ما هي الطاقة النووية

نفسر ما هي الطاقة النووية وكيف يتم الحصول عليها. أيضا ، ما هي المزايا والعيوب وبعض الأمثلة.

الطاقة الذرية آمنة وفعالة ومتعددة الاستخدامات.

ما هي الطاقة النووية؟

الطاقة النووية أو الطاقة الذرية هي نتيجة التفاعلات التي تحدث في النوى الذرية أو فيما بينها ، أي أنها الطاقة المنبعثة في التفاعلات النووية. يمكن أن تحدث هذه التفاعلات بشكل عفوي أو مصطنع.

التفاعلات النووية هي عمليات الجمع أو تفتيت نوى الذرات و الجسيمات دون الذرية . يمكن أن تتحد النوى الذرية أو تتفتت ، أو تطلق أو تمتص كميات كبيرة من الطاقة في هذه العملية. عندما تتفتت النوى ، تُعرف العملية بالانشطار النووي ، وعندما تتحد تسمى الاندماج النووي.

يحدث الانشطار النووي عندما يتم تجزئة نواة ذرية ثقيلة إلى عدة نواة أصغر وزنًا ، وقد تنتج أيضًا نيوترونات وفوتونات وشظايا من النواة. يحدث الاندماج النووي عندما تتحد عدة نوى ذرية بشحنات متشابهة لتكوين نواة جديدة أثقل. تحدث هذه التفاعلات في نوى ذرات بعض نظائر العناصر الكيميائية مثل اليورانيوم (U) أو الهيدروجين (H).

ترجع الكمية الكبيرة من الطاقة المتضمنة في التفاعلات النووية بشكل أساسي إلى حقيقة أن جزءًا من كتلة الجسيمات المتفاعلة يتم تحويله إلى طاقة مباشرة . ناقش الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين هذه العملية بطرح معادلته:

E = mc²

أين:

• ه : الطاقة
• م : الكتلة
• ج : سرعة الضوء

كما ترون ، فإن المعادلة التي اقترحها أينشتاين تتعلق بالكتلة والطاقة.

يمكن استخدام الطاقة المنبعثة في التفاعلات النووية لتوليد الكهرباء في محطات الطاقة النووية الحرارية ، وفي الطب النووي ، وفي الصناعة ، وفي التعدين ، وفي علم الآثار وفي العديد من التطبيقات الأخرى.

استخدامه الرئيسي في توليد الطاقة الكهربائية ، حيث تستخدم الطاقة النووية لتسخين كميات كبيرة من المياه أو لتوليد الغازات ، ثم يتم استخدام الطاقة الحرارية منها لتحريك التوربينات الكبيرة التي تنتج الكهرباء.

يتم استخدام الطاقة النووية الخاضعة للرقابة لأغراض خيرية. إنه مصدر مهم للغاية للطاقة ولكن ، للأسف ، يتم استخدامه أيضًا لأغراض عسكرية لإنتاج أسلحة الدمار الشامل النووية.

كيف يتم الحصول على الطاقة النووية؟

التفاعلات النووية تنتج ذرات غير مستقرة للغاية.

يتم الحصول على الطاقة النووية نتيجة تفاعل نووي في نوى ذرية معينة لعناصر كيميائية معينة. من أهم عمليات الطاقة النووية انشطار نظير اليورانيوم -235 ( ²³⁵ يو) لعنصر اليورانيوم ( U) وانصهار نظائر الديوتيريوم-تريتيوم ( ² H- ³ H) للهيدروجين (H) ، على الرغم من أنه يمكن أيضًا الحصول على الطاقة النووية من التفاعلات النووية في نظائر الثوريوم -232 ( ²³² ث) أو البلوتونيوم -239 ( ²³⁹ بو) أو السترونشيوم 90 ( ⁹⁰ الأب) أو البولونيوم 210 ( ²¹⁰ بو).

إن انشطار اليورانيوم 235 ( يو ²³⁵ ) هو تفاعل طارد للحرارة ، أي أنه يطلق الكثير من الطاقة. تعمل الطاقة المنبعثة على تسخين الوسط الذي يحدث فيه التفاعل ، والذي يمكن أن يكون الماء ، على سبيل المثال.

لكي يحدث الانشطار ، يتم قصف نظير ²³⁵ U بالنيوترونات الحرة (على الرغم من أنه يمكن أيضًا قصفه بالبروتونات أو النوى الأخرى أو أشعة جاما) التي يتم التحكم في سرعتها بدرجة عالية. وبهذه الطريقة ، يمكن للنواة امتصاص نيوترون حر ، مما يتسبب في زعزعة استقراره وتفتيته ، وتوليد نوى أصغر أخرى ، ونيوترونات حرة ، وجسيمات دون ذرية أخرى ، وكميات كبيرة من الطاقة. من المهم التحكم في سرعة النيوترونات لأنها إذا كانت عالية جدًا فيمكنها ببساطة أن تصطدم بالنواة أو تمر من خلالها ولن يتم امتصاصها لإنتاج الانشطار.

يولد الانشطار النووي نيوترونات حرة وجسيمات أخرى.

يمكن للجسيمات المتولدة نتيجة انشطار النواة أن تمتص بدورها بواسطة نوى مجاورة أخرى ، والتي ستكون أيضًا انشطارًا ، والجسيمات التي تتولد نتيجة هذا الانشطار الآخر ، يمكن ، مرة أخرى ، امتصاصها بواسطة نوى أخرى ، وما إلى ذلك ، تنتج ما يعرف باسم: تفاعل متسلسل.

التفاعلات المتسلسلة النووية الخاضعة للرقابة لها العديد من التطبيقات المفيدة ، كما ذكر أعلاه. ومع ذلك ، عندما يكون التفاعل المتسلسل غير متحكم فيه ، فإنه يستمر حتى لا يكون هناك المزيد من المواد للانشطار ، والذي يحدث في وقت قصير. هذه العملية غير المنضبطة هي بداية تشغيل القنابل الذرية التي ألقتها الولايات المتحدة على اليابان في الحرب العالمية الثانية .

من ناحية أخرى ، فإن اندماج زوج الديوتيريوم والتريتيوم ( ² H – ³ H) هو أبسط عملية اندماج نووي موجودة . لكي يحدث هذا الاندماج ، من الضروري تقريب بروتونين من بعضهما البعض (أحدهما من ² H والآخر من ³ H) بحيث تكون قوى التفاعل النووي القوي (القوى التي توحد النوى ، أي البروتونات والنيوترونات ، وذلك يجب أن يتغلبوا على قوة التنافر بين البروتونات ، لأن لديهم نفس الشحنة) تتجاوز قوى التفاعل الكهروستاتيكي ، لأن البروتونات لها شحنة موجبة ، لذلك تميل إلى صد بعضها البعض. لتحقيق ذلك ، يتم تطبيق بعض الضغوط وإلغاء الضغط ، وكذلك درجات الحرارةخاص جدا. تنتج عملية الاندماج هذه نواة ⁴ He ونيوترون وكمية كبيرة من الطاقة.

التفاعلات النووية تنتج ذرات غير مستقرة.

الاندماج النووي هو عملية تحدث تلقائيًا في النجوم ، على سبيل المثال الشمس ، ولكن تم أيضًا توليدها بشكل مصطنع.

بشكل عام ، تنتج التفاعلات النووية ذرات غير مستقرة ، والتي من أجل استقرار نفسها ، تنبعث طاقة زائدة في البيئة لفترة معينة. تسمى هذه الطاقة المنبعثة بالإشعاع المؤين ، والتي لديها طاقة كافية لتأين المادة الموجودة حولها ، وهذا هو السبب في أنها إشعاع خطير للغاية لجميع أشكال الحياة.

ما هي الطاقة النووية؟

تتعدد الاستخدامات السلمية للطاقة النووية ، ليس فقط لتوليد الكهرباء (التي لها بالفعل أهمية كبيرة في عالم الصناعة اليوم) ولكن أيضًا لإنتاج طاقة حرارية قابلة للاستخدام والقابلة للسحب ، أو طاقة ميكانيكية ، وحتى أشكال من الإشعاع المؤين. التي يمكن استخدامها لتعقيم المواد الطبية أو الجراحية. كما أنها تستخدم لتشغيل المركبات ، مثل الغواصات الذرية.

مزايا الطاقة النووية

مزايا الطاقة النووية هي:

• القليل من التلوث. طالما لا توجد حوادث ويتم التخلص من النفايات المشعة بشكل صحيح ، فإن محطات الطاقة النووية تلوث البيئة بدرجة أقل من حرق الوقود الأحفوري .
• آمن. طالما تم استيفاء متطلبات السلامة ، يمكن أن تكون الطاقة النووية موثوقة ومتسقة ونظيفة.
• فعالة. كميات الطاقة المنبعثة من خلال هذا النوع من التفاعل النووي هائلة ، مقارنة بكمية المواد الخام المطلوبة .
• متنوع القدرات. من المهم تطبيق الإشعاع وغيره من أشكال الطاقة النووية في مختلف مجالات المعرفة البشرية ، مثل الطب.

مساوئ الطاقة النووية

تشكل الطاقة النووية خطورة على السكان المدنيين وحتى على حياة الحيوانات.

مساوئ الطاقة النووية هي:

• محفوف بالمخاطر في حالات الحوادث ، مثل تلك التي وقعت مع مفاعل تشيرنوبيل النووي في الاتحاد السوفيتي السابق ، يكون السكان المدنيون وحتى الحياة الحيوانية أكثر عرضة للتلوث الإشعاعي.
• ازالة. يصعب التعامل مع المنتجات الثانوية المشعة من محطات الطاقة النووية وبعضها له نصف عمر طويل جدًا (الوقت الذي تستغرقه الذرة المشعة لتتحلل).
• غالي عادة ما يكون إنشاء محطات الطاقة النووية واستخدام هذه التكنولوجيا مكلفًا للغاية.

خصائص الطاقة النووية

بشكل عام ، الطاقة النووية قوية وفعالة وإنجاز حقيقي لإتقان الإنسان للفيزياء . ومع ذلك ، فهي أيضًا تقنية محفوفة بالمخاطر: بعد رؤية الكوارث التي سببتها القنابل الذرية في هيروشيما وناغازاكي ، أو حادثة تشيرنوبيل في الاتحاد السوفيتي ، من المعروف أن هذا النوع من التكنولوجيا يمثل خطرًا حقيقيًا على الحياة على هذا الكوكب. يعرف.

أمثلة على الطاقة النووية

المثال السلمي لاستخدام هذه الطاقة هو أي محطة للطاقة النووية ، مثل تلك الموجودة في إيكاتا ، في اليابان . ومن الأمثلة على استخدامها الحربي قصف مدينتي هيروشيما وناغازاكي اليابانيتين في عام 1945 خلال الحرب العالمية الثانية.