استخدام الطاقة النووية لإنتاج الكهرباء. حول الطاقة النووية. تطبيقات الطاقة النووية

وفقا لمستوى التطورات العلمية والتقنية الطاقة النووية الروسيةهي واحدة من الأفضل في العالم. تتمتع الشركات بفرص هائلة لحل المشكلات اليومية أو واسعة النطاق. ويتوقع الخبراء مستقبلاً واعداً في هذا المجال، حيث يمتلك الاتحاد الروسي احتياطيات كبيرة من الخامات المخصصة لإنتاج الطاقة.

تاريخ موجز لتطور الطاقة النووية في روسيا

يعود تاريخ الصناعة النووية إلى زمن الاتحاد السوفييتي، عندما كان من المخطط تنفيذ أحد مشاريع المؤلف لإنتاج متفجرات من مادة اليورانيوم. في صيف عام 1945، تم اختبار الأسلحة الذرية بنجاح في الولايات المتحدة، وفي عام 1949، تم استخدامها لأول مرة في موقع اختبار سيميبالاتينسك. قنبلة نوويةآر دي إس-1. إضافي تطوير الطاقة النووية في روسياكان على النحو التالي:

لقد عملت فرق البحث والإنتاج لسنوات عديدة على تحقيق مستوى عالٍ في الأسلحة الذرية، ولن تتوقف عند هذا الحد. ستتعرف لاحقًا على الآفاق المستقبلية في هذا المجال حتى عام 2035.

تشغيل محطات الطاقة النووية في روسيا: وصف موجز

حاليا هناك 10 محطات للطاقة النووية العاملة. سيتم مناقشة ميزات كل منهم أدناه.

• رقم 1 ورقم 2 بمفاعل AMB؛
• رقم 3 بمفاعل BN-600.

تنتج ما يصل إلى 10٪ من الحجم الإجمالي الطاقة الكهربائية. حاليًا، العديد من الأنظمة في سفيردلوفسك في وضع الحفظ طويل المدى، ولا تعمل سوى وحدة الطاقة BN-600. يقعBeloyarsk NPP في زاريتشني.

1. محطة بيليبينو للطاقة النووية هي المصدر الوحيد الذي يزود مدينة بيلبينو بالحرارة وتبلغ طاقتها 48 ميجاوات. تولد المحطة حوالي 80% من الطاقة وتلبي كافة متطلبات تركيب المعدات:

• أقصى قدر من سهولة التشغيل.
• زيادة الموثوقية التشغيلية؛
• الحماية من الأضرار الميكانيكية.
• الحد الأدنى من أعمال التثبيت.

يتمتع النظام بميزة مهمة: إذا انقطع تشغيل الوحدة بشكل غير متوقع، فلن تتضرر. تقع المحطة في تشوكوتكا أوكروغ المتمتعة بالحكم الذاتيعند 4.5 المسافة إلى أنادير 610 كم.

ما هو وضع الطاقة النووية اليوم؟

يوجد اليوم أكثر من 200 شركة يعمل متخصصوها بلا كلل لتحقيق الكمال صناعة الطاقة النووية في روسيا. ولذلك، فإننا نتقدم بثقة في هذا الاتجاه: فنحن نعمل على تطوير نماذج مفاعلات جديدة وتوسيع الإنتاج تدريجيًا. ووفقا لأعضاء الرابطة النووية العالمية، فإن قوة روسيا تكمن في تطوير تقنيات الخلايا العصبية السريعة.

وتحظى التقنيات الروسية، التي طورت شركة روساتوم الكثير منها، بتقدير كبير في الخارج بسبب تكلفتها المنخفضة نسبيًا وسلامتها. وبالتالي، لدينا إمكانات عالية جدًا في الصناعة النووية.

يقدم الاتحاد الروسي العديد من الخدمات المتعلقة بالأنشطة المعنية لشركائه الأجانب. وتشمل هذه:

• بناء وحدات الطاقة النووية مع مراعاة قواعد السلامة؛
• إمدادات الوقود النووي.
• إخراج الأشياء المستخدمة.
• تدريب الموظفين الدوليين؛
• المساعدة التنموية الأعمال العلميةوالطب النووي.

روسيا تبني عدد كبيروحدات الطاقة في الخارج. وكانت مشاريع مثل بوشهر أو كودانكولام، التي تم إنشاؤها لمحطات الطاقة النووية الإيرانية والهندية، ناجحة. لقد مكنت من إنشاء مصادر طاقة نظيفة وآمنة وفعالة.

ما هي المشاكل المتعلقة بالصناعة النووية التي نشأت في روسيا؟

في عام 2011، في Leningrad NPP-2 قيد الإنشاء، حدث انهيار الهياكل المعدنية (وزنها حوالي 1200 طن). خلال اللجنة الإشرافية تم اكتشاف توريد تجهيزات غير معتمدة، وبالتالي تم اتخاذ الإجراءات التالية:

• فرض غرامة مالية على شركة JSC GMZ-Khimmash بمبلغ 30 ألف روبل؛
• إجراء الحسابات وتنفيذ الأعمال التي تهدف إلى تعزيز التعزيز.

وفقًا لروستشنادزور، السبب الرئيسيالانتهاك هو عدم كفاية مستوى مؤهلات المتخصصين في GMZ-Khimmash. أدى ضعف المعرفة بمتطلبات اللوائح الفيدرالية وتقنيات التصنيع لمثل هذه المعدات ووثائق التصميم إلى حقيقة أن الكثيرين منظمات مماثلةفقدت تراخيصهم.

وفي محطة كالينين للطاقة النووية، ارتفع مستوى الطاقة الحرارية للمفاعلات. مثل هذا الحدث غير مرغوب فيه للغاية، حيث أن هناك احتمال وقوع حادث له عواقب إشعاعية خطيرة.

بحث طويل المدى تم إجراؤه في دول أجنبيةوأظهر أن القرب من محطات الطاقة النووية يؤدي إلى زيادة الإصابة بسرطان الدم. لهذا السبب، كان هناك العديد من حالات الرفض في روسيا لمشاريع فعالة ولكنها خطيرة للغاية.

آفاق محطات الطاقة النووية في روسيا

إن التوقعات بشأن الاستخدام المستقبلي للطاقة النووية متناقضة وغامضة. ويتفق معظمهم على أنه بحلول منتصف القرن الحادي والعشرين ستزداد الحاجة بسبب الزيادة الحتمية في عدد السكان.

أعلنت وزارة الطاقة في الاتحاد الروسي عن استراتيجية الطاقة في روسيا للفترة حتى عام 2035 (المعلومات الواردة في عام 2014). الهدف الاستراتيجيالطاقة النووية تشمل:

مع الأخذ في الاعتبار الاستراتيجية المعمول بها، من المخطط حل المهام التالية في المستقبل:

• تحسين مخطط إنتاج وتداول والتخلص من الوقود والمواد الخام؛
• يطور البرامج المستهدفةوضمان التجديد والاستدامة وزيادة كفاءة قاعدة الوقود الحالية؛
• تنفيذ المشاريع الأكثر فعالية بمستوى عال من السلامة والموثوقية؛
• زيادة صادرات التكنولوجيات النووية.

إن دعم الدولة للإنتاج الضخم لوحدات الطاقة النووية هو الأساس للترويج الناجح للسلع في الخارج وسمعة روسيا العالية في الداخل السوق الدولية.

ما الذي يعيق تطوير الطاقة النووية في روسيا؟

يواجه تطوير الطاقة النووية في الاتحاد الروسي بعض الصعوبات. فيما يلي أهمها:

في روسيا، تعتبر الطاقة النووية واحدة من القطاعات الهامة للاقتصاد. التنفيذ الناجحومن الممكن أن تساعد المشاريع التي يتم تطويرها في تطوير صناعات أخرى، لكن هذا يتطلب الكثير من الجهد.

على مدى الخمسين سنة القادمة، سوف تستهلك البشرية طاقة أكثر مما استهلكت في التاريخ السابق. لم تتحقق التوقعات السابقة بشأن معدل نمو استهلاك الطاقة وتطوير تقنيات الطاقة الجديدة: فمستوى الاستهلاك ينمو بشكل أسرع بكثير، ولن تعمل مصادر الطاقة الجديدة على نطاق صناعي وبأسعار تنافسية حتى عام 2030. أصبحت مشكلة نقص موارد الطاقة الأحفورية حادة بشكل متزايد. كما أن إمكانيات بناء محطات جديدة للطاقة الكهرومائية محدودة للغاية.

ولا ينبغي لنا أن ننسى مكافحة "ظاهرة الاحتباس الحراري"، التي تفرض قيودا على احتراق النفط والغاز والفحم في محطات الطاقة الحرارية. الحل للمشكلة يمكن أن يكون التنمية النشطةالطاقة النووية، واحدة من أحدث الصناعات وأكثرها تطورًا ديناميكيًا الاقتصاد العالمي. لقد توصل عدد متزايد من البلدان اليوم إلى استنتاج مفاده الحاجة إلى البدء في تطوير الذرة السلمية.

ما هي مميزات الطاقة النووية؟

كثافة طاقة هائلة

عند احتراقه بالكامل، يطلق كيلوغرام واحد من اليورانيوم المستخدم في الوقود النووي طاقة تعادل حرق 100 طن من الفحم عالي الجودة.

إعادة الاستخدام

اليورانيوم 235 لا يحترق بشكل كامل في الوقود النووي ويمكن استخدامه مرة أخرى بعد تجديده. في المستقبل، من الممكن الانتقال الكامل إلى دورة الوقود المغلقة، مما يعني الغياب التاميضيع.

الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري

في كل عام، تتجنب محطات الطاقة النووية في أوروبا انبعاث 700 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون. تشغيل محطات الطاقة النووية في روسيا يمنع سنويا إطلاق 210 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

أولئك. في تلك الصناعية الدول المتقدمةحيث لا توجد موارد الطاقة الطبيعية كافية. وتنتج هذه الدول ما بين ربع ونصف احتياجاتها من الكهرباء من محطات الطاقة النووية. وتنتج الولايات المتحدة فقط ثمن احتياجاتها من الكهرباء من محطات الطاقة النووية، لكن هذا يمثل حوالي خمس الإنتاج العالمي.

ولا تزال الطاقة النووية موضع نقاش حاد. يختلف مؤيدو ومعارضو الطاقة النووية بشكل حاد في تقييمات سلامتها وموثوقيتها الكفاءة الاقتصادية. بالإضافة إلى ذلك، هناك اعتقاد واسع النطاق بأن الوقود النووي قد يتسرب من توليد الكهرباء ويستخدم في إنتاجه الأسلحة النووية.

دورة الوقود النووي.

الطاقة النووية صناعة معقدة تتضمن العديد من العمليات الصناعية التي تشكل معًا دورة الوقود. هناك أنواع مختلفةدورات الوقود، اعتمادًا على نوع المفاعل وكيفية سير المرحلة النهائية من الدورة.

عادة تتكون دورة الوقود من العمليات التالية. يتم استخراج خام اليورانيوم في المناجم. ويتم سحق الخام لفصل ثاني أكسيد اليورانيوم، ويتم التخلص من النفايات المشعة. ويتم تحويل أكسيد اليورانيوم الناتج (الكعكة الصفراء) إلى سداسي فلوريد اليورانيوم، وهو مركب غازي. ولزيادة تركيز اليورانيوم-235، يتم تخصيب سداسي فلوريد اليورانيوم في محطات فصل النظائر. ثم يتم تحويل اليورانيوم المخصب مرة أخرى إلى ثاني أكسيد اليورانيوم الصلب، والذي يستخدم لصنع كريات الوقود. يتم جمع عناصر الوقود (عناصر الوقود) من الكريات، والتي يتم دمجها في مجموعات لإدخالها في قلب المفاعل النووي لمحطة الطاقة النووية. الوقود المستهلك الذي تمت إزالته من المفاعل مستوى عالالإشعاع وبعد التبريد على أراضي محطة توليد الكهرباء يتم إرسالها إلى منشأة تخزين خاصة. ومن المخطط أيضًا إزالة النفايات من مستوى منخفضالإشعاع المتراكم أثناء تشغيل وصيانة المحطة. وفي نهاية عمر الخدمة، يجب إخراج المفاعل نفسه من الخدمة (مع إزالة التلوث والتخلص من مكونات المفاعل). يتم تنظيم كل مرحلة من مراحل دورة الوقود لضمان سلامة الأشخاص وحماية البيئة.

المفاعلات النووية.

تم تطوير المفاعلات النووية الصناعية في البداية فقط في البلدان التي تمتلك أسلحة نووية. استكشفت الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي وبريطانيا العظمى وفرنسا بنشاط خيارات مختلفةالمفاعلات النووية. ومع ذلك، في وقت لاحق، هيمنت ثلاثة أنواع رئيسية من المفاعلات على صناعة الطاقة النووية، وتختلف بشكل رئيسي في الوقود، والمبرد المستخدم للحفاظ على درجة الحرارة الأساسية المطلوبة، والوسيط المستخدم لتقليل سرعة النيوترونات المنبعثة أثناء عملية الاضمحلال والضرورية. للحفاظ على التفاعل المتسلسل.

من بينها، النوع الأول (والأكثر شيوعًا) هو مفاعل اليورانيوم المخصب، حيث يكون الماء العادي أو "الخفيف" هو المبرد والمهدئ (مفاعل الماء الخفيف). هناك نوعان رئيسيان من مفاعل الماء الخفيف: مفاعل يتم فيه توليد البخار الذي يقوم بتدوير التوربينات مباشرة في القلب (مفاعل الماء المغلي)، ومفاعل يتم فيه توليد البخار في دائرة خارجية أو ثانية متصلة إلى الدائرة الأولية بواسطة المبادلات الحرارية ومولدات البخار (مفاعل الطاقة المائية - VVER). بدأ تطوير مفاعل الماء الخفيف في إطار برامج القوات المسلحة الأمريكية. وهكذا، في الخمسينيات من القرن الماضي، طورت شركتا جنرال إلكتريك وويستينجهاوس مفاعلات الماء الخفيف للغواصات وحاملات الطائرات التابعة للبحرية الأمريكية. وشاركت هذه الشركات أيضًا في برامج عسكرية لتطوير تقنيات تجديد وتخصيب الوقود النووي. وفي نفس العقد، طور الاتحاد السوفييتي مفاعل الماء المغلي المهدئ بالجرافيت.

النوع الثاني من المفاعل الذي تم العثور عليه التطبيق العملي- مفاعل مبرد بالغاز (مع وسيط من الجرافيت). كان إنشائها أيضًا مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بـ البرامج المبكرةتطوير الأسلحة النووية. في أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات من القرن العشرين، سعت بريطانيا العظمى وفرنسا إلى إنشاء نظام خاص بهما. القنابل الذريةركزت على تطوير مفاعلات مبردة بالغاز تنتج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة بكفاءة عالية ويمكن أيضًا تشغيلها باليورانيوم الطبيعي.

النوع الثالث من المفاعلات الذي حقق نجاحًا تجاريًا هو المفاعل الذي يكون فيه كل من المبرد والمهدئ عبارة عن ماء ثقيل، ويكون الوقود أيضًا من اليورانيوم الطبيعي. في بداية العصر النووي، تم استكشاف الفوائد المحتملة لمفاعل الماء الثقيل في عدد من البلدان. ومع ذلك، تركز إنتاج مثل هذه المفاعلات في المقام الأول في كندا، ويرجع ذلك جزئيًا إلى احتياطياتها الهائلة من اليورانيوم.

تطوير الصناعة النووية.

منذ الحرب العالمية الثانية، تم استثمار عشرات المليارات من الدولارات في قطاع الكهرباء في جميع أنحاء العالم. وكانت طفرة البناء هذه مدفوعة بالطلب المتزايد بسرعة على الكهرباء، والذي فاق بكثير نمو السكان والدخل القومي. كان التركيز الرئيسي على محطات الطاقة الحرارية(TPP) التي تعمل بالفحم، وبدرجة أقل، النفط والغاز، بالإضافة إلى محطات الطاقة الكهرومائية. لم تكن هناك محطات للطاقة النووية من النوع الصناعي قبل عام 1969. وبحلول عام 1973، كانت جميع البلدان الصناعية تقريباً قد استنفدت موارد الطاقة الكهرومائية على نطاق واسع. إن ارتفاع أسعار الطاقة بعد عام 1973، والنمو السريع في الطلب على الكهرباء، والمخاوف المتزايدة بشأن فقدان استقلال الطاقة الوطني، كلها عوامل ساهمت في النظر إلى الطاقة النووية باعتبارها المصدر البديل الوحيد للطاقة في المستقبل المنظور. ولّد الحظر النفطي العربي في الفترة 1973-1974 موجة إضافية من الطلبات والتوقعات المتفائلة لتطوير الطاقة النووية.

لكن كل سنة لاحقة أجرت تعديلاتها الخاصة على هذه التوقعات. فمن ناحية، كان للطاقة النووية مؤيدوها في الحكومات وصناعة اليورانيوم ومختبرات الأبحاث وشركات الطاقة المؤثرة. ومن ناحية أخرى نشأت معارضة قوية وحدت الجماعات التي تدافع عن مصالح السكان ونظافة البيئة وحقوق المستهلك. وقد ركز النقاش، الذي لا يزال مستمرا حتى يومنا هذا، بشكل رئيسي على الآثار الضارة للمراحل المختلفة لدورة الوقود بيئةاحتمالية وقوع حوادث المفاعلات وأضرارها العواقب المحتملةتنظيم بناء وتشغيل المفاعلات وخيارات التخلص المقبولة النفايات النوويةواحتمال وقوع أعمال تخريبية وهجمات إرهابية على محطات الطاقة النووية، فضلا عن قضايا مضاعفة الجهود الوطنية والدولية في مجال منع انتشار الأسلحة النووية.

القضايا الأمنية.

لقد أوضحت كارثة تشيرنوبيل وغيرها من حوادث المفاعلات النووية في السبعينيات والثمانينيات، من بين أمور أخرى، أن مثل هذه الحوادث لا يمكن التنبؤ بها في كثير من الأحيان. على سبيل المثال، في تشيرنوبيل، تعرض مفاعل وحدة الطاقة الرابعة لأضرار جسيمة نتيجة لزيادة حادة في الطاقة حدثت أثناء إغلاقه المقرر. كان المفاعل موجودًا في هيكل خرساني ومجهز بنظام تبريد للطوارئ وأنظمة أمان حديثة أخرى. لكن لم يخطر ببال أحد أنه عند إيقاف تشغيل المفاعل يمكن أن تحدث قفزة حادة في الطاقة وينفجر غاز الهيدروجين المتكون في المفاعل بعد هذه القفزة الممزوج بالهواء بحيث يؤدي إلى تدمير مبنى المفاعل. ونتيجة للحادث، توفي أكثر من 30 شخصا، وتلقى أكثر من 200 ألف شخص في كييف والمناطق المجاورة جرعات كبيرة من الإشعاع، وتلوثت إمدادات المياه في كييف. وإلى الشمال من موقع الكارثة - مباشرة في مسار السحابة الإشعاعية - توجد مستنقعات بريبيات الشاسعة، والتي لها أهمية حيوية. مهملبيئة بيلاروسيا وأوكرانيا والجزء الغربي من روسيا.

وفي الولايات المتحدة، واجهت منشآت بناء وتشغيل المفاعلات النووية أيضًا العديد من مشكلات السلامة التي أدت إلى تباطؤ عملية البناء، وأجبرت العديد من التغييرات على معايير التصميم والتشغيل، وزيادة التكاليف وتكاليف الطاقة. ويبدو أن هناك مصدرين رئيسيين لهذه الصعوبات. أحدها هو نقص المعرفة والخبرة في قطاع الطاقة الجديد هذا. والسبب الآخر هو تطوير تكنولوجيا المفاعلات النووية، الأمر الذي يطرح مشاكل جديدة. ولكن تبقى أيضًا بعض الأشياء القديمة، مثل تآكل أنابيب مولد البخار وتشقق خطوط أنابيب مفاعل الماء المغلي. قضايا السلامة الأخرى، مثل الأضرار الناجمة عن تغييرات مفاجئةتدفق المبرد.

اقتصاديات الطاقة النووية.

إن الاستثمارات في الطاقة النووية، مثلها مثل الاستثمارات في المجالات الأخرى لإنتاج الكهرباء، لها ما يبررها اقتصاديا إذا تم استيفاء شرطين: ألا تزيد التكلفة لكل كيلووات/ساعة عن الأرخص. طريقة بديلةالإنتاج، ويكون الطلب المتوقع على الكهرباء مرتفعا بما يكفي لبيع الطاقة المنتجة بسعر أعلى من تكلفتها. في أوائل سبعينيات القرن العشرين، بدت التوقعات الاقتصادية العالمية مواتية للغاية للطاقة النووية، مع الارتفاع السريع في الطلب على الكهرباء وأسعار الوقود الرئيسي، الفحم والنفط. أما بالنسبة لتكلفة بناء محطة للطاقة النووية، فقد كان جميع الخبراء تقريبا مقتنعين بأنها ستكون مستقرة أو حتى ستبدأ في الانخفاض. ومع ذلك، في أوائل الثمانينيات، أصبح من الواضح أن هذه التقديرات كانت خاطئة: فقد توقف نمو الطلب على الكهرباء، ولم تعد أسعار الوقود الطبيعي ترتفع فحسب، بل بدأت في الانخفاض، وأصبح بناء محطات الطاقة النووية أكثر أهمية بكثير. باهظة الثمن مما كان متوقعا في التوقعات الأكثر تشاؤما. ونتيجة لذلك، دخلت الطاقة النووية في كل مكان فترة من الصعوبات الاقتصادية الخطيرة، وكانت أكثر خطورة في البلد الذي نشأت فيه وتطورت بكثافة أكبر - في الولايات المتحدة.

إذا كنت تنفق التحليل المقارناقتصاديات الطاقة النووية في الولايات المتحدة، يصبح من الواضح لماذا فقدت هذه الصناعة قدرتها التنافسية. منذ أوائل السبعينيات، ارتفعت تكاليف محطات الطاقة النووية بشكل حاد. تتكون تكاليف محطة الطاقة الحرارية التقليدية من الاستثمارات الرأسمالية المباشرة وغير المباشرة وتكاليف الوقود وتكاليف التشغيل و صيانة. على مدى عمر خدمة محطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم، تتراوح تكاليف الوقود في المتوسط ​​بين 50% إلى 60% من إجمالي التكاليف. وفي حالة محطات الطاقة النووية، تهيمن الاستثمارات الرأسمالية، حيث تمثل حوالي 70% من إجمالي التكاليف. وتتجاوز التكاليف الرأسمالية للمفاعلات النووية الجديدة في المتوسط ​​بشكل كبير تكاليف الوقود لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم طوال فترة خدمتها بأكملها، مما ينفي ميزة توفير الوقود في حالة محطات الطاقة النووية.

آفاق الطاقة النووية.

ومن بين أولئك الذين يصرون على ضرورة مواصلة البحث عن سبل آمنة وفعالة من حيث التكلفة لتطوير الطاقة النووية، يمكن التمييز بين اتجاهين رئيسيين. ويعتقد أنصار الخيار الأول أن كافة الجهود لابد وأن تركز على إزالة انعدام الثقة العامة في سلامة التكنولوجيا النووية. وللقيام بذلك، من الضروري تطوير مفاعلات جديدة أكثر أمانًا من مفاعلات الماء الخفيف الموجودة. هناك نوعان من المفاعلات المثيرة للاهتمام هنا: المفاعل "الآمن للغاية من الناحية التكنولوجية" والمفاعل "النموذجي" عالي الحرارة والمبرد بالغاز.

تم تطوير نموذج أولي لمفاعل معياري مبرد بالغاز في ألمانيا، وكذلك في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان. على عكس مفاعل الماء الخفيف، فإن تصميم المفاعل النموذجي الذي يتم تبريده بالغاز يضمن سلامة تشغيله بشكل سلبي - بدون إجراءات مباشرة من المشغلين أو الكهرباء أو النظام الميكانيكيحماية. وتستخدم المفاعلات الآمنة للغاية من الناحية التكنولوجية أيضًا نظام حماية سلبي. ويبدو أن مثل هذا المفاعل، الذي طُرحت فكرته في السويد، لم يتجاوز مرحلة التصميم. لكنها تلقت دعما قويا في الولايات المتحدة بين أولئك الذين يرون مزايا محتملة مقارنة بالمفاعلات المعيارية المبردة بالغاز. لكن مستقبل كلا الخيارين غير مؤكد بسبب تكاليفهما غير المؤكدة، وصعوبات التنمية، والمستقبل المثير للجدل للطاقة النووية نفسها.

ويعتقد أنصار المدرسة الفكرية الأخرى أنه لم يتبق سوى القليل من الوقت لتطوير تكنولوجيات مفاعلات جديدة قبل أن تحتاج البلدان المتقدمة إلى محطات جديدة لتوليد الطاقة. ويرى هؤلاء أن الأولوية الأولى هي تحفيز الاستثمار في الطاقة النووية.

ولكن بالإضافة إلى هذين الاحتمالين لتطوير الطاقة النووية، ظهرت وجهة نظر مختلفة تماما. إنها تعلق آمالها على الاستخدام الكامل للطاقة الموردة وموارد الطاقة المتجددة ( الألواح الشمسيةالخ) وتوفير الطاقة. ووفقا لمؤيدي وجهة النظر هذه، إذا تحولت الدول المتقدمة إلى تطوير مصادر إضاءة أكثر اقتصادا، والأجهزة الكهربائية المنزلية، ومعدات التدفئة ومكيفات الهواء، فإن الكهرباء المحفوظة ستكون كافية للاستغناء عن جميع محطات الطاقة النووية الموجودة. ويظهر الانخفاض الكبير الملحوظ في استهلاك الكهرباء أن الكفاءة يمكن أن تكون عاملا مهما في الحد من الطلب على الكهرباء.

وبالتالي، فإن الطاقة النووية لم تجتاز بعد اختبارات الكفاءة والأمان والحسن النية العامة. ويعتمد مستقبلها الآن على مدى فعالية وموثوقية السيطرة على بناء وتشغيل محطات الطاقة النووية، فضلاً عن مدى النجاح في حل عدد من المشاكل الأخرى، مثل مشكلة التخلص من النفايات المشعة. ويعتمد مستقبل الطاقة النووية أيضاً على مدى جدوى منافسيها الأقوياء وتوسعهم - محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم، والتكنولوجيات الجديدة الموفرة للطاقة، وموارد الطاقة المتجددة.

تتركز طاقة التفاعل النووي في نواة الذرة. الذرة هي جسيم صغير يشكل كل المادة في الكون.

إن كمية الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي هائلة ويمكن استخدامها لتوليد الكهرباء، ولكن يجب أولاً إطلاقها من الذرة.

الحصول على الطاقة

يتم تسخير الطاقة الناتجة عن التفاعل النووي من خلال المعدات التي يمكنها التحكم في الانشطار الذري لإنتاج الكهرباء.

الوقود المستخدم في المفاعلات وإنتاج الطاقة هو في أغلب الأحيان كريات من عنصر اليورانيوم. في المفاعل النووي، تضطر ذرات اليورانيوم إلى الانهيار. عندما تنقسم الذرات، فإنها تطلق جسيمات صغيرة تسمى نواتج الانشطار. تعمل منتجات الانشطار على ذرات اليورانيوم الأخرى للفصل - ويبدأ التفاعل المتسلسل. الطاقة النووية المنطلقة من هذا التفاعل المتسلسل تولد الحرارة. الحرارة المنبعثة من المفاعل النووي تجعله ساخنًا جدًا، لذا يحتاج إلى التبريد.

عادةً ما يكون الماء هو أفضل سائل تبريد من الناحية التكنولوجية، لكن بعض المفاعلات النووية تستخدم معدنًا سائلًا أو أملاحًا منصهرة. المبرد الذي يتم تسخينه من القلب ينتج البخار. يعمل البخار على التوربين البخاري ويديره. يتم توصيل التوربين من خلال ناقل حركة ميكانيكي بمولد ينتج الكهرباء.
يتم التحكم في المفاعلات باستخدام قضبان التحكم التي يمكن ضبطها حسب كمية الحرارة المتولدة. تصنع قضبان التحكم من مادة مثل الكادميوم أو الهافنيوم أو البورون لامتصاص بعض المنتجات الناتجة عن الانشطار النووي. توجد القضبان أثناء التفاعل المتسلسل للتحكم في التفاعل. ستسمح إزالة القضبان للتفاعل المتسلسل بالتطور بشكل أكبر وتوليد المزيد من الكهرباء.

يتم توليد حوالي 15 بالمائة من الكهرباء في العالم بواسطة محطات الطاقة النووية.

تمتلك الولايات المتحدة أكثر من 100 مفاعل، على الرغم من أن الولايات المتحدة تولد معظم احتياجاتها من الكهرباء من الوقود الأحفوري والطاقة الكهرومائية.

يوجد في روسيا 33 وحدة طاقة في 10 محطات للطاقة النووية - أي 15% من رصيد الطاقة في البلاد.

وتستهلك ليتوانيا وفرنسا وسلوفاكيا معظم احتياجاتها من الكهرباء من محطات الطاقة النووية.

الوقود النووي المستخدم لتوليد الطاقة

اليورانيوم هو الوقود الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لإنتاج طاقة التفاعل النووي. وذلك لأن ذرات اليورانيوم تتفكك بسهولة نسبيًا. والنوع المحدد من اليورانيوم المنتج، والذي يسمى U-235، نادر. يشكل اليورانيوم 235 أقل من واحد بالمائة من اليورانيوم الموجود في العالم.

يتم استخراج اليورانيوم في أستراليا وكندا وكازاخستان وروسيا وأوزبكستان ويجب معالجته قبل استخدامه.

وبما أن الوقود النووي يمكن استخدامه لصنع الأسلحة، فإن الإنتاج يخضع لمعاهدة حظر الانتشار النووي لاستيراد اليورانيوم أو البلوتونيوم أو أي وقود نووي آخر. وتعزز المعاهدة الاستخدام السلمي للوقود، فضلا عن الحد من انتشار هذا النوع من الأسلحة.

ويستخدم المفاعل النموذجي حوالي 200 طن من اليورانيوم كل عام. وتسمح العمليات المعقدة بإعادة تخصيب أو إعادة معالجة بعض اليورانيوم والبلوتونيوم. وهذا يقلل من كمية التعدين والاستخراج والمعالجة.

الطاقة النووية والناس

تنتج الطاقة النووية الطاقة الكهربائية التي يمكن استخدامها لتشغيل المنازل والمدارس والشركات والمستشفيات.

تم بناء أول مفاعل لتوليد الكهرباء في ولاية أيداهو بالولايات المتحدة الأمريكية وبدأ تشغيله بشكل تجريبي في عام 1951.

في عام 1954، تم إنشاء أول محطة للطاقة النووية في أوبنينسك بروسيا، وهي مصممة لتوفير الطاقة للناس.

يتطلب بناء المفاعلات لاستخراج طاقة التفاعل النووي مستوى عالٍ من التكنولوجيا، ولا يمكن الحصول على اليورانيوم أو البلوتونيوم المطلوب إلا من خلال الدول التي وقعت على معاهدة حظر الانتشار النووي. لهذه الأسباب أغلب محطات الطاقة النوويةالموجودة في الدول المتقدمة في العالم.

تنتج محطات الطاقة النووية موارد متجددة وصديقة للبيئة. فهي لا تلوث الهواء أو تنتج انبعاثات غازات الدفيئة. يمكن بناؤها في المناطق الحضرية أو المناطق الريفيةولا تغير البيئة من حولهم بشكل جذري.

المواد المشعة من محطات توليد الطاقة

المواد المشعة في صالمفاعل آمن لأنه يتم تبريده هيكل منفصلويسمى برج التبريد. ويتحول البخار مرة أخرى إلى ماء ويمكن استخدامه مرة أخرى لإنتاج الكهرباء. يتم إعادة تدوير البخار الزائد ببساطة إلى الغلاف الجوي، حيث لا يكون ضارًا مثل الماء النقي.

ومع ذلك، فإن الطاقة الناتجة عن التفاعل النووي لها منتج ثانوي في شكل مادة مشعة. المواد المشعة هي عبارة عن مجموعة من النوى غير المستقرة. تفقد هذه النوى طاقتها ويمكن أن تؤثر على العديد من المواد المحيطة بها، بما في ذلك الكائنات الحية والبيئة. يمكن أن تكون المواد المشعة شديدة السمية، وتسبب المرض، وتزيد من خطر الإصابة بالسرطان، واضطرابات الدم، وتسوس العظام.

النفايات المشعة هي ما يتبقى من تشغيل المفاعل النووي.

تغطي النفايات المشعة الملابس الواقية التي يرتديها العمال والأدوات والأقمشة التي كانت على اتصال بالغبار المشع. النفايات المشعة طويلة الأمد. يمكن أن تظل المواد مثل الملابس والأدوات مشعة لآلاف السنين. تنظم الحكومة كيفية التخلص من هذه المواد بحيث لا تلوث أي شيء آخر.

الوقود والقضبان المستخدمة مشعة للغاية. ويجب تخزين كريات اليورانيوم المستخدمة في حاويات خاصة تشبه حمامات السباحة الكبيرة، وتقوم بعض المصانع بتخزين الوقود الذي تستخدمه في صهاريج تخزين جافة فوق الأرض.

لا يتلامس الماء الذي يبرد الوقود مع النشاط الإشعاعي وبالتالي فهو آمن.

هناك أيضًا أنواع معروفة لها مبدأ تشغيل مختلف قليلاً.

استخدام الطاقة النووية والسلامة الإشعاعية

ويشعر منتقدو استخدام طاقة التفاعل النووي بالقلق من أن مرافق تخزين النفايات المشعة سوف تتسرب أو تتشقق أو تنهار. ويمكن للمواد المشعة بعد ذلك تلويث التربة والمياه الجوفية بالقرب من الموقع. وهذا يمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية خطيرة للأشخاص والكائنات الحية في المنطقة. سيتعين على جميع الناس الإخلاء.

وهذا ما حدث في تشيرنوبيل بأوكرانيا عام 1986. أدى انفجار بخاري في إحدى محطات توليد الطاقة بالمفاعل النووي الرابع إلى تدميرها واندلع حريق فيها. وتشكلت سحابة من الجسيمات المشعة، التي سقطت على الأرض أو انجرفت مع الريح، ودخلت الجسيمات دورة الماء في الطبيعة على شكل أمطار. وسقطت معظم المخلفات الإشعاعية في بيلاروسيا.

حدثت العواقب البيئية لكارثة تشيرنوبيل على الفور. على بعد كيلومترات حول الموقع، جفت غابة الصنوبر، وأكسب اللون الأحمر لأشجار الصنوبر الميتة المنطقة لقب الغابة الحمراء. أصبحت الأسماك من نهر بريبيات القريب مشعة ولن يتمكن الناس من تناولها بعد الآن. كبير الماشيةوماتت الخيول. وتم إجلاء أكثر من 100 ألف شخص بعد الكارثة، لكن من الصعب تحديد عدد الضحايا البشريين من تشيرنوبيل.

وتظهر آثار التسمم الإشعاعي فقط بعد سنوات عديدة. بالنسبة لأمراض مثل السرطان، فمن الصعب تحديد المصدر.

مستقبل الطاقة النووية

تستخدم المفاعلات انشطار أو انقسام الذرات لإنتاج الطاقة.

يمكن أيضًا إنتاج طاقة التفاعل النووي عن طريق دمج الذرات أو ضمها معًا. في الإنتاج. فالشمس، على سبيل المثال، تخضع باستمرار للاندماج النووي لذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم. وبما أن الحياة على كوكبنا تعتمد على الشمس، فيمكننا القول أن الانشطار يحدث الحياة الممكنةعلى الأرض.

لا تمتلك محطات الطاقة النووية حتى الآن القدرة على إنتاج الطاقة بشكل آمن وموثوق من خلال الاندماج النووي (الاندماج)، لكن العلماء يستكشفون الاندماج النووي لأنه من المرجح أن تكون العملية آمنة وأكثر فعالية من حيث التكلفة كشكل بديل للطاقة.

إن طاقة التفاعل النووي هائلة ويجب أن يستخدمها الناس. التحدي الذي يواجه الحصول على هذه الطاقة هو تعدد التصميمات المتنافسة مع سوائل التبريد المختلفة، ودرجات حرارة وضغوط سوائل التشغيل، والمهدئات، وما إلى ذلك، بالإضافة إلى مجموعة من مخرجات الطاقة التصميمية. وبالتالي، فإن الخبرة التصنيعية والتشغيلية سوف تلعب دورا رئيسيا.

يظهر في الرسم البياني اعتماد طاقة الربط لكل نيوكليون على عدد النيوكليونات في النواة.

تسمى الطاقة اللازمة لتقسيم النواة إلى نيوكليونات فردية طاقة الربط. طاقة الربط لكل نيوكليون ليست هي نفسها بالنسبة للعناصر الكيميائية المختلفة وحتى نظائرها نفسها عنصر كيميائي. تختلف طاقة الارتباط المحددة للنوكليون في النواة، في المتوسط، من 1 ميجا فولت للنواة الخفيفة (الديوتيريوم) إلى 8.6 ميجا فولت للنواة متوسطة الوزن (A≈100). بالنسبة للنوى الثقيلة (A≈200)، تكون طاقة الارتباط النوعية للنواة أقل من النوى ذات الوزن المتوسط، بحوالي 1 ميغا إلكترون فولت، بحيث يكون تحولها إلى نوى متوسطة الوزن (التقسيم إلى جزأين) مصحوبًا بإطلاق من الطاقة بمقدار حوالي 1 ميغا إلكترون فولت لكل نيوكليون، أو حوالي 200 ميغا إلكترون فولت لكل نواة. إن تحويل النوى الخفيفة إلى نوى أثقل يعطي زيادة أكبر في الطاقة لكل نيوكليون. على سبيل المثال، التفاعل بين الديوتيريوم والتريتيوم

1 د²+ 1 ت³← 2 هو 4 + 0 ن 1

يرافقه إطلاق طاقة قدرها 17.6 ميغا إلكترون فولت، أي 3.5 ميغا إلكترون فولت لكل نيوكليون.

إطلاق الطاقة النووية

التفاعلات النووية الطاردة للحرارة التي تطلق الطاقة النووية معروفة.

عادة، يتم استخدام تفاعل الانشطار النووي المتسلسل لنواة اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم لإنتاج الطاقة النووية. تنشطر النواة عندما يصطدم بها نيوترون، وتنتج نيوترونات جديدة وشظايا انشطارية. تتمتع النيوترونات الانشطارية وشظايا الانشطار بطاقة حركية عالية. ونتيجة لاصطدام الشظايا مع ذرات أخرى، تتحول هذه الطاقة الحركية بسرعة إلى حرارة.

هناك طريقة أخرى لإطلاق الطاقة النووية وهي الاندماج النووي. في هذه الحالة، تتحد نواتان من العناصر الخفيفة في نواة واحدة ثقيلة. تحدث مثل هذه العمليات على الشمس.

العديد من النوى الذرية غير مستقرة. مع مرور الوقت، تتحول بعض هذه النوى تلقائيًا إلى نوى أخرى، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة. وتسمى هذه الظاهرة الاضمحلال الإشعاعي.

تطبيقات الطاقة النووية

يتم استخدام طاقة الاندماج في القنبلة الهيدروجينية.

ملحوظات

انظر أيضا

روابط

الاتفاقيات الدولية

• اتفاقية التبليغ المبكر عن وقوع حادث نووي (فيينا، 1986)
• اتفاقية الحماية المادية للمواد النووية (فيينا، 1979)
• اتفاقية فيينا بشأن المسؤولية المدنية عن الأضرار النووية
• الاتفاقية المشتركة بشأن أمان التصرف في الوقود المستهلك وأمان التصرف في النفايات المشعة

الأدب

• كلارفيلد، جيرالد هـ. وويليام م. ويجيك (1984). أمريكا النووية: الطاقة النووية العسكرية والمدنية في الولايات المتحدة 1940-1980، هاربر ورو.
• كوك، ستيفاني (2009). في أيدي مميتة: تاريخ تحذيري للعصر النووي، شركة بلاك
• كرافينز جوينيثالقدرة على إنقاذ العالم: الحقيقة حول الطاقة النووية. - نيويورك: كنوبف، 2007. - ISBN 0-307-26656-7
• إليوت، ديفيد (2007). النووية أم لا؟ هل للطاقة النووية مكان في مستقبل الطاقة المستدامة؟، بالجريف.
• فالك، جيم (1982). الانشطار العالمي: المعركة على الطاقة النووية، مطبعة جامعة أكسفورد.
• فيرغسون، تشارلز د.، (2007). الطاقة النووية: الموازنة بين الفوائد والمخاطرمجلس العلاقات الخارجية.
• هيربست، آلان م. وجورج دبليو هوبلي (2007). الطاقة النووية الآن: لماذا حان الوقت لمصدر الطاقة الأكثر سوء فهم في العالم؟، وايلي.
• شنايدر، مايكل، ستيف توماس، أنتوني فروغات، دوغ كوبلو (أغسطس 2009). تقرير حالة الصناعة النووية العالمية، الوزارة الاتحادية الألمانية للبيئة والحفاظ على الطبيعة وسلامة المفاعلات.
• ووكر، ج. صموئيل (1992). احتواء الذرة: التنظيم النووي في بيئة متغيرة، 1993-1971
• ووكر، ج. صموئيل (2004). جزيرة ثري مايل: أزمة نووية من منظور تاريخي، بيركلي: مطبعة جامعة كاليفورنيا.
• ويرت، سبنسر ر. صعود الخوف النووي. كامبريدج، ماساتشوستس: مطبعة جامعة هارفارد، 2012. ISBN 0-674-05233-1

التكنولوجيا النووية
هندسة
مواد
الطاقة النووية
الطب النووي
الأسلحة النووية

مؤسسة ويكيميديا.

• 2010.
• كوسمان، بيرنهارد

زيمرمان، ألبرت كارل هاينريش

انظر ما هي "الطاقة النووية" في القواميس الأخرى:- (الطاقة الذرية) الطاقة الداخلية للنواة الذرية المنطلقة أثناء التحولات النووية (التفاعلات النووية). طاقة الربط النووية. عيب الكتلة: يتم تثبيت النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) الموجودة في النواة بقوة بواسطة القوى النووية. لإزالة النيوكليون من النواة، ... ... القاموس الموسوعي الكبير

انظر ما هي "الطاقة النووية" في القواميس الأخرى:- (الطاقة النووية) الداخلية الطاقة عند. النواة التي تم إطلاقها أثناء التحولات النووية. تسمى الطاقة التي يجب إنفاقها لتقسيم النواة إلى النيوكليونات المكونة لها. طاقة الربط النووية؟ ش. هذا هو الحد الأقصى. يمكن إطلاق الطاقة نحو السماء. ... ... الموسوعة الفيزيائية

انظر ما هي "الطاقة النووية" في القواميس الأخرى:- الطاقة النووية، الطاقة المنطلقة أثناء التفاعل النووي نتيجة تحول الكتلة إلى طاقة كما هو موضح في المعادلة: E=mc2 (حيث E هي الطاقة، m هي الكتلة، c هي سرعة الضوء)؛ وقد اشتقها آينشتاين في نظريته النسبية.... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

انظر ما هي "الطاقة النووية" في القواميس الأخرى:- (الطاقة النووية) انظر () () ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

انظر ما هي "الطاقة النووية" في القواميس الأخرى:- (الطاقة الذرية) الطاقة الداخلية للنوى الذرية التي تنطلق خلال تفاعلات نووية معينة. ويستند استخدام الطاقة النووية على التنفيذ ردود الفعل المتسلسلةانشطار النوى الثقيلة وتفاعلات الاندماج النووي الحراري للنوى الخفيفة (انظر... ... الموسوعة الحديثة