الاف كيلوواط باستثناء مفاعل الماء الثقيل الذي تتراوح قدرته بين (10) الى (26) الف كيلوواط. وتتراوح نسبة تخصيب اليورانيوم في هذه الانواع من 20 بالمئة الى 93 بالمئة. وتبلغ كمية اليورانيوم-235 المستخدم من اقل من 3 كيلوغرام الى 9 كيلوغرام او اقل من ذلك بقليل.
مفاعلات انتاج القدرة:
ينحصر مدى انتاج القدرة الكهربائية في مفاعلات تتراوح قدرتها بين 500 و 1000 مليون واط، وتزداد تكلفة انتاج الطاقة الكهربائية مع نقصان قدرة المفاعل. حتى عام 1977 كان نصف مفاعلات القدرة الكهربائية من مفاعلات الماء الخفيف المضغوط* وثلثها من مفاعلات الماء الخفيف المغلي* والبقية اما مبردة بالغاز او مفاعلات مهدأة بالماء الثقيل. يحتوي قلب مفاعل الماء المضغوط او مفاعل الماء المغلي حوالى 40000 قضيب وقود تحوي حوالي 88 طنا من اوكسيد اليورانيوم المخصب بنسبة 2 الى 3 بالمئة.
الشكل التالى يوضح دورة المفاعل فى انتاج الكهرباء

* إن مفاعل الماء المضغوط يولد البخارخارج وعاء المفاعل. أما مفاعل الماء المغلي فيولّد البخار داخل وعاء المفاعل.
حيث في النظام الاول يستخدم الماء المضغوط الذي يمكن ان ترتفع درجة حرارته إلى مئات الدرجات المئوية قبل ان يتحول الى بخار ويستخدم الماء المضغوط كمصدر للحرارة لتحويل الماء إلى بخار في دائرة ثانوية أخرى منفصلة عن دائرة التبريد بينما في النظام الثاني يتم إستعمال ماء التبريد الذي ارتفعت درجة حرارته وتحول إلى بخار مباشرة لتحريك التوربينات.
مفاعلات الماء الثقيل
في مفاعلات الماء الثقيل يستخدم الماء الثقيل بدلا من الماء الخفيف (العادي) للتبريد والتهدئة، والماء الثقيل لا يختلف من الناحية الكيماوية عن الماء الخفيف، فلكليهما نفس الطعم ونفس الخواص الطبيعية، وكلاهما يتكون جزيئه من ذرتين من الهيدروجين وذرة من الاوكسجين، والفارق بينهما ان ذرة الهيدروجين في الماء الثقيل تتكون نواتها من بروتون ونيوترون ويسمى الديتيريوم (او الهيدروجين الثنائي) في حين ان نواة الهيدروجين في الماء الخفيف تتكون من بروتون فقط. وهذا الفرق يعطي ميزة للهيدروجين الثنائي الموجود في الماء الثقيل في تفاعلاته مع النيوترونات، حيث من المعروف ان احتمالية انشطار نواة اليورانيوم 235 تكون كبيرة بواسطة نيوترونات ذات طاقة منخفضة، كما ان هذه النيوترونات تساهم في انتاج وقود نووي جديد هو البلوتونيوم 239 وذلك من خلال امتصاص انوية اليورانيوم 238 لها وتحولها الى بلوتونيوم، وبما ان النيوترونات الناتجة من الانشطار تكون ذات طاقة عالية جدا، وجب تخفيض طاقتها بواسطة المهدئ الذي يكون في العادة من مادة ذات عدد ذري قليل كالهيدروجين ومن هنا استخدم الماء والجرافيت لاحتوائهما على الهيدروجين، وعند انخفاض طاقة النيوترونات للحصول على احتمالية انشطار اعلى، فانها للأسف تصبح عرضة لامتصاصها من الهيدروجين نفسه فلا تذهب لانوية ذرات اليورانيوم 235 لشطرها، ولا لانوية ذرات اليورانيوم 238 لانتاج البلوتونيوم، مما يقلل من معدل عمليات الانشطار، ومن عمليات انتاج البلوتونيوم 239.
ومن هنا كانت اهمية الماء الثقيل نتيجة لوجود ذرات الهيدروجين الثنائي فيه حيث يكون فقدان انليوترونات بالامتصاص اقل وبالتالي فانه يمكن الاستفادة منها في المزيد من انتاج الطاقة بزيادة معدل الانشطار وزيادة انتاج البلوتونيوم 239 والذي يستخدم بدوره كوقود للمفاعلات او في الاسلحة النووية.
و الخلاصة الأهم التي يمكن أن نستخلصها هي أن مفاعلات الماء الثقيل قادرة على إنتاج الطاقة الكهربائية و إنتاج السلاح النووي أي أنها تصلح للإستعمال في المجال السلمي وفي المجال الحربي على عكس مفاعلات الماء الخفيف التي لا تستطيع أن تنتج أسلحة نووية و هي قادرة فقط على إنتاج الطاقة الكهربائية أي صالحة فقط للإستخدام السلمي.

» المفاعلات النووية وأنواعها
» المفاعلات النووية!! وكيف تعمل؟؟
» المفاعلات النووية.. آلات حرب تنتج طاقة
» المفاعلات النووية وتوليد الطاقة الكهربية.. تركيبها..كيف تعمل…الوقود النووى
» السلاح النووي والطاقة النووية (كيف يتم إنتاج الطاقة النووية)