عملية الانشطار النووي وكيفية الحصول عليه ماهي نواتج الانشطاروماهي مميزاته وعيوبه
تعريفه :
الانشطار النووي هي عملية انشطار نواة ذرة ما إلى قسمين أو أكثر ويتحول بهذه العملية مادة معينة إلى مواد أخرى وينتج عن عملية الأنشطار هذه نيوترونات وفوتونات عالية الطاقة(بالاخص اشعة جاما) ودقائق نووية مثل جسيمات ألفا وأشعة بيتا. يؤدي انشطار العناصر الثقيلة إلى تولد كميات ضخمة من الطاقة الحرارية والإشعاعية.
تستعمل عملية الانشطار النووي في إنتاج الطاقة الكهربائية في المفاعلات النووية كما تستعمل لإنتاج الأسلحة النووية. ومن الموادالنووية الانشطارية الهامة والتي تستخدم كثيرا في المفاعلات الذرية مادتي اليورانيوم-235 وبلوتونيوم-239. والتي هي عماد الوقود النووي. وفي الوقود النووي يتم ما يسمى بالتفاعل المتسلسل حيث يصتدم نيوترونا مع نواة ذرة اليورانيوم-235 فتنقسم إلى قسمين ويصاحب هذا الانقسام انطلاق عددا من النيوترونات يقدر ب 2و5 نيوترونا في المتوسط. ويمكن لتلك النيوترونات الناتجة أن تصتدم بأنوية أخرى من اليورانيوم-235 وتتفاعل معها وتعمل على انشطارها. بذلك يزيد معدل التفاعل زيادة تسلسلي قد يؤدي إلى الانفجار إذا لم ننجح في ترويضه والتحكم فيه.
وفي المفاعلات النووية التي تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية يُستعمل
اليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239 بنسبة 5و3 % في مخلوط
أكسيد اليورانيوم لإنتاج الطاقة. ويحتاج مفاعل نووي كبير يعمل بقدرة
1000 ميجاوات إلى نحو 100 طن من أكسيد اليورانيوم تكفيه لمدة
ثلاثة سنوات. إلا أن الطريقة الاقتصادية لتشغيل المفاعل النووي تتطلب
إيقاف تشعيل المفاعل كل سنة لمدة عدة أسابيع، تجري خلالها أستبدال
ثلث كمية الوقود النووي المستهلك بوقود جديد، وكذلك لإجراء
أعمال الصيانة والتفتيش عن أي خلل قد يحدث ومعالجة الخلل.
كيفية الحصول عليه :
تفاصيل تفاعل الانشطار النووي
تفاعل الانشطار النووي لليورانيوم-235 بواسطة النيوترون.
يختلف الانشطار النووي عن عملية التحلل الإشعاعي من ناحية انه يمكن السيطرة على عملية الأنشطار النووي خارجيا. تقوم النيوترونات الحرة الناتجة من كل عملية انشطار وهي في المتوسط 5و2 نيوترونا، بالتفاعل مع اليورانيوم أو البلوتونيوم وتتسبب في انشطارها. وهذا بالتالى يؤدي إلى تحرير نيوترونات أخرى. وتستمر هذه السلسلة من التفاعلات التي تسمى تفاعل متسلسل.
يطلق على نظائر عناصر كيميائية لها القدرة على تحمل هذه السلسلة الطويلة من الأنشطارات النووية اسم الوقود النووي. من أكثر أنواع الوقود النووي استعمالا هي اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235 (يورانيوم-235) وبلوتونيوم ذوكتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239)، هذين العنصرين ينشطران بصورة بطيئة جدا تحت الظروف الطبيعية التي تسمى ب الانشطار التلقائي وتاخذ هذة العملية التلقائية ما يقارب 550 مليون سنة عمر النصف لليورانيوم. أما في المفاعل النووي فتجمع كمية من الوقود النووي فوق الكتلة الحرجة ويجري التحكم فيها بواسطة قضبان تتخللها منالكادميوم الماصة للنيوترونات. بذلك يمكن المحافظة على معدل سير التفاعل لإنتاج الطاقة ومنعه من الانفلات وأحداث الدمار.
نواتج الانشطار
ينتج عن انشطار نواة اليورانيوم نواتين صغيرتين في أغلب التفاعلات ، كما من الممكن أن ينتج عن الانشطار أكثر من نواتين . وقد تكون "أنصاف" نواة اليورانيوم الناتجة زوجا من نوكليدات مختلفة . وغالبا ما تنتج نواة لها كتلة ذرية خفيفة نسبيا (نحو 90 ) مصحوبة بنواة ثقيلة ( كتلة ذرية 140) . ولذلك يبين منحنى توزيع الأنوية الناتجة عن الانشطار قمتين (توزيع كتلة الأنوية الناتجة ) .ويبقى مجموع البروتونات والنيوترونات قبل التفاعل وبعده ثابتا. وعل سبيل المثال نذكر هنا حالتين ممكنتان للانشطار النووي للبلوتونيوم-239 بواسطة امتصاصه لأحد النيوترونات :
توزيع الأنوية الناتجة عن الانشطار بحسب كتلهم الذرية A
نواتج الانشطار تكون أنوية ذرية متوسطة الكتلة ، وفي نفس الوقت غنية بالنيوترونات . وهي لذلك عناصر غير مستقرة ويصدرون في العادة نيوترونات زائدة عن مقدرتهم الاحتفاظ بها خلال عدة ثوان من بعد تكونهم ، وتكون لهم أهمية في ضبط معدل التفاعل الجاري في مفاعل نووي . وتتحلل بعض تلك الأنوية الناتجة عن الانشطار عن طريق تحلل بيتا إلى عناصر أخرى. و تحلل بيتا لا يغير من الكتلة الذرية وينتهي تحلل بيتا المتتابع عند نواة مستقرة ، وقد تستغرق تحللات بيتا الأخيرة قرب الوصول إلى العنظر المستقر أعمار النصف طويلة على مدي مئات السنين أو آلاف السنين .
ينتج عن كل عملية انشطار قدر هائل من الطاقة يبلغ نحو 200 مليون إلكترون فولت تظهر في صورة حرارة وإشعاع ،و يمكن استغلال الحرارة لتوليد بخار ماء ، ومن بخار الماء توليد كهرباء وهذا ما يجري في مفاعل نووي
مميزاته وعيوبه :
العلماء ينظرون إلى الطاقة النووية كمصدر حقيقي لا ينضب للطاقة. ومما يثير المعارضة حول مستقبل الطاقة النووية هو التكاليف العالية لبناء المفاعلات، ومخاوف العامة المتعلقة بالسلامة، وصعوبة التخلص الآمن من المخلفات عالية الإشعاع. بالنسبة إلى التكلفة فهي عالية نسبيا من حيث بناء المفاعل ولكن تلك التكاليف تعوض بمرور الوقت حيث أن الوقود النووي رخيص نسبيا. وأما بالنسبة إلى المخاوف المذكورة فهي تُستغل من الأحزاب السياسية في الانتخابات بين مؤيدين ومعارضين بغرض الحصول على مقاعد كثيرة في البرلمانات. وقد تقدمت الصناعات النووية كثيرا بحيث أن لديها الاستعدادات لحل مسائل سلامة تشغيل المفاعلات والتخلص السليم من النفايات المشعة.
يتسبب الاشعاع النووي عند الجرعات الإشعاعية الكبيرة في تشوهات وإعاقات تصعب معالجتها وقد يصل تأثيرها إلى حد موت من يصاب بها. ويؤثر الإشعاع النووي مباشرة على مكونات الخلايا الحية نتيجة تفاعلات لا علاقة لها بالتفاعلات الطبيعية في الخلية. وحجم الجرعة المؤثرة يختلف حسب نوعية الكائن الحي فهناك حشرات تموت عندما تمتص أجسامها طاقة نووية تصل فقط 20 جراي (وحدة)ْ (1 جراي == جول لكل كيلو جرام من الجسم المعرض للإشعاع النووي Gray == J/kg)، وحشرات لا تموت إلا عندما تصل الجرعة إلى حوالي 3000 جرَأيْ (ضعف الجرعة السابقة 150 مرة). تأثر الثدييات يبدأ عند جرعة لا تزيد عن 2 جْراي، والفيروسات تتحمل جرعة تصل 200 جراي أي ضعف الجرعة المؤثرة على الثدييات 100 مرة.
وكمية النفايات المشعة نتيجة الانشطار النووي بمحطات إنتاج الكهرباء بالمفاعلات النووية محدودة مقارنة بكمية النفايات بالمحطات الحرارية التي تعمل بالطاقة الأحفورية كالنفط أو الفحم. فالنفايات النووية تصل 3 ميليجرام لكل كيلو واط ساعة (3 mg/kWh) مقابل حوالي 700 جرام
ثاني أكسيد الكربون لكل كيلو واط ساعة بالمحطات الحرارية العادية لكن
هذه الكمية الصغيرة جدا من الإشعاع النووي قد تكون قاتلة أو قد تتسبب
في عاهات وتشوهات لا علاج لها. لهذا فإن جميع الدول التي تستخدم
الطاقة النووية لإنتاج الطاقة الكهربائية تعمل على التخلص من تلك النفايات
المشعة بدفنها في الطبقات الجيولوجية العميقة تحت سطح الأرض بعيدا
عن الناس، وقد تستمر فاعلية الإشعاعات لقرون بل لآلاف السنين حتي
يخمد هذا الإشعاع أو يصل إلى مستوى يعادل الإشعاع الطبيعي. لهذا
يحاول العلماء حاليا ً توليد الطاقة النووية عن طريق الاندماج النووي بدلا من
الانشطار النووي الذي تنشطر فيه ذرات اليورانيوم وتعطي بروتونات
ونيوترونات وجسيمات دقيقة، تـُحول حركتها إلى حرارة في ماء التبريد ومن
بخاره المرتفع الضغط تـُولد الطاقة الكهربائية. ومشكلة توليد الكهرباء من
المفاعلات النووية تتمثل في النفايات المشعة التي تسفر عن العملية. وهذه
النفايات ضارة بالبشر وهذا ما جعل العلماء يسعون للحصول علي الطاقة
عن طربق تقنبة الاندماج النووي التي تجري حاليا في الشمس والتي تسفر
عن نفايات مشعة قليلة.
تعريفه :
الانشطار النووي هي عملية انشطار نواة ذرة ما إلى قسمين أو أكثر ويتحول بهذه العملية مادة معينة إلى مواد أخرى وينتج عن عملية الأنشطار هذه نيوترونات وفوتونات عالية الطاقة(بالاخص اشعة جاما) ودقائق نووية مثل جسيمات ألفا وأشعة بيتا. يؤدي انشطار العناصر الثقيلة إلى تولد كميات ضخمة من الطاقة الحرارية والإشعاعية.
تستعمل عملية الانشطار النووي في إنتاج الطاقة الكهربائية في المفاعلات النووية كما تستعمل لإنتاج الأسلحة النووية. ومن الموادالنووية الانشطارية الهامة والتي تستخدم كثيرا في المفاعلات الذرية مادتي اليورانيوم-235 وبلوتونيوم-239. والتي هي عماد الوقود النووي. وفي الوقود النووي يتم ما يسمى بالتفاعل المتسلسل حيث يصتدم نيوترونا مع نواة ذرة اليورانيوم-235 فتنقسم إلى قسمين ويصاحب هذا الانقسام انطلاق عددا من النيوترونات يقدر ب 2و5 نيوترونا في المتوسط. ويمكن لتلك النيوترونات الناتجة أن تصتدم بأنوية أخرى من اليورانيوم-235 وتتفاعل معها وتعمل على انشطارها. بذلك يزيد معدل التفاعل زيادة تسلسلي قد يؤدي إلى الانفجار إذا لم ننجح في ترويضه والتحكم فيه.
وفي المفاعلات النووية التي تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية يُستعمل
اليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239 بنسبة 5و3 % في مخلوط
أكسيد اليورانيوم لإنتاج الطاقة. ويحتاج مفاعل نووي كبير يعمل بقدرة
1000 ميجاوات إلى نحو 100 طن من أكسيد اليورانيوم تكفيه لمدة
ثلاثة سنوات. إلا أن الطريقة الاقتصادية لتشغيل المفاعل النووي تتطلب
إيقاف تشعيل المفاعل كل سنة لمدة عدة أسابيع، تجري خلالها أستبدال
ثلث كمية الوقود النووي المستهلك بوقود جديد، وكذلك لإجراء
أعمال الصيانة والتفتيش عن أي خلل قد يحدث ومعالجة الخلل.
كيفية الحصول عليه :
تفاصيل تفاعل الانشطار النووي
تفاعل الانشطار النووي لليورانيوم-235 بواسطة النيوترون.
يختلف الانشطار النووي عن عملية التحلل الإشعاعي من ناحية انه يمكن السيطرة على عملية الأنشطار النووي خارجيا. تقوم النيوترونات الحرة الناتجة من كل عملية انشطار وهي في المتوسط 5و2 نيوترونا، بالتفاعل مع اليورانيوم أو البلوتونيوم وتتسبب في انشطارها. وهذا بالتالى يؤدي إلى تحرير نيوترونات أخرى. وتستمر هذه السلسلة من التفاعلات التي تسمى تفاعل متسلسل.
يطلق على نظائر عناصر كيميائية لها القدرة على تحمل هذه السلسلة الطويلة من الأنشطارات النووية اسم الوقود النووي. من أكثر أنواع الوقود النووي استعمالا هي اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235 (يورانيوم-235) وبلوتونيوم ذوكتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239)، هذين العنصرين ينشطران بصورة بطيئة جدا تحت الظروف الطبيعية التي تسمى ب الانشطار التلقائي وتاخذ هذة العملية التلقائية ما يقارب 550 مليون سنة عمر النصف لليورانيوم. أما في المفاعل النووي فتجمع كمية من الوقود النووي فوق الكتلة الحرجة ويجري التحكم فيها بواسطة قضبان تتخللها منالكادميوم الماصة للنيوترونات. بذلك يمكن المحافظة على معدل سير التفاعل لإنتاج الطاقة ومنعه من الانفلات وأحداث الدمار.
نواتج الانشطار
ينتج عن انشطار نواة اليورانيوم نواتين صغيرتين في أغلب التفاعلات ، كما من الممكن أن ينتج عن الانشطار أكثر من نواتين . وقد تكون "أنصاف" نواة اليورانيوم الناتجة زوجا من نوكليدات مختلفة . وغالبا ما تنتج نواة لها كتلة ذرية خفيفة نسبيا (نحو 90 ) مصحوبة بنواة ثقيلة ( كتلة ذرية 140) . ولذلك يبين منحنى توزيع الأنوية الناتجة عن الانشطار قمتين (توزيع كتلة الأنوية الناتجة ) .ويبقى مجموع البروتونات والنيوترونات قبل التفاعل وبعده ثابتا. وعل سبيل المثال نذكر هنا حالتين ممكنتان للانشطار النووي للبلوتونيوم-239 بواسطة امتصاصه لأحد النيوترونات :
توزيع الأنوية الناتجة عن الانشطار بحسب كتلهم الذرية A
نواتج الانشطار تكون أنوية ذرية متوسطة الكتلة ، وفي نفس الوقت غنية بالنيوترونات . وهي لذلك عناصر غير مستقرة ويصدرون في العادة نيوترونات زائدة عن مقدرتهم الاحتفاظ بها خلال عدة ثوان من بعد تكونهم ، وتكون لهم أهمية في ضبط معدل التفاعل الجاري في مفاعل نووي . وتتحلل بعض تلك الأنوية الناتجة عن الانشطار عن طريق تحلل بيتا إلى عناصر أخرى. و تحلل بيتا لا يغير من الكتلة الذرية وينتهي تحلل بيتا المتتابع عند نواة مستقرة ، وقد تستغرق تحللات بيتا الأخيرة قرب الوصول إلى العنظر المستقر أعمار النصف طويلة على مدي مئات السنين أو آلاف السنين .
ينتج عن كل عملية انشطار قدر هائل من الطاقة يبلغ نحو 200 مليون إلكترون فولت تظهر في صورة حرارة وإشعاع ،و يمكن استغلال الحرارة لتوليد بخار ماء ، ومن بخار الماء توليد كهرباء وهذا ما يجري في مفاعل نووي
مميزاته وعيوبه :
العلماء ينظرون إلى الطاقة النووية كمصدر حقيقي لا ينضب للطاقة. ومما يثير المعارضة حول مستقبل الطاقة النووية هو التكاليف العالية لبناء المفاعلات، ومخاوف العامة المتعلقة بالسلامة، وصعوبة التخلص الآمن من المخلفات عالية الإشعاع. بالنسبة إلى التكلفة فهي عالية نسبيا من حيث بناء المفاعل ولكن تلك التكاليف تعوض بمرور الوقت حيث أن الوقود النووي رخيص نسبيا. وأما بالنسبة إلى المخاوف المذكورة فهي تُستغل من الأحزاب السياسية في الانتخابات بين مؤيدين ومعارضين بغرض الحصول على مقاعد كثيرة في البرلمانات. وقد تقدمت الصناعات النووية كثيرا بحيث أن لديها الاستعدادات لحل مسائل سلامة تشغيل المفاعلات والتخلص السليم من النفايات المشعة.
يتسبب الاشعاع النووي عند الجرعات الإشعاعية الكبيرة في تشوهات وإعاقات تصعب معالجتها وقد يصل تأثيرها إلى حد موت من يصاب بها. ويؤثر الإشعاع النووي مباشرة على مكونات الخلايا الحية نتيجة تفاعلات لا علاقة لها بالتفاعلات الطبيعية في الخلية. وحجم الجرعة المؤثرة يختلف حسب نوعية الكائن الحي فهناك حشرات تموت عندما تمتص أجسامها طاقة نووية تصل فقط 20 جراي (وحدة)ْ (1 جراي == جول لكل كيلو جرام من الجسم المعرض للإشعاع النووي Gray == J/kg)، وحشرات لا تموت إلا عندما تصل الجرعة إلى حوالي 3000 جرَأيْ (ضعف الجرعة السابقة 150 مرة). تأثر الثدييات يبدأ عند جرعة لا تزيد عن 2 جْراي، والفيروسات تتحمل جرعة تصل 200 جراي أي ضعف الجرعة المؤثرة على الثدييات 100 مرة.
وكمية النفايات المشعة نتيجة الانشطار النووي بمحطات إنتاج الكهرباء بالمفاعلات النووية محدودة مقارنة بكمية النفايات بالمحطات الحرارية التي تعمل بالطاقة الأحفورية كالنفط أو الفحم. فالنفايات النووية تصل 3 ميليجرام لكل كيلو واط ساعة (3 mg/kWh) مقابل حوالي 700 جرام
ثاني أكسيد الكربون لكل كيلو واط ساعة بالمحطات الحرارية العادية لكن
هذه الكمية الصغيرة جدا من الإشعاع النووي قد تكون قاتلة أو قد تتسبب
في عاهات وتشوهات لا علاج لها. لهذا فإن جميع الدول التي تستخدم
الطاقة النووية لإنتاج الطاقة الكهربائية تعمل على التخلص من تلك النفايات
المشعة بدفنها في الطبقات الجيولوجية العميقة تحت سطح الأرض بعيدا
عن الناس، وقد تستمر فاعلية الإشعاعات لقرون بل لآلاف السنين حتي
يخمد هذا الإشعاع أو يصل إلى مستوى يعادل الإشعاع الطبيعي. لهذا
يحاول العلماء حاليا ً توليد الطاقة النووية عن طريق الاندماج النووي بدلا من
الانشطار النووي الذي تنشطر فيه ذرات اليورانيوم وتعطي بروتونات
ونيوترونات وجسيمات دقيقة، تـُحول حركتها إلى حرارة في ماء التبريد ومن
بخاره المرتفع الضغط تـُولد الطاقة الكهربائية. ومشكلة توليد الكهرباء من
المفاعلات النووية تتمثل في النفايات المشعة التي تسفر عن العملية. وهذه
النفايات ضارة بالبشر وهذا ما جعل العلماء يسعون للحصول علي الطاقة
عن طربق تقنبة الاندماج النووي التي تجري حاليا في الشمس والتي تسفر
عن نفايات مشعة قليلة.
ليست هناك تعليقات:
اكتـب تـــــعليقا لبـرامج الانبــــار
بسم الله الرَّحْمَنِ الرَّحِيمِ
(( مَا يَلْفِظُ مِنْ قَوْلٍ إِلَّا لَدَيْهِ رَقِيبٌ عَتِيدٌ))
صدق اللَّهُ العظيم
ملاحظة:آرائكم تسعدنا, لمتابعة التعليق حتى نرد عليك فقط ضع إشارة على إعلامي