ما هو المفاعل النووي

هل سمعتم من قبل عن المفاعل النووي؟ هو جهاز يستخدم في توليد كميات ضخمة من الطاقة الحرارية باستخدام كمية قليلة من الوقود. فكيف يتم ذلك؟ يعتمد المفاعل النووي على عملية الانشطار النووي المتسلسل التي تولد كمية هائلة من الطاقة الحرارية. ويستخدم جهاز التحكم المتقدم في سرعة التفاعل النووي وتوزيعه بشكل متساوي، لضمان انتاج الطاقة بشكل آمن وبكلفة منخفضة مقارنة مع المصادر الأخرى. في هذا المقال، سنتعرف على المزيد عن المفاعل النووي وكيف يعمل بشكل تفصيلي.

1. مفهوم الطاقة النووية وكيف يتم إنتاجها

يُعتبر الطاقة النووية مصدرًا مهمًا لتوليد الكهرباء حول العالم. تتمثل فكرة الطاقة النووية في إنتاج الحرارة من خلال انشطار نواة اليورانيوم، وتحويلها إلى طاقة كهربائية. و يتم ذلك بإطلاق النيوترونات الفائقة الطاقة على أنوية اليورانيوم، حيث يتسبب ذلك في تفكك جزء منها مصحوب بإطلاق طاقة كبيرة. "الطاقة النووية هي الطاقة الأقوى في العالم، إذ تُنتج معه الطاقة الكهربائية بكفاءة و بأمان عظيم"، وفقًا لبوابة الطاقة النووية التابعة للوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA).

2. المكونات الرئيسية للمفاعل النووي

للتعرف على المكونات الرئيسية للمفاعل النووي، يجب أولاً فهم كيف يعمل المفاعل النووي بشكل عام. يصنف المفاعل النووي كمنظومة تكنولوجية تستخدم لتحويل الطاقة النووية المتعلقة بعمليات التفاعلات الانشطارية في الوقود النووي إلى طاقة حرارية. المكونات الرئيسية للمفاعل النووي تشمل: الوقود النووي، المبرد، الانشطارات النووية، القضبان التي تسيطر على تدفق النترونات، ومجموعة متنوعة من المحلول الحامضي المائي الذي يعمل على تبريد المفاعل النووي. يشير الدكتور وسيم البشير، الأستاذ المساعد في التكنولوجيا النووية، إلى أن المفاعل النووي هو "مجموعة من المكونات البدائية التي تتفاعل مع بعضها البعض لتوليد الطاقة الحرارية".

3. عملية إنتاج الحرارة وتوليد الكهرباء

عملية إنتاج الحرارة وتوليد الكهرباء: يتم إنتاج الحرارة داخ المفاعل النووي من خلال عملية الانشطار النووي المتسلسل، ويتم ضبط هذه العملية بواسطة قضبان التحكم، حيث يتم التحكم في معدل سير التفاعل النووي بحيث يمكن السيطرة عليه وتقليل خطر انصهار المفاعل. يحول المبادل الحراري الحرارة المنتجة إلى بخار ماء، يستخدم في تدوير توربينات الضغط العالي الموجودة في المحطة، وبالتالي تحريك المولد الكهربائي الذي ينتج التيار الكهربائي اللازم للاستخدام. ويمكن لمفاعل واحد توليد كميات كافية من الكهرباء لعدة مدن في نفس الوقت.

4. أهم استخدامات الطاقة النووية في العالم

يعتبر استخدام الطاقة النووية من بين الطرق الرائدة لتوليد الكهرباء والتي تعمل على تلبية حاجة العديد من الدول. فهي تحظى بتكنولوجيا عالية وتتمتع بفعالية عالية في توليد الكهرباء. ومن بين أهم استخدامات الطاقة النووية في العالم هي توليد الكهرباء بشكل كبير، حيث يُقدر عدد المحطات النووية في العالم بـ 449 محطة في 31 دولة. كما أنه يتيح للدول فرصة الاستقلالية في المادة الخام والطاقة بحيث تتمكن من توليد الكهرباء بكفاءة عالية دون الحاجة لاستيراد النفط أو الغاز الطبيعي. وقد صرّحت الجزيرة نت "أن أكثر الدول إنتاجًا للطاقة النووية هي الولايات المتحدة الأميركية وفرنسا والصين واليابان وكوريا الجنوبية".

5. المفاعلات النووية الكبيرة والصغيرة: الفرق

الفاعلات النووية تأتي بأشكال وأحجام مختلفة، بعضها كبير ويستخدم لتوليد الكهرباء بكميات هائلة، مثل مفاعلات الطاقة النووية العملاقة في الصين وفرنسا والولايات المتحدة. بينما تستخدم المفاعلات النووية الصغيرة لأغراض أخرى، مثل الأبحاث العلمية، وكذلك تشغيل شبكات الكهرباء الصغيرة في القرى والمدن النائية التي لا يمكن الوصول إليها بسهولة. وبالرغم من أن المفاعلات الصغيرة تكلف أقل في الإنشاء والصيانة، إلا أن المفاعلات الكبيرة تتميز بكفاءة أكبر في إنتاج الكهرباء. وعلى الرغم من ذلك، فإن المفاعلات الصغيرة تحظى بمزيد من الاهتمام والمتابعة، حيث توفر تكنولوجيا نظيفة وتكلفة أقل، وتساعد في تحقيق التوازن بين الإنتاجية والبيئة. [9][10]

6. البيئة والسلامة في محطات المفاعلات النووية

سلامة المحطات النووية تعد أمرًا حيويًا للغاية، حيث تقوم النظم المعقدة في المحطات بحماية بيئتنا ومجتمعاتنا من أي انفجارات أو تسربات شديدة. وتشمل هذه الإجراءات تصميم نظام حماية المفاعلات لتفادي أي خلل في التفاعل النووي. بالإضافة إلى ذلك، تَعْمَل محطات المفاعلات بنظم التبريد الأساسية في حالات الطوارئ ونظم الكهرباء للطوارئ وتستخدم أيضًا قضبان التحكم في مصادر الحرارة، لتحديد المحطة تلقائيًا وإنهاء التفاعل النووي الفوري في حالة حدوث أي خلل. ومن أجل إدامة سلامة المحطات، تلتزم السلطات النووية بضبط المعايير وبسبب ذلك، فإن المحطات النووية هي أمنة وتحقق المتطلبات البيئية.

7. تكلفة بناء المفاعلات النووية والمصاعب التي تواجهها

تعتبر تكلفة بناء المفاعلات النووية أحد المشاكل الرئيسية التي يواجهها العالم في محاولته توليد الطاقة النووية. تبلغ هذه التكلفة بين 6 إلى 12 مليار دولار لبناء مفاعل واحد. وإذا ما أخذنا في الاعتبار التكاليف الإضافية لنقل الوقود النووي وتخزين النفايات، يمكن أن ترتفع التكلفة بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، يواجه القطاع صعوبات في التحكم في مخاطر الطاقة النووية والحفاظ على السلامة العامة. ومنذ حادث تشيرنوبل في عام 1986 وحادث فوكوشيما في عام 2011، أدرك العالم أهمية الاستثمار في الأمن النووي. وقالت المفوضية الأوروبية في خطتها الطموحة للطاقة في عام 2030، "سنوات من الخبرة في البناء والتشغيل النووي باهظة التكلفة والتي تضمن أعلى مستويات السلامة والأمن الخاصة بالطاقة النووية". [13][14]

8. المفاعلات النووية في العالم العربي: الواقع والتحديات

العالم العربي يعد من المناطق التي تعاني من نقص شديد في الطاقة، وتعتبر المفاعلات النووية أحد الخيارات المطروحة لتغطية هذا النقص. ولكن يواجه الواقع العربي عدة تحديات، منها الاعتماد الشديد على النفط والغاز كمصدر للطاقة، وقلة التمويل اللازم لإنشاء مفاعلات نووية. ومع ذلك، فإن هناك تحركات إيجابية في بعض الدول العربية نحو تطوير قدرات الطاقة النووية، حيث قال متحدث باسم وكالة الطاقة الذرية العربية: "هناك مشاريع في العمل تشمل إنشاء مفاعلات نووية واستخدام التكنولوجيا النووية في المجالات المختلفة، مثل الطب والبيئة والزراعة".

9. مستقبل الطاقة النووية: التكنولوجيا والتجديد

تد تقنيات استخراج الطاقة النووية أمرًا هامًا في المستقبل القريب، حيث يشكل المصدر الحالي أقل من 10% فقط من الإنتاج العالمي. ويُعتقد أن التحديث في التكنولوجيا النووية يعد السبيل لمواجهة التحول الطاقوي المستدام المقبل. وتطوير مفاعلات ثوريوم ، كما يفعل Transmutr Design ، يفتح أدوارًا جديدة خالية من الانبعاثات، بحيث يمكن أن يلعب المصدر النووي دورًا أكبر في تلبية الطلب المتزايد على الكهرباء المنخفضة الكربون والمستدامة في جميع أنحاء العالم. كما أن شركات الطاقة في عدة دول تسعى إلى تطوير التقنيات النووية لجعلها أكثر سلامة في الاستخدام.

10. النووي والتحول الطاقوي المستدام: التحديات والآفاق.

تُعتبر طاقة النووية أحد المصادر الأساسية للكهرب في العالم، ومن المتوقع أن تلعب دورًا محوريًا في العامل على تحقيق الأهداف العالمية للتنمية المستدامة. ورغم أنّ هناك تحديات في استخدام الطاقة النووية، بما في ذلك مشاكل تصميم المفاعلات والمخلفات النووية ومخاوف السلامة، إلا أن العديد من البلدان تسعى إلى استخدام الطاقة النووية مع توفير السيطرة الكاملة على كل عناصر المفاعل. وكما يقول مدير عام هيئة الطاقة الذرية الدكتور رافائيل جروسي: "دور الطاقة النووية سيزداد تأكيدًا على أهميته في تلبية الاحتياجات الطاقوية المستمرة، وتحقيق التنمية المستدامة في دول المنطقة".