كيف تعمل المفاعلات النووية وما هي سبل الاستفادة منها

مُعظمُنا بمجردِ سماع كلمة المفاعل النووي تتبادرُ إلى ذهنِه تلك الكارثةُ التي حلت بالبشرية في يومٍ من الأيام ، خوفًا من أن تتكرر تلك الحادثة مرة أخرى، كيف تعمل المفاعلات النووية؟

3 إجابات

إنّ المفاعلات النووية هي قلب محطة الطاقة النووية التي يتم من خلالها احتواء سلسلة ردود الفعل النووي، وتنتج الحرارة عن طريق عملية فيزيائية تدعى الإنشطار وتُستخدم هذه الحرارة لعمل البخار الذي يقوم بتدوير التوربينات لتوليد الكهرباء.

هناك أنواع عديدة للمفاعلات النووية، ولكن جميعها تعمل على الحفاظ على تسلسل التفاعلات وإنتاج تدفق ثابت من النيوترونات الناتجة عن انشطار النوى الثقيلة، ويتم تقسيمها حسب الغرض منها إلى نوعين:

  • مفاعلات أبحاث: تتواجد في الجامعات ومراكز البحوث، وتستخدم لأغراض معينة كإنتاج الأدوية المشعة.
  • مفاعلات طاقة: وتتواجد في محطات الطاقة النووية، ويتم استخدامها لتوليد الحرارة لإنتاج الكهرباء، والقليل منها يتم استخدامها من أجل إنتاج مياه الشرب وتحلية مياه البحر، وإنتاج الطاقة للسفن عندما تكون المفاعلات صغيرة.

وهناك خطوات عديدة لعمل المفاعل النووي:

  • تجهيز قلب المفاعل: إن قلب المفاعل يتكون من مئات تركيبات الوقود التي بداخلها الآلاف من كريات أكسيد اليورانيوم الخزفي الصغيرة.
  • الانشطار والمادة الوسطية: ما يهمنا ما يجري في داخل حيث ينقسم أو ينشق نظير اليورانيوم -235  ماينتج عنه كثيرمن الحرارة وماتزال العملية مستمرة  في انتاج مزيد من الأنشطارات.
  • تحويل اليورانيوم 238: يحدث تحويل بعض اليورانيوم 238 في داخل المفاعل إلى بلوتونيوم وتقريباَ نصف ما يحدث تحويله تكون عملية انقسام باسلوب مماثل وتزيد هذه العملية إلى ثلث إجمالي مايتم انتاجه من الطاقة عبر المفاعل، تظل منتجات الأنشطار داخل الوقود الخرافي وتخضع لتحليل اشعاعي وتصدر المزيد من الحرارة بكمية قليلة.
  • إنتاج الكهرباء: يظل قلب المفاعل النووي ضمن وعاء فولاذي بحيث تبقى الماء المحيطة به سائلة حتى عند درجة حرارة التشغيل التي تزداد عن 320 درجة مئوية ويتشكل البخار اما فوق قلب المفاعل أو في أوعية ضغط منفصلة وهذا يدفع التوربينات لإنتاج الكهرباء ثم يحدث تكثيف البخار إعادة تدوير المياه.

أكمل القراءة

المفاعلات النووية تُعتبر قلب محطة الطاقة النووية، حيث يحدث بداخلها تفاعلات السلسلة النووية التي تولد الحرارة من خلال عملية فيزيائية تسمى بالانشطار النووي، وتُستخدم هذه الحرارة لإنتاج البخار الذي يُدور التوربين لتوليد الطاقة الكهربائية، كما تُعد الطاقة الناتجة عن المفاعلات النووية أحد أكبر مصادر الطاقة الكهربائية الخالية من الكربون.

تولد المفاعلات النووية الطاقة عن طريق استغلال الطاقة الناتجة عن انشطار نواة الذرة، وتستخدم ذرة اليورانيوم لأنها تتفكك بسهولة وتعتبر الذرة التي تحمل الكمية الأكبر من النيوترونات حولها، وبسبب شراهتها للنيوترونات تتم إضافة المزيد من النيوترونات لذرة اليورانيوم لتصبح النواة أثقل فتنقسم إلى ذرتين أصغر حجماً ونتيجة انقسام النواة تتولد طاقة هائلة تتسبب بحدوث سلسلة من الانقسامات الأُخرى؛ ولهذا تسمى هذه العملية بالانشطار النووي.

تعمل الحرارة الهائلة الناتجة عن الانشطار داخل المفاعل على تسخين المادة المستخدمة لتبريد المفاعل، وغالباً ما تكون الماء لإنتاج البخار، الذي يتحول بواسطة الأنابيب إلى التوربينات لتقوم بتحركيها ما يولد الطاقة الكهربائية.

يحتوي المفاعل أيضاً على قضبان مصنوعة من مادة تسمى بالسم النووي وهي مصنوعة من الزينون حيث تمتص بعض المواد الضارة الناتجة عن الانشطار النووي، وكلما زاد عدد القضبان أصبح التفاعل أبطأ.

أكمل القراءة

المفاعل النووي هو عبارة عن نظام يحدث فيه العديد من التفاعلات النووية المستمرة والتي تنتج الطاقة الكهربائية التي تستخدم في مجالات عديدة، ويتكون هذا المفاعل النووي من الأقسام التالية:

  • قلب المفاعل (النواة): الذي يحتوي على الوقود النووي اللازم لحدوث التفاعلات وعلى كمية من اليورانيوم منخفض التخصيب، بالإضافة لأنظمة تحكم مختلفة.
  • المبرد: سائل يمر عبر النواة ويقوم بنقل الحرارة إلى التوربينات، قد يكون هذا السائل هو الماء أو الماء المكثف أو الهيليوم أو الصوديوم السائل.
  • التوربينات: التي تعمل على نقل الحرارة من المبرد إلى الكهرباء.
  • الهيكل: المحيط بالمفاعل النووي والذي يفصله عن البيئة الخارجية، ويكون عادةً عبارة عن قبة خرسانية معززة بالحديد الصلب.
  • أبراج تبريد: لتفريغ الحرارة الزائدة والتي لا يمكن تحويلها إلى طاقة.

وفيما يلي سأبين لك كيف يعمل المفاعل النووي وهي:

  1. تتشكل في قلب المفاعل المئات من تركيبات الوقود المكونة من آلاف الكريات من أكسيد اليورانيوم الخزفي.
  2. ينشق وينشطر نظير اليورانيوم -235 في قلب المفاعل وتنتج طاقة حرارية كبيرة، وهنا يأتي دور المبرد والذي هو الماء أو أي شيء آخر والذي يعمل على إبطاء النيوترونات التي تنتج عن الانشطار نواة اليورانيوم وذلك لاستمرار حدوث المزيد من الانشطارات.
  3. يحوّل بعض اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم في قلب المفاعل بالانشطار، وتنتج هذه العملية ما يقارب ثلث الطاقة المنتجة عبر المفاعل، في حين أن منتجات انشطار الوقود الخزفي تتحلل إشعاعيًا وتنتج نسب قليلة من الحرارة والتي تكون نفايات العملية.
  4. يكون قلب المفاعل النووي ضمن وعاء ضغط فولاذي ومحاط بمياه سائلة والتي تبقى سائلة حتى درجة حرارة 320 درجة مئوية، ومن بعدها يحدث التبخر فوق القلب وفي أوعية ضغط منفصلة مما يدفع التوربينات لإنتاج الكهرباء، ومن بعدها يتكثف هذا البخار وهكذا تعاد دورة المياه.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف تعمل المفاعلات النووية وما هي سبل الاستفادة منها"؟