الطاقة النووية للأغراض السلمية

جمع المادة د/ محمد عبد العال
تعتبر الطاقة واستخداماتها اللا محدودة أهم موضوع يتمحور عليه العالم وتعقد فيه التحالفات
وتشن بسببه الحروب الضارية وتحتل بلدان وتفقد استقلاليتها وكرامتها وتسحق على أنقاض ذلك ملايين البشر
من الجيوش المقاتلة والمحتلة والغالبية العظمى من جماجم الشعوب الفقيرة والمسكينة والمغلوبة على أمرها في أول الأمر وفي آخره .
ولا عجب في ذلك فمنذ نشأت الرأسمالية والثورة الصناعية الكبرى إلى ساعة كتابة هذا المقال والعالم في صراع
وسباق دائم والاستعمار يزداد ويتوالد وتنتقل الراية من دولة إلى أخرى .
ومنذ نهاية الحرب العالمية تحوّل السباق نحو التسليح النووي خاصة بعد تسريب سر هذا السلاح في عام (1949م) حتى أصبح العالم بين كتلتي سلاح نووي مهدد بالانفجار في أي لحظة ولم يخف خطر الأسلحة النووية حتى بعد انهيار الاتحاد السوفيتي وانهيار حلف وارسو، فلا زالت الولايات المتحدة تقوم بتضييق الخناق على كل الدول التي حصلت على التكنولوجيا النووية بأي طريقة ، وتحاول تجريد هذه الدول من كل القدرات النووية حتى لو أدى إلى سلبها كل شيء (كما حصل مع العراق) وتمارس نفس الدور على كل من كوريا الشمالية - إيران ، بينما لا نرى أي تحريك يذكر نحو ( الحكومة الصهيونية .(
و لأن هناك استخدامات أخرى للطاقة النووية غير الناحية العسكرية، فسوف نتناول في مقالنا هذا الطاقة النووية للأغراض السلمية والتي تمثل جسر التنمية نحو المستقبل .
كيفية التهيئة لتكنولوجيا نووية سلمية في دولة نامية؟!
بلغت التقنية النووية دوراً بارز الأهمية في تحقيق تقدم العالم التكنولوجي والصناعي والذي ينظر إليه في هذا المضمار كثورة تحدد عصرنا بما يسمى (عصر الذرة)، ويظهر ذلك بشكل واضح في الاستخدامات السلمية وغير السلمية للطاقة الذرية ومنها بعض الأمثلة التالية:
1 توليد الطاقة الكهربائية من نظم القوى النووية على أساس سعر سوق اليوم والذي يعتبر أقل تكلفة من أية طريقة منافسة أخرى، وهي تقنية قادرة على حل إحدى أكثر المشاكل خطورة والتي تواجه استمرارية تقدم العالم، أي التزويد السريع الانخفاض للوقود الأحفوري، مما ينتج عنه نضوب (مصادر الوقود .(
2 استخدام النظائر المشعة ومصادر الإشعاع في مجالات مختلفة لتطبيقات متعلقة بمشاريع إنمائية ويعتبر هذا الاستخدام إحدى الوسائل الفنية الأكثر طلباً ويسمح به لتعلقه بالنواحي الطبية والصحية.
3 الاستخدامات السلمية للتفجيرات النووية : من الممكن أن نفتح مجالاً جديداً من أجل تنفيذ مشاريع ضخمة ذات فوائد اقتصادية ممكنة. كفتح قنوات أو هد مقاطع من جبال وخلاف ذلك.
4 بحوث مكثفة ومستمرة الآن بشأن مشاكل الاندماج النووي (الحار والبارد ( ومن الممكن أن تؤدي في يوم من الأيام إلى حل ما يعرف بأزمة الطاقة.
وحتى نستطيع أن نحدد ما الذي يمكننا استخدامه من الطاقة النووية للأغراض السلمية علينا إتباع مبدأ أستخدم حديثاً وهو (اعرف كيف تستخدم الطاقة النووية للأغراض السلمية)، ومعرفة التكنولوجيا النووية لديها هي أيضاً مشاكلها الخاصة بها وسوف نستعرضها أثناء حديثنا.
فالدراسات النظرية المكثفة للجوانب المختلفة للتكنولوجيا النووية سوف تستعرض بوضوح النواحي الإيجابية والسلبية للتكنولوجيا النووية.. وفيما يخص التكنولوجيا النووية فالعالم ينقسم إلى مجموعتين كبيرتين: الدول المتقدمة صناعياً مع ما لديها من إنجازات ذات أهمية تكنولوجية واقتصادية واجتماعية في التقنية النووية. والمجموعة الثانية، فتتمثل بالدول النامية التي يعيقها في محاولاتها للتوجه قدماً نحو التكنولوجيا النووية، النقص الخطير في الخبرات المختصة التي ما زالت تعرف بالأكثر تعقيداً والنقص في الإدارة الجيدة والصعوبات الاقتصادية في بعض الأحيان. فالهوة بين الدول النامية والدول المتقدمة هائلة؛ كما أنها تزداد مع الوقت.
وهناك جدل الآن في الدول النامية حول ما إذا كان ينبغي على تلك الدول توجيه اهتمامها إلى اكتساب التقنية النووية عندما تنقصها بالخبرات المختصة والخلفيات التكنولوجية، ومتى يمكنها إعطاء الأولوية لخطط التنمية غير النووية، أي خطط التنمية الصناعية والزراعية والتربوية والثقافية و الصحية .... ا

دورة الوقود النووي (غير العضوي (
وهي مجموعة العمليات التي تمر بها المواد عند استعمالها كوقود للمفاعلات النووية، والتي تتضمن وحدات لدورات الوقود النووي. ويمكن تقسيم عمليات دورة الوقود إلى قسمين أو مجموعتين رئيستين:
المجموعة الأولى : وتشمل عمليات (الطرف الأمامي لدورة الوقود) والتي تغطي كل العمليات التي تسبق إتمام الإشعاع للوقود في قلب المفاعل وكذلك تفريغها إلى وسائل التخزين وتشتمل على العمليات الرئيسية الثلاث مثل :
استخدام وطحن اليورانيوم ، تحويل اليورانيوم إلى (سادس فلوريد اليورانيوم (UF6 ، والإثراء بالنظير (U235) ، تصنيع وحدات الوقود.
المجموعة الثانية : كل عمليات الطرف الخلفي لدورة الوقود وتغطي كل العمليات وتشمل الآتي : تخزين الوقود المستنفذ،إعادة معالجة الوقود المحترق ، التخلص من الفضلات المشعة ، ويتم وصف العناصر المختلفة لدورة الوقود العضوي والنووي كملخص مقارن

مفهوم وقود توليد الطاقة العضوي والنووي
يطلق اسم الوقود على أي مادة أو على خليط المواد المستخدمة للحصول على حرارة. أما وقود توليد الطاقة فهو المادة أو (خليط من المواد) التي تستخدم للحصول على حرارة بكميات كبيرة في وحدات خاصة مثل المراجل المائية أو البخارية الموجودة في المحطات الكهروحرارية أو مثل المفاعلات النووية الموجودة في المحطات الكهروذرية.
يميز بين الوقود العضوي والوقود النووي تبعاً لنوع التفاعلات التي يحصل بنتيجتها انطلاق الحرارة من الوقود. فمثلاً، تتولد الحرارة من الوقود العضوي نتيجة للتفاعلات الكيميائية أثناء تأكسد الكربون والهيدروجين والكبريت، وهي العناصر التي يتألف منها هذا الوقود بشكل رئيس،بالاشتراك مع الأكسجين المؤكسد من الهواء. وتجري عندئذ إعادة تكوين مركبات جزيئية جديدة مواد فعلى سبيل المثال يؤدي التفاعل الكيمائي لتأكسد الكربون بالأكسجين (احتراقه) إلى تشكيل مركب جديد (مادة جديدة) (هي ثاني أكسيد الكربون)C+O2 = Co2. ويترافق تأكسد كل ذرة من الكربون بانطلاق كمية من الطاقة الحرارية تعادل
(4)الكترون فولت أما انطلاق الحرارة من الوقود النووي فيتم نتيجة لتفاعل الانشطار النووي والذي ينجم عنه تشكيل عناصر جديدة. وليست ثمة حاجة لوجود المؤكسد، بل يجري التفاعل هنا تحت تأثير النيوترون الذي يشطر نواة الوقود النووي إلى أقسام هي عبارة عن عناصر جديدة .
ويورّد الوقود النووي الأولي لحرقه فقط بعد المعالجة الأساسية لخامات اليورانيوم لتصبح على هيئة العناصر الوقودية(عناصر توليد الحرارة)، ولكي يستخدم الوقود الذري بشكل صحيح، من الضروري معرفة مواصفاته الفنية والظروف التي يجري فيها حرقه، بشكل فعال.
الوقود النووي
إن الوقود النووي هو خليط من المواد الحاوية على نظائر العناصر الكيميائية التي تنشطر تحت تأثير النيوترونات، وهذه العناصر المنشطرة يمكن أن تكون ذات منشأ طبيعي أو صناعي ، والعنصر الوحيد ذو المنشأ الطبيعي والذي ينشطر تحت تأثير النيوترونات المختلفة الطاقة هو (نظير اليورانيوم/ 235) أما العناصر المنشطرة الأخرى المعروفة في الوقت الحاضر فهي ذات منشأ صناعي، منها ( نظير البلوتونيوم 239 ، 241 ( واللذان يتم الحصول عليهما خلال التفاعلات النووية من ( اليورانيوم 238 )، نظيره الصناعي ) اليورانيوم 233 ) ، وينتج أيضاً من الثوريوم الطبيعي232 .
وهناك العديد من المواصفات الفنية للوقود النووي، مثل الصمود الإشعاعي، ودرجة حرارة الوقود القصوى المسموح بها،وتلاؤم مادة الوقود مع المواد الأخرى وغير ذلك.
مبادئ عمل الوحدات النووية لتوليد البخار ومخططاتها التكنولوجية
من الضروري تأمين السحب المتواصل للحرارة الناجمة عن احتراق الوقود بواسطة مادة متحركة وهي (الحامل الحراري)،وذلك في الوحدات النووية لتوليد البخار وفي مراجل توليد البخار على حدٍ سواء ، ويمكن أن يكون (الحامل الحراري ) هو الجسم العامل في التوربين، أي البخار ذاته غير أنه لا يمكن أحياناً نقل الحرارة المتولدة في المنطقة الفعالة للمفاعل مباشرة للجسم العامل،أي مباشرة للبخار، ويستخدم عندئذ حامل حراري وسيطي يدور في إطار مغلق ، ويمكن أن يقوم الماء والغاز والسائل العضوي أو المعدن المائع بدور الحامل الحراري. وتبعاً لطريقة نقل الحرارة من المنطقة الفعالة للمفاعل إلى الجسم العامل، فإن الوحدات النووية لتوليد البخار يمكن أن تكون بإطار واحد أو بإطارين أو ثلاثة.
وعندما يبدأ تفاعل الانشطار في الوقود، ترتفع درجة حرارة عناصر الوقود النووي. ولسحب هذه الحرارة، يضخ الحامل الحراري الماء بواسطة مضخة التدوير الرئيسية بحيث يكون ضغطه حوالي (5ميجا باسكال) فعندما يمر الماء عبر عناصر الوقود النووي، يسخن حتى درجة الغليان (280ْ) درجة مئوية ويتشكل خليط الماء والبخار عند مخرج المنطقة الفعالة ويندفع هذا الخليط إلى الإناء الفاصل حيث ينفصل الخليط إلى بخار يتم إرساله إلى التوربين ، وأما الماء الذي لم يتبخر، فيتم إرساله مجدداً إلى مضخة التدوير الرئيسية. وتتكرر هذه الدورة عدة مرات.. غير أن مستوى الماء في الإناء الفاصل يبقى ثابتاً لأن مياه التغذية تدخل باستمرار إلى إطار الدورات بواسطة المضخة ، وهذه الوحدة تسمى الوحدة النووية الأحادية الإطار وهي شبيهة بالمرجل المزود بدوران قسري متعدد الدورات، وذلك من حيث المخطط التكنولوجي وتختلف وحدتا توليد البخار عن بعضهما البعض فقط بالمصدر الحراري.. وتستخدم في هذه المحطات المفاعلات النووية العاملة ب ) اليورانيوم والجرافيت) ويكون البخار المتولد في هذه المفاعلات هو البخار الجاف والمشبع والنشيط إشعاعياً بشكل خفيف، وذلك نتيجة لتلامس الماء مباشرة مع المنطقة الفعالة.
غير أن وحدات توليد البخار النووية الأحادية الإطار في المفاعلات الجرافيتية، تستطيع العمل باستخدام الوقود النووي الحاوي على تركيز منخفض لليورانيوم (235) وبالإضافة إلى ذلك، فإن تصنيع المفاعل لا يتطلب إنشاء هياكل فولاذية ضخمة عالية المتانة ، كما يجري في وحدات البخار النووية الثنائية الإطار(ماء ماء ).ففي وحدة توليد البخار النووية الثنائية الإطار، يوجد غلاف خرساني يقوم بالحماية البيولوجية، ويحصر بداخله المفاعل النووي ومضخة التدوير الرئيسية ومولد البخار وأنابيب التوصيل ، وتتألف المنطقة الفعالة للمفاعل من عناصر الوقود النووي، وهي تنحصر في هيكل فولاذي سميك الجدران،ويجب أن تكون متانته عالية بحيث تتحمل جدرانه الضغط الحامل الحراري حتى (18ميجا باسكال) ويتولد الضغط بواسطة مضخة التدوير الرئيسية التي تضخ الحامل الحراري عبر المنطقة الفعالة، ليسحب منها الحرارة،وتستخدم المياه العادية بصفة الحامل الحراري، الذي يقوم في هذا المفاعل بدور مبطئ النيوترونات أيضاً ولا يختلف عمله كثيراً عن وحدة توليد البخار النووية الأحادية الإطار، وهناك أيضاً وحدة توليد البخار النووية ثلاثية الإطار .
مردود وحدات توليد البخار
كما ذكرنا سابقاً تتولد الطاقة الحرارية في المرجل نتيجة تحول الطاقة الكيمائية للوقود العضوي، أما في وحدة توليد البخار النووية فتتولد الطاقة الحرارية نتيجة لتحول الطاقة النووية للوقود غير العضوي (النووي) غير أن كمية الطاقة الحرارية التي يسحبها الجسم العامل) الحامل الحراري) تكون دوماً أقل من كمية الطاقة التي يتم إدخالها إلى المراجل أو المفاعل على هيئة وقود وتسمى الطاقة التي يتم إدخالها إلى تجهيز الوقود بكمية الطاقة المتوفرة ، أما كمية الطاقة الحرارية المسحوبة والتي يستفاد منها لاحقاً للحصول على الطاقة الكهربائية، أي التي تستخدم بشكل مفيد، فتدعى بكمية الطاقة المفيدة، وينجم الفرق بين الطاقة المتوفرة والطاقة المستخدمة بشكل مفيد، بسبب فقد الطاقة التي لا مفر منها في بعض أجزاء الوحدة البخارية العاملة بالمفاعل النووي.
وكما يبدو فإن مردود أية وحدة تشترك في عمليات تحويل الطاقة تكون دوماً أقل من الواحد، وكلما كانت كمية الطاقة أقل تكون الوحدة أكثر جودة وكمالاً ( أي يكون مردودها أعلى ) وبالتالي فإنه من الضروري السعي لجعل المفقود من الطاقة أقل ما يمكن عند تصنيع وحدات الطاقة واستثمارها.. ويمكن حل هذه المسألة بنجاح، فقط في تلك الحالة التي تكوى فيها مصادر فقدان الطاقة معلومة لدينا، مع الأسباب المؤدية لذلك.






المراجع
مكتشفو الذرة. سلسلة العلم والحياة (114) تأليف/ روي.أ. جالانت. ترجمة د/ صالح محمد متولي.. الهيئة المصرية العامة للكتاب، ط1/2003م.
- تقديم المشروع دراسات التقنية النووية بالدول النامية.. د. محمد عزت عبد العزيز. معهد الإنماء العربي /ط1/1982م ، بيروت لبنان.
- الوقاية من الإشعاعات المؤينة.. د/ بهاء الدين حسين معروف. ط1/1989م. منشورات منظمة الطاقة الذرية العراقية / بغداد.
- مبادئ الهندسة الحرارية. فيتالي أو خوتيز، فيكتور جيدكيغ. فاسيلي لا فيغين، فاروق سلام زاوه.
- مقدمة في الفيزياء الصحية د/ خالد عبيد الأحمد ، جامعة الموصل / ط /1993 / الموصل العراق.
- تقديم لمشروع دراسات التقنية النووية بالدول النامية . د. محمد عزت عبد العزيز. معهد الإنماء العربي بيروت لبنان ط 1982م.
- مبادئ الهندسة الحرارية- فيثاليأو خوين، فيكتور جيد كيخ، فاسيلي لا فيعين - فاروق سلام زاده. ترجمة المهندس ، عيسى الزيدي ، دار ميد، موسكو 1990 الطبعة العربية.
3 الطاقة النووية العربية ..عامل بقاء جديد . د/عدنان مصطفى وزير النفط والمعادن ، بسوريا سابقاً مركز دراسات الوحدة العربية ، ط3/ 2004م.