المحطات الكهربائية النووية

أحد أهم مصادر ومحطات إنتاج الطاقة الكهربائية والتي تسببت بكارثة تشرنوبل وكارثة فوكوشيما الشهيرتين هي محطات الطاقة النووية، ما المقصود بالطاقة النووية؟ ولماذا سميت بذلك؟ وكيف تعمل لتوليد الطاقة الكهربائية؟ هذا ما سنتحدث عنه في هذا المقال.

نبذة عن المحطات النووية:

هي محطات كهربائية تعتمد في عملها على الطاقة الحرارية المنبعثة من عملية انشطار النواة؛ ولذلك سميت بالمحطة النووية ليتم الاستفادة من تلك الحرارة المنبعثة من عملية الانشطار لتسخين الماء لتحويله إلى بخار مضغوط ومن ثم تدوير التوربينة ومن ثم إنتاج الكهرباء، والعنصر المستخدم لهذا الغرض غالباً هو نظير اليورانيوم 235 والذي يرمز ب U-235 .

مكونات المحطة النووية:

كما هو موضح بالصورة أدناه ،تتكون المحطة النووية من عدة مكونات أهمها :

١- هيكل الاحتواء (Containment Structure).

٢- المفاعل (Reactor).

٣- قضبان الوقود (Fuel Rods).

٤- قضبان التحكم (Control Rods).

٥- المضخة (Pump).

٦- التوربينة (Turbine).

Inside a Nuclear Power Plant | HowStuffWorks

ناسا بالعربي - ما هي الطاقة النووية وكيف تعمل؟

مبدأ عمله:

لا تختلف محطات الطاقة النووية عن المحطات التي تستخدم الفحم لتوليد الحرارة في هدفهما، فكلتا المحطتين هدفهما تسخين الماء ليتحول إلى بخار ثم تدوير التوربينة لتوليد الكهرباء ومن ثم تبريد البخار ليعود إلى الحالة السائلة، ويتم توليد الحرارة في المحطات النووية بالطريقة الآتية:

نأخذ عنصر غير مستقر (نظير) ويكون عادةً نظير اليورانيوم 235 (U-235)، والذي يحتوي على نيوترونات عديدة توضع داخل قضبان تسمى بقضبان الوقود (Fuel Rods)، ونعني بالوقود هنا نظير اليورانيوم 235.

عندما تصطدم نيترون واحد بذرة يورانيوم 235 مجاورة لها فإن الذرة ستمتص النيترون والذي سيسبب انشطار للذرة (Fission) كما هو مبين بالصور أدناه:

وعندما تنشطر هذه الذرة تنتج طاقة حرارية عالية، أيضا تقوم بتكونين ٢ أو ٣ نيوترونات أخرى وتقوم بضرب الذرات الأخرى مسببة انشطار آخر للنواة وزيادة الحرارة، ويتم تكرار العملية كما بالصورة أدناه.

والسؤال المهم الذي قد يدور في الأذهان، ما الذي سيوقف هذه العملية من تكرارها ومن ثم ازدياد الحرارة ومن ثم الانفجار؟

Nuclear Fission - Miss Wise's Physics Site

العنصر المسؤول عن ذلك هو قضبان التحكم Control Rods والتي تكون محاطة بقضبان الوقود كما هو مبين بالصورة أدناه، وتقوم قضبان التحكم بامتصاص النيوترونات (خفض القضبان) في حال إن أردنا تخفيض سرعة هذه العملية، أما في حال أردنا تسريع التفاعل (رفع القضبان) فسيتم تسريع التفاعل وبالتالي إنتاج حرارة أكبر، ويتم ضخ الماء عن طريق المضخة لتبريد الماء ولحمايتها من الحرارة المفرطة التي قد تؤدي إلى انفجار.

مزايا وعيوب الطاقة النووية:

تتميز المحطات النووية بمزايا عديدة، أحد أهم وأبرز هذه المزايا هي خلوه تماما من انبعاث الغازات الملوثة كغاز ثاني أكسيد الكربون CO2، لذا فهي لا تساهم بحدوث كوارث تتعلق بانبعاثات الغازات كالاحتباس الحراري لذا فهي تصنف كطاقة نظيفة.

رغم ذلك، أحد أبرز عيوب وسلبيات المحطات النووية هي خطورة التسرب النووي والتي سيكون لها تأثير واسع النطاق على البشر والبيئة كما حدث في تشرنوبل، وتكلفة تجنب مثل هذه المشاكل تكون باهظة جدا وهذه أيضا تعتبر سلبية أخرى من سلبيات المحطات النووية.