تحقيق علميمواضيع العدد ٩

الطاقة النووية صمام أمان المستقبل

روابط إعلانية

الطاقة النووية صمام أمان المستقبل

يُعتبر الإنشطار النووى الوسيلة الوحيدة للحصول على الطاقة الكامنة فى قلب الذرة سلمياً، ويُستخدم لأجل هذا الغرض منشآت خاصة تُعرف بالمفاعلات النووية، والتى يكون التفاعل الأساسى فيها انشطار نواة اليورانيوم U235 بواسطة النيوترونات الحرارية إلى كريبتون وباريوم، بالإضافة إلى قدر هائل من الطاقة يبلغ حوالى 200 MeV لكل انشطار نووى، وتعتبر النفايات النووية مصدر رعب دائم للناس وخاصة القريبين من أماكن تخزينها أو طرق نقلها.

تتنوع المفاعلات النووية حسب : 1 – الغرض من استخدامها.   2 – طاقة تشغيلها.     3 – تكنولوجيا تشغيلها.

وما يهمنا فى هذا الموضوع هو المفاعلات المستخدمة فى توليد الطاقة وهى ما يطلق عليها المفاعلات الحرارية، وترجع هذه التسمية  إلى اعتماد هذه المفاعلات على النيوترونات الحرارية لإحداث الانشطار الذى لا يتم بواسطة النيوترونات السريعة، ولزيادة احتمال امتصاص هذه النيوترونات بواسطة اليورانيوم U235 دون نويات نظائر اليورانيوم الأخرى، فإنه يلزم تخفيض سرعة هذه النيوترونات حتى تكون فى حالة توازن حرارى مع الوسط المحيط بها، ويتم ذلك من خلال مادة تحيط بأقراص الوقود ( اليورانيوم ) وتملأ أرجاء قلب المفاعل تسمى بالمهدئ، وعادة ما يستعمل الماء العادى أو الثقيل أو الجرافيت كمهدئ، ويكون الوقود على هيئة أقرص أسطوانية يبلغ طولها 1سم وقطرها 0.8 سم مصنوعة من الزركونيوم أو الصلب. وتملأ هذه الأقراص بالوقود وهو اليورانيوم الطبيعى أو المخصب بنسبة تتراوح ما بين 2 -3% وتظل حزم الوقود داخل المفاعل النووى لأكثر من عام يتم خلالها استنفاذ نسبة كبيرة من الوقود ليتكون بعد ذلك حزم الوقود المستنفـذ.

وتجدر الإشارة إلى أن اليورانيوم يتواجد فى الطبيعة على هيئة نظيرين U238 و U235 بحيث تبلغ نسبة U235 فى اليورانيوم الطبيعى 0.7% وهذا النظير هو النظير القابل للاتشطار، بينما يتحول النظير الآخر إلى بلوتونيوم بامتصاص النيوترونات، وعملية التخصيب هى عملية فيزيائية تهدف إلى رفع نسبة U235 فى اليورانيوم الخام، وتبلغ نسبة تخصيب اليورانيوم اللازم لصناعة القنبلة النووية 92 – 98% لذا يحدث التفاعل فيها بشكل انفجارى.يتم تبريد المفاعل النووى من خلال المياه العذبة أو من خلال الصوديوم، وعن طريق مبادل حرارى يتم نقل الطاقة التى تحملها مادة التبريد إلى مبرد مائى يمتص تلك الطاقة لترتفع درجة حرارة المياه إلى درجة الغليان، ويتم توجيه البخار المتصاعد إلى توربينات لتوليد الكهرباء.

ومن أهم أنواع المفاعلات النووية الحرارية :

روابط إعلانية

1- مفاعلات الماء العادى المضغوط.

2- مفاعلات الماء العادى المغلي.

3- مفاعلات الجرافيت المبردة بالماء.

4- مفاعلات الماء الثقيل.

5- مفاعلات التبريد الغازى.

إن المفاعلات النووية تعتبر مصدر قلق دائم لعامة الناس من خلال وجهين:

روابط إعلانية

 الأول ويتمثل فى حوادث التسرب الإشعاعى للمحطات النووية، الثانى وهو النفايات النووية الناجمة عن عمليات التشغيل. 

 ولكن لا داعى للقلق………

فهناك عدة عوامل تتحكم فى أمان المفاعل النووى بما يكفل الحماية والأمان التام للعاملين فيه والمنطقة المحيطة به، إن التفاعل النووى يتم التحكم في معدل سريانه بسهولة تامة عن طريق أقطاب الكادميوم التى لها القدرة العالية على امتصاص النيوترونات المسببة للانشطار، بل يمكن إيقاف التفاعل تماماً فى لحظات بإدخال تلك الأقطاب كاملة داخل قلب المفاعل، هذا ولا تزيد درجة حرارة قلب المفاعل عن 500 درجة مئوية نتيجة للتبريد المستمر وبطئ التفاعل، ولو افترضنا جدلاً أن درجة حرارة المفاعل وصلت إلى 3000 درجة مئوية ينصهر قلب المفاعل وينفجر المفاعل – وهو مالا يمكن حدوثه – ولا يؤثر التدمير المصاحب للمفاعل إلا فى نطاق المحطة النووية وفقط لئلا يتوهم البعض أن انفجار المفاعل النووى أشبه بانفجار القنبلة النووية، ولكن قد يمتد تأثيره الإشعاعى إلى مناطق بعيدة.

وما يضمن عدم ارتفاع درجة حرارة المفاعل إلى درجة الانصهار المراقبة المستمرة لدرجة حرارة المفاعل وقياس معدلات الإشعاع داخل وخارج المفاعل، فإذا قاست الأجهزة الالكترونية أى خلل فى حرارة المفاعل أو فى معدلات الإشعاع يتم إيقاف المفاعل آليا، وما سمعناه عن انفجار المفاعل الروسى تشيرنوبل كان نتيجة الإهمال الروتينى فى المؤسسات الاشتراكية، وخلال تلك السنوات تطورت عوامل أمان المفاعلات النووية بشكل مذهل إلى أن اقتصرت الحوادث النووية على عمليات نقل وتخزين المواد المشعة أو أثناء استخدام النظائر المشعة فى التطبيقات الصناعية والطبية وبآثار صغيرة لا تتعدى منطقة التسرب أو الحادث ويسهل إزالتهـا.

ينجم عن عمليات تشغيل المفاعل نفايات شأنها فى ذلك شأن جميع محطات توليد الكهرباء التقليدية والتى تستخدم الفحم أو الغاز الطبيعى أو البترول، وإن كانت تختلف عنها فى طبيعة ونوعية النفايات، ولنا أن نعلم أن حجم النفايات الصلبة الناتجة عن تشغيل محطة توليد كهرباء بقدرة ألف ميجاوات باستخدام الفحم تصل إلى 150 ألف م3 سنوياً، أما باستخدام الطاقة النووية فيصل إلى ألفى م3 سنوياً، كما أن النفايات النووية تمر بمراحل تنقية وترشيح معقدة من أجل الوصول بإشعاع تلك النفايات إلى مستويات آمنه قبل تخزينهـا.

هذا وتصنف النفايات النووية إلى ثلاث فئات:

1- نفايات منخفضة المستوى الإشعاعى

2- نفايات متوسطة المستوى الإشعاعى

3- نفايات عالية المستوى الإشعاعى

أولاً : النفايات منخفضة ومتوسطة المستوى الإشعاعى

1 – النفايات الغازية: ويكون مصدرها الرئيسى نواتج الانشطار الغازية والغازات المصاحبة لعمليات التهوية المستمرة للمحطة، ويتم تجميع تلك النفايات فى خزانات خاصة، تستبقى فيها لمدة كافية لتحللها إشعاعياً ثم ترشح فى مرشحات هوائية خاصة وتخفف بعد ذلك بالهواء النقى للوصول بتركيزها الإشعاعى إلى مستويات الإشعاعات الطبيعية تمهيداً لإطلاقها فى الجو.

2 – النفايات السائلة: وهى التى تنتج عن تسربات من مكونات دورة تبريد المفاعل وخزانات مثبت الضغط وحوض تخزين الوقود المستنفذ وكذلك أثناء أعمال الصيانة وإعادة شحن المفاعل بالوقود، ويتم إزالة التلوث الإشعاعى لهذه النفايات من خلال عمليات الترسيب والترشيح والتبخير والتكثيف وعمليات التبادل الأيونى، والسوائل الناتجة عن هذه النفايات تكون ذات تركيز إشعاعى منخفض جداً بحيث يمكن إعادة استخدامها أو حرقها فى حدود النسب المسموح بها دولياً.

3 – النفايات الصلبة: وتتكون من ترسيبات التبخير والترشيح ومرشحات الهواء المستهلكة والمواد المتخلفة عن عمليات الصيانة والتشغيل مثل الملابس والأحذية والقفازات بالإضافة إلى الأجزاء والمعدات التى تلامس مياه تبريد المفاعل، وهذه النفايات يتم تجميعها ثم حرقها أو ضغطها ثم تخلط بالأسمنت أو المواد الإسفلتية وتثبت فى كتل خرسانية تحفظ فى تجهيزات خاصة بموقع المحطة تمهيداً لنقلها، وتلك النفايات لم يسجل لها حتى الآن أى تأثيرات ضارة على الإنسان أو البيئة، فالشخص العادى المقيم بمنطقة المحطة النووية لا يتعدى مقدار ما يتعرض له من الإشعاع عن المعدل الطبيعى فى أى مكان آخر.

ثانياً : النفايات عالية المستوى الإشعاعى

وهى حزم الوقود المستنفذ بعد عمليات التشغيل التى هى عبارة عن نواتج الانشطار وبعض المواد الأكتينية، وتخزن هذه النفايات بشكلها الأولى لترك الفرصة كى تنخفض نسبة إشعاعها وحرارتها، حيث يتم حفظها بموقع المحطة فى أحواض عميقة بحيث يغمر فوقها الماء بمسافة 4 – 6 م، وذلك لامتصاص الإشعاعات الصادرة عن الوقود المستنفذ وتوفير وسيلة تبريد مستمرة ولازمة نتيجة التحلل الإشعاعى، ويصل حجم النفايات عالية المستوى الإشعاعى الناتجة عن مفاعل نووى بقدرة ألف ميجاوات كهرباء إلى 2 م3 سنوياً فقط، ولقد استخدمت هذه الطريقة للتخزين المرحلى للوقود بأمان تام منذ أكثر من ثلاثين عاماً دون وقوع أى حوادث تضر بالإنسان أو البيئة.

يتم نقل الوقود المستنفذ فى أوعية حفظ خاصة يراعى فى تصميمها عوامل أمان صارمة، لذا فإن أوعية حفظ الوقود تكون سميكة الجدران وتصنع من مادة عالية الكثافة مثل الصلب المبطن بالرصاص أو الحديد الزهر الرمادى وذلك لتوفير التدريع اللازم لها ولامتصاص أى إشعاعات منبعثة منها، كما تجهز هذه الأوعية بزعانف خارجية للمساعدة فى التخلص من حرارة التحلل الإشعاعى للنفايات، هذا بالإضافة إلى تعدد أغطية الغلق لمنع تسرب أى مواد مشعة بالإضافة إلى تعدد وسائل الاختبار المستمرة لها، كما يعتمد أمان تخزين المواد المشعة على مبدأ تعدد الحواجز الإشعاعية والتى تمنع وصول المواد المشعة إلى الإنسان.

1 – الحاجز الإشعاعى الأول

وهو احتواء النفايات فى صورة مركبات صلبة عديمة الذوبان فى الماء وذلك بخلطها بالسيليكا إلى مركبات زجاجية تتحمل عوامل الضغط والحرارة والظروف الكيماوية المتواجدة فى مواقع التخزين.

2 – الحاجز الإشعاعى الثانى

الطاقة النووية صمام أمان المستقبلويتمثل فى أوعية حفظ النفايات وتكون من الصلب الغير قابل للصدأ وذات سمك مناسب لتحمل الضغوط العالية كما تغلف هذه الأوعية بطبقة من الرصاص بسمك 10 سم وغلاف خارجى من التيتانيوم بسمك 6 ملليمترات، كما تخلط هذه النفايات بمصور الرصاص أو القصدير لتتيح تدريع إضافى لهذه الأوعية.

3 – الحاجز الإشعاعى الثالث

تحاط أوعية النفايات فى مواقع التخزين داخل التكوينات الجيولوجية بطبقات مضغوطة من مواد الحشو والعزل والتى تمثل حاجزاً إضافياً لمنع تسرب المياه الجوفية للأوعية، وهذه المواد تكون عادة من الطمى والطفلة والحصى والصخور بالإضافة إلى طبقات متتالية من الحديد والبازلت والصلب و الخرسانة، فلو تم فرضاً تسرب المياه إلى تلك الأوعية فإن مواد الحشو هذه تقوم بمهمة منع تسرب المواد المشعة إلى المياه الجوفية.

4 – الحاجز الإشعاعى الرابع

يتم اختيار موقع التخزين بعد دراسات مستفيضة للتأكد من نوعية و خواص استمرار هذه التكوينات الجيولوجية وموائمتها لحفظ النفايات، وتختار التكوينات الجيولوجية المناسبة لحفظ النفايات عالية المستوى الإشعاعى عادة على عمق مئات الأمتار لتكون بعيدة تماماً عن القشرة الأرضية، وبذلك نضمن ثبات واستقرار هذه التكوينات الجيولوجية عبر ملايين السنين، كما أن هذه التكوينات الجيولوجية تمنع اختراق أشعة جاما المنبعثة من النفايات وهى أقوى أنواع الأشعة قدرة على النفاذ، حيث تمتص هذه الأشعة كاملة فى سمك بضعة أمتار فى هذه التكوينات الجيولوجية من مكان التخزين، وبالتالى لن تصل إلى الإنسان على الإطلاق.ومن الجدير بالذكر أنه منذ 1700 مليون عام نشأ مفاعل نووى طبيعى فى ترسيبات من اليورانيوم بالجابون واستمر نشاط هذا المفاعل حوالى 100 ألف عام ونتج عنه تولد كميات من البلوتونيوم وأظهرت الدراسات والبحوث أن هذا البلوتونيوم لم يتسرب على الإطلاق من موقع تكوينه.

الطاقة النووية صمام أمان المستقبل

وبعدما استعرضنا سوياً الملامح الرئيسية لنشاط المفاعلات النووية، الأمر الذى يقضى تماماً على أى وساوس عن كفاءة وفاعلية وأمان المفاعلات النووية وتخزين النفايات المشعة فى جوف الأرض، وبالتالى فإن فكرة إنشاء مفاعل نووى سلمى لتوليد الطاقة الكهربية على أرض مصر ليست بفكرة خطيرة، بل على العكس تماماً، فهناك مئات من المفاعلات النووية تعمل منذ عشرات السنين على مستوى العالم دون مشاكل، كما هناك مفاعل مصر البحثى بانشاص وهو يعمل منذ سنوات وبدون مشاكل أيضاً، كما أن هذه الفكرة تصب فى مصلحة مصر من حيث:

1 – استغلال الكوادر العلمية المصرية الباقين دون عمل.

2 – توفير مصدر طاقة دائم بعد نفاذ الاحتياطى المصرى من الوقود الاحفورى.

3 – رفع كفاءة علماء مصر.

4 – مواكبة التطورات العالمية فيما يختص بمجال الطاقة النووية.

5 – التخفيف من مشكلة التلوث البيئى الناجمة عن توليد الكهرباء من الغاز الطبيعى أو البترول.

6 – استغلال كمية الوقود الاحفورى المتوفرة عن تشغيل المحطة النووية فى أغراض أخرى لاغنى عنها.

تطور المفاعلات النووية منذ 1950 … دعوة نحو التفكير في الاعتماد عليها عربيا

ما هي المفاعلات النووية؟

روابط إعلانية
الوسوم

أ./ محمد محروس عريف

معلم بوزارة التربية والتعليم المصرية ومؤلف علمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق