فيزياء

الطاقة النووية


من بين الأشكال الرئيسية لإنتاج الكهرباء في العالم ، تمثل الطاقة النووية حوالي 16 ٪ من هذه الكهرباء. ومع ذلك ، هناك بعض البلدان التي تعتمد بشكل أكبر على الطاقة النووية: بينما في البرازيل ، على سبيل المثال ، يتم إنتاج 3 ٪ فقط من الكهرباء المستخدمة من قبل المنشآت النووية ، في فرنسا يتم توليد 78 ٪ من الكهرباء من قبلهم (بيانات 2008).

يوجد في الولايات المتحدة أكثر من 100 محطة طاقة نووية ، رغم أن بعض الدول تستخدم هذا النوع من الطاقة أكثر من غيرها. بينما لدينا في البرازيل اثنان فقط في العملية: Angra 1 و Angra 2 ، مع تثبيت ثالث (Angra 3) ، وجميع مكونات محطة الميرانتي ألفارو ألبرتو للطاقة النووية.

السؤال الرئيسي هو: كيف تعمل المنشآت النووية?

بالنسبة للمبتدئين ، من المهم تحديد ماهية الطاقة النووية. إنها الطاقة المنبعثة في تحول النوى الذرية. ما يحدث بشكل أساسي هو تحويل النواة الذرية إلى عدة نوى أخف ، أو نظائر لنفس العنصر.

ال الانشطار النوويتعتبر التفاعلات التي تقسم نواة أثقل إلى نوى أصغر وأخف وزناً بعد تصادم النيوترونات في النواة الأولية هي أساس إنتاج الطاقة في محطات الطاقة النووية.

بما أن اليورانيوم عنصر متاح على نطاق واسع على الأرض ، فهو المورد الرئيسي المستخدم في التفاعلات النووية لهذه النباتات. اليورانيوم 238 (U-238) ، على سبيل المثال ، الذي يبلغ نصف عمره 4.5 مليار سنة ، يشكل 99 ٪ من يورانيوم الكوكب ؛ يشكّل اليورانيوم 235 (U-235) 0.7٪ فقط من المتبقي من اليورانيوم واليورانيوم 234 (U-234) ، حتى الأكثر ندرة ، يتكون من تحلل U-238.

على الرغم من أنها أقل وفرة ، فإن U-235 لديها خاصية مثيرة للاهتمام تجعلها مفيدة لإنتاج الطاقة وإنتاج القنبلة النووية: إنها تتحلل بشكل طبيعي ، مثل U-238 ، بسبب إشعاع ألفا وأيضًا تشققات تلقائية في مجموعة صغيرة الفاصل الزمني. ومع ذلك ، فإن U-235 هو عنصر يمكن أن يعاني الانشطار المستحثمما يعني أنه إذا عبر نيوترون حر نواه ، فسيتم امتصاصه على الفور ، وسيصبح غير مستقر وقسم.

تأمل ، إذن ، نيوترون يقترب من نواة U-235. عند الاستيلاء على النيوترون ، تنقسم النواة إلى ذرتين أخف وزنا وتلقي بروتين إلى ثلاثة نيوترونات - وهذا العدد يعتمد على كيفية انقسام اليورانيوم. تنبعث الذرتان المشكَّلتان حديثًا من إشعاعات غاما وفقًا لمدى توافقهما مع حالتيهما الجديدتين.

إن احتمال الانشطار المستحث الذي يحدث على ذرة U-235 مرتفع للغاية: في مفاعل يعمل بشكل صحيح ، يتسبب كل نيوترون يتم إخراجه في انشطار جديد. بالإضافة إلى ذلك ، يحدث التقاط النيترونات وتقسيم النواة اللاحقة بسرعة كبيرة على فترات من 10-12الصورة. ناهيك عن أن نواة واحدة ، عن طريق الانقسام ، تطلق كمية هائلة من الطاقة ، سواء في شكل إشعاع حراري أو جاما. يخضع إنتاج الطاقة لمعادلة معروفة. E = مولودية2، بسبب اختلاف الكتلة بين المنتجات الانشطارية والذرة الأصلية.

لكي تحتوي عينة اليورانيوم على الخصائص المذكورة أعلاه ، يجب تخصيبها بحيث تحتوي على 2٪ إلى 3٪ أكثر من U-235. التخصيب بنسبة 3٪ يكفي للاستخدام في مفاعل نووي يعمل في إنتاج الطاقة.

فيديو: الطاقة النووية بشكل مبسط (سبتمبر 2020).