تُعد الطاقة النووية واحدة من أقوى وأكثر مصادر الطاقة كفاءة على الأرض. إنها تُستخرج من نواة الذرة، التي تتكون من البروتونات والنيوترونات. يمكن إنتاج هذه الطاقة بطرق رئيسية: الانشطار النووي، حيث تنقسم النوى الذرية إلى أجزاء أصغر، والاندماج النووي، حيث تتحد النوى لتشكيل نواة أكبر. في حين أن الانشطار النووي هو التقنية المستخدمة عالميًا لتوليد الكهرباء، فإن الاندماج النووي لا يزال في مرحلة البحث والتطوير. في هذا المقال، سنركز على الانشطار النووي ودوره في إنتاج الطاقة النظيفة.

ما هو الانشطار النووي؟

الانشطار النووي هو عملية تنقسم فيها نواة الذرة إلى نواتين أو أكثر أصغر حجمًا، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في شكل حرارة وإشعاع. يتم تحفيز هذه العملية عندما يصطدم النيوترون بنواة ذرة، مثل اليورانيوم-235، مما يؤدي إلى انقسامها إلى نواتين أصغر مثل الباريوم والكريبتون، بالإضافة إلى إطلاق نيوترونات إضافية. هذه النيوترونات الجديدة تضرب ذرات يورانيوم-235 أخرى، مما يواصل التفاعل في سلسلة تفاعلات.

كلما حدث هذا التفاعل، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة، يمكن تحويلها إلى كهرباء. وتعد هذه العملية مشابهة لطريقة توليد الكهرباء من الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط، ولكن مع فرق واحد مهم: ينتج عن الانشطار النووي الحد الأدنى من الانبعاثات الملوثة، مما يجعلها مصدر طاقة أنظف.

كيف يعمل مفاعل الطاقة النووية؟

تعمل محطات الطاقة النووية عن طريق استغلال تفاعلات الانشطار النووي المسيطر عليها داخل المفاعلات. في داخل هذه المفاعلات، يتسبب الوقود مثل اليورانيوم-235 في الانشطار، مما يولد الحرارة. تنتقل هذه الحرارة إلى سائل التبريد، الذي غالبًا ما يكون الماء، ويحول إلى بخار. يتم توجيه البخار إلى التوربينات، مما يؤدي إلى تشغيل مولد كهربائي لإنتاج الكهرباء.

تعد عملية الاستفادة من الطاقة النووية لتوليد الكهرباء فعالة للغاية، وتنتج كميات كبيرة من الطاقة باستخدام كميات صغيرة من الوقود، مما يجعل الطاقة النووية خيارًا جذابًا للإنتاج الكهربائي منخفض الكربون على نطاق واسع.

استخراج وتخصيب وتخلص من اليورانيوم

اليورانيوم هو الوقود الأساسي المستخدم في المفاعلات النووية، وهو معدن موجود في الصخور في جميع أنحاء العالم. يوجد لليورانيوم عدة نظائر، بما في ذلك اليورانيوم-238 واليورانيوم-235. بينما يوجد اليورانيوم-238 بكثرة في الطبيعة، لا يمكنه تحفيز تفاعل الانشطار. من ناحية أخرى، يمكن لليورانيوم-235 أن يخضع للانشطار وإطلاق الطاقة، وهو يشكل أقل من 1% من اليورانيوم الموجود على الأرض.

لزيادة فعالية اليورانيوم كوقود نووي، يجب زيادة محتوى اليورانيوم-235 في العينة عن طريق عملية تخصيب اليورانيوم. بعد تخصيبه، يمكن استخدام اليورانيوم-235 كوقود في المفاعلات النووية لمدة ثلاث إلى خمس سنوات. بعد هذه الفترة، لا يزال الوقود المستهلك مشعًا ويجب التخلص منه بعناية وفقًا للوائح سلامة صارمة لحماية الناس والبيئة.

دورة الوقود النووي

تشير دورة الوقود النووي إلى سلسلة العمليات التي يتم فيها إنتاج الكهرباء من اليورانيوم في المفاعلات النووية. تبدأ الدورة بتعدين اليورانيوم وتنتهي بالتخلص من النفايات النووية.

تشمل الخطوات الأساسية في دورة الوقود النووي:

1. تعدين اليورانيوم: استخراج خام اليورانيوم من قشرة الأرض.
2. تخصيب اليورانيوم: زيادة نسبة اليورانيوم-235 في العينات لتجعلها مناسبة للاستخدام كوقود نووي.
3. تصنيع الوقود: تحويل اليورانيوم المخصب إلى قضبان وقود.
4. توليد الطاقة: يتم استخدام الوقود في المفاعلات النووية لتوليد الكهرباء.
5. إدارة النفايات: يتم إدارة والتخلص من الوقود المستهلك والنفايات المشعة بأمان.

إدارة النفايات النووية

تنتج محطات الطاقة النووية نفايات ذات مستويات إشعاعية مختلفة. يتم إدارة النفايات الإشعاعية بطرق مختلفة