الطاقة النووية

الطاقة النووية

نعرِف جميعًا أنَّ الشمس والنجوم هي مصادر للطاقة لا تنضب، وتَنتج هذه الطاقة بسبب التفاعُلات النوويَّة، وبعد أن توسَّع الإنسان في استخدام الطاقة النووية لتسخين المياه وتحويلها لبخار ماء؛ بهدفِ توليد الطاقة الكهربائيَّة، أصبحتِ الطاقة النووية حاليًّا تُسهم في إنتاج قرابة 16 % من إجمالي الطاقة الكهربائيَّة العالمية، وبعكس الطاقة النووية المتولِّدة داخل النجوم، فإنَّ مفاعلاتنا النووية الحالية تستخدم الانشطارَ النووي لإنتاج الطاقة النوويَّة، في الوقت الذي يتسابق فيه العلماءُ لصنع مفاعلات اندماجية تتفوق كثيرًا على المفاعلات الانشطارية التي تسود عالَمَنا اليوم.

وتنتج الطاقة النووية إمَّا مِن خلال الاندماج النووي أو الانشطار النووي، ويحدُث الاندماج النووي عندما تتجمَّع نواتان ذَريَّتان لتُكَوِّنا نواةً واحدة أكثرَ ثقلاً، وينتج عن اندماج الأنوية الخفيفة كميات هائلة من الطاقة، فعند اندماج البروتون، وهو نواة ذرة الهيدروجين، والديوترون وهو نواة ذرة الهيدروجين الثقيل، والتريتيون وهو نواة ذرَّة التريتيوم في الشمس تنتج كميَّة كبيرة للغاية مِن الطاقة تتجسَّد في شكل حرارة وإشعاع، وتنتج هذه الطاقة الهائلة مِن خلال فقْد في وزن النواة الناتِجة عن الاندماج النووي، وهذا الفقدُ في الكتلة يتحوَّل لطاقة طبقًا لمعادلة آينشتين التي تربط العلاقةَ بين الكتلة والطاقة، وحاول العلماءُ على مدار أكثر من خمسين عامًا بناء مفاعلات تعمل بطريقة الاندماج النووي، إلا أنهم لم ينجحوا في ذلك، ولم يتمَّ إحراز نجاح بهذا الشأن عدَا اختراع القنبلة الهيدروجينيَّة.

أما الانشطار النووي:

فتنشطر فيه نواةُ الذرة الواحِدة لقسمين أو أكثر، وينتج عن عملية الانشطار نيوترونات وفوتونات حرَّة ودقائق نووية (كألفا وبيتا)، ويؤدِّي انشطار العناصر الثقيلة لتكوينِ كمية هائلة من الطاقة المتحرِّكة، ومِن العناصر الانشطارية الهامة والتي يكثُر استخدامها في المفاعلات الذريَّة اليورانيوم والبلوتينيوم؛ حيث يُعدَّا عمادَ الوقود النووي، ويحدُث خلال عملية الانشطار النووي ما يُطلق عليه "التفاعل المتسلسل" حيث يصطدم أحدُ النيوترونات بنواة ذرَّة يورانيوم فتنقسم لقسمين، ويصاحِب هذا الانقسام انطلاقُ ما يقرب من سَبعة إلى خمسة نيوترونات أخرى تصطدم بدورها بأنوية يورانيوم أُخرى فتتفاعل معها، وتعمل على انشطارها وعلى توليد نيوترونات أخرى، وهكذا، وذلك في سلسلةٍ متعاقبة من التفاعُلات.

قد يعتقد البعضُ أنَّ الطاقة النووية لا تُستخدم إلا لإنتاج الطاقة الكهربائية والأسلحة النوويَّة، غير أنَّ استخدامات الطاقة النووية التي ظهرتْ على مسرح الأحداث العالمية بقوَّة في أوائل سبعينات القرن الماضي عقِب تفشِّي أزمة الطاقة كبديل للنفط، أثبتتْ أنَّ استخداماتِها عديدةٌ وكثيرة؛ حيث أسهمتْ في تطوير العديد مِن المجالات العلمية والزِّراعية، والطِّبية والصناعية، فعلى سبيل المِثال: لا يقتصر استخدامُ النظائر المشعَّة فحسبُ على علاج الأورام السرطانيَّة، بل تستخدم في التشخيص الطبي أيضًا (وهو ما يُطلق عليه الطب النووي) وبتعاطي النظير المشعِّ مِن خلال الفم يتمُّ انتقاله بواسطة الدم لكافة أنحاء الجِسم حيث يتجمَّع في أحد الأعضاء تبعًا لنوع العنصر المعطَى له، وبعدها تتم دراسةُ هذا العضو مِن الخارج من خلال قياس الأشعة التي يطلقها النظير المشع الموجود في العضو.

مِن أمثلة ذلك استخدام نظير اليود المشعِّ بهدف تشخيص مدَى نشاط أو خمول الغُدَّة الدرقية، فمعدل امتصاص الغدَّة الدرقية لعنصر اليود المشع يدلُّ على مدَى قدرتها على أداء وظائفها على النحوِ الأكمل، فبعد تعاطي نظير اليود المشع يتجمَّع غالبيته في الغُدَّة الدرقية والتي تستخدمه في إنتاج هرمون الثايروكسين، فإنْ كانت الغدَّة نشطة فإنها تنتج كميةً كبيرة منه، وإن لم تكون نشطةً فإنها تنتج كميةً قليلة للغاية، ويستخدم كذلك نظير الكالسيوم المشع في دِراسة الهيكل العظمي، كما تُستخدم نظائر مشعَّة أخرى في تحديد أماكن انسداد القناة الهضميَّة ومناطق انسداد الأوعية الدمويَّة، وذلك بالطبع بخلاف القلْب البشري الذي يعمل بنظير البلوتوينيوم.

أما في مجال الزِّراعة:

فيُستخدم الإشعاع في تطوير سلالات ممتازة مِن البذور وإحداث طفرات بها، كأن تكتسبَ صِفات الجودة كالقُدرة على مقاومة الآفات أو غَلّ نِسبة عالية من المحصول، أو أن تحتوي على نِسبة عالية مِن البروتين (لا يعني تعرُّض هذه المحاصيل للأشعة السينيَّة أو أشعة جاما أنها مواد مشعَّة، وليس هناك أي خطر إشعاعي على مَن يتناولها).

وتستخدم أشعة جاما في إطالةِ مدَّة تخزين بعض المحاصيل كالبطاطا والبصل، مِن خلال قتْل الخلايا القابلة للانقسام والمتسبِّبة في تكون البراعِم، أو في قتل الحشرات أو تعقيمها - تمهيدًا لإبادتها - لمنعها مِن مهاجمة وإفساد المحاصيل الزراعية، بدلاً مِن استخدام المبيدات الحشريَّة التقليديَّة التي قد تمتدُّ آثارها للإضرار بالمحصول ذاته.

غير أنَّ أهمَّ إنجاز للطاقة النووية هو محطَّات التوليد النووية التي تُعدُّ أحدَ أنواع محطَّات التوليد الحرارية البخارية، ويوجد بمحطات الطاقة النووية الفرن الذري الذي يُحيط به جدار عازل وواقٍ من الإشعاع الذري، وهو عبارة عن طبقة سَميكة من الآجُر الناري وطبقة مِن المياه وطبقة مِن الحديد الصلب وطبقة مِن الإسمنت بسُمك مترين، وتتولَّد الحرارة الهائلة في المفاعِل عقب انشطار ذرات اليورانيوم، وتتسبَّب هذه الطاقة الحرارية الهائلة في غليان الماء في المراجِل وتحولها لبُخار ذي ضغْط عال ودرجة حرارة تصِل لما يقرب من 480 درجة مئوية، بعدها يُوجَّه هذا البخار نحو زعانِف التوربينات البُخارية لتدويرها لتتحوَّل بذلك الطاقة البخارية لطاقة ميكانيكيَّة، وبربط محور التوربين بمحور المولد الكهربائيِّ تتولَّد على طرفي الجزء الثابت مِن المولد الكهربائي الطاقة الكهربائيَّة.

وهناك عدَّة أنواع مِن مفاعلات الانشطار النووي؛ أشهرها مفاعلات الماء الخفيف، ومنها مفاعل الماء المغلي، ومفاعل الماء المضغوط، وهناك مفاعلات الماء الثقيل المستخدَمة في كندا على نِطاق واسع.

وفي مفاعلات الماء الخفيف يُستخدَم الماء العادي في قلْب المفاعل كوسيط لتهدئةِ سُرعة النيوترونات لضمانِ استمرار حدوثِ عملية الانشطار، وكمبرِّد وناقل للحرارة بتحوُّله لبخار ذِي ضغط عال، وذلك بشرْط تخصيب اليورانيوم، أمَّا في مفاعلات الماء الثقيل فيُستخدَم اليورانيوم الطبيعي غير المخصَّب، ويستخدم الماء الثقيل وهو أكسيدُ الديوتيريوم كمهدِّئ ومبرِّد داخلَ المفاعل بدلاً مِن الماء العادي، ويبقى الماء الثقيل في هذا المفاعل تحتَ ضغط عال بهدَف رفْع درجة حرارة غليانه، بحيث يسهل تسخينه ورفْع درجة حرارته دون أن يَغلي، ورغم أن تَكلِفةَ استخدام الماء الثقيل أعْلى بكثير من تكلفة استخدام الماء العادي، إلا أنَّ هذا النوع من المفاعل يتميَّز عن مفاعل الماء الخفيف بقُدرته على استخدام اليورانيوم غير المخصَّب، وهى العملية التي تتطلَّب بناءَ مصنع للتخصيب باهِظ الثمن، وتصريحات دولية خاصَّة للسماح باستخدامه.

لم تكنِ الطاقةُ النوويةُ معروفةً حتى أوائل القرن العشرين، ولم يتعرَّف العلماء على قوتها إلا بعدَ ظهور الاكتِشافات المهمَّة عن المادة والطاقة، لقد أظهرتْ هذه الاكتشافات أنَّ معظم كتلة الذرَّة تتركز في نواتها التي تتماسَك بقوة هائلة، وتتركز فيها الطاقة، وبعدَ معرفة هذه الخُطوة كانت الخطوة التالية هي محاولة تحرير هذه الطاقَة، غير أنَّ محاولة تفجير هذه الطاقة للمرَّة الأولى نتَج عنه تطوير القُنبلة الذريَّة التي أُطلقت فيما بعدُ على هيروشيما وناجازاكي ودمرتهما تدميرًا هائلاً؛ لذلك ارتبطتِ الطاقة النوويَّة في ذاكرة العالَم بالتدمير والخراب، غير أنَّ الواقع يؤكِّد على أنَّ الطاقة النووية تختلف بالفعل عن بقية أنواع الطاقة الأخرى، في أنَّ أخطارها كثيرةٌ ومتعدِّدة رغم مزاياها الكثيرة، ولعلَّ أشد عيوبها هو أنَّ اليورانيوم يستمرُّ في إطلاق إشعاعات خطيرة لفترة طويلة مِن الزمن بعدَ استعماله كوقود، ويتسبَّب هذا الإشعاع (الجرعات الكبيرة منه) عندَ التعرُّض له في التسبُّب في تشوهات وإعاقات تصِل لحد الموت، كما أنَّ مشكلة تخزين نفاياته التي يصعُب إعادة تدويرها أو تصنيعها تظلُّ تطرح سؤالاً لا تزال إجابته مبهمة.

تبنت بعضُ الدول حملة "لإنهاء الطاقة النوويَّة" وهو مصطلح يقصد به عملية إغلاق محطَّات الطاقة النوويَّة تدريجيًّا بشكل منظَّم خوفًا مِن تَكرار كارثة تشيرنوبل مرةً أخرى، عندما نفث المفاعل المنفجِر ما يقرُب مِن سبعة أطنان من الموادِّ المشعة داخلَ مساحات شاسعة من العالَم، أُصيب على إثرها عددٌ كبير من سكَّان مدينة كييف السوفييتية بحروق جسيمة، وزادت خلالها نِسبة التلوُّث الإشعاعي في بعض أجزاء مِن ألمانيا الشرقية لمائة ضِعْف المعدَّل الطبيعي، بينما بلغتْ في بولندا قرابة خمسين ضعفًا، وأُصيب حوالي عشرة آلاف شخص في الاتحاد السوفييتي السابق بالسَّرَطان، وألف شخص آخَر بنفس المرض في أجزاء متفرِّقة من أنحاء أوربا، إلا أنَّ هذه الدعوة بدأتْ بالتراجع خلالَ الآونة الأخيرة؛ بسبب قُرب نفاد المخزون العالمي من النفط والمتوقَّع له الاستمرار لمنتصف القرن الحادي والعشرين فحسبُ، وبسبب تفاقُم مشكلة الاحتباس الحراري الناتِجة عن الزيادة المفرِطة لثاني أكسيد الكربون كأحدِ نواتج استخدام الفحم والبترول لتوليد الطاقة الكهربائيَّة، ولهذا يسود الاعتقادُ الآن أنَّ فوائد الطاقة النووية تفوق بكثير أيَّة مشكلات قد تنتج عن إنتاجها.