كيف يتم إنتاج الطاقة الكهربائية في المفاعلات الانشطارية؟

إنتاج الطاقة الكهربائية في المفاعلات الانشطارية
إنتاج الطاقة الكهربائية في المفاعلات الانشطارية

لفهم آلية تولد الطاقة في المفاعلات الذرية نعطي وصفا مبسطاً لأجزاء المفاعل الذي يتألف من أجزاء رئيسة هي:

لب المفاعل الذي يوضع في الوقوج النووي ضمن وعاء صلب ممتلئ بالماء البارد، وتتم فيه الانشطارات النووية المتسلسلة.

أعمدة تحكم مصنوعة من مادة شرهة للنيوترونات تنزلق داخل لب المفاعل عند الضرورة لامتصاص النيوترونات الناتجة عن الانشطارات النووية لإيقافها تماما أو تخفيف معدلها.

مبرد ماء بارد يملا لب المفاعل ويدور ضمن دائرة مغلقة ليمتص الحرارة الناتجة عن الانشطارات النووية وينقلها إلى مولد بخار متصل بعنفات مولد كهربائي.

هيكل حماية يغطي لب المفاعل ويمنع تسرب الحرارة أو الإشعاعات النووية منه. وتنج الطاقة بقذف نيوترونات على الرقود النووي، أي اليورانيوم، في لب المفاعل في تشكل عنصر غير مستقر ينشطر مطلقاً أشعة جاما ونيوترونات أخرى. وتتسبب تفاعلات أشعة جاما والنوي الناتجة عن الانشطار مع الماء الموجود باللب في ارتفاع حرارته بشكل كبير؛ فيمرر بواسطة أنبوب عبر خزان آخر يحوي ماء بارداً فيتبخر الأخير عند امتصاصه لحرارة ماء الأنبوب الذي يعود ثانية إلى لب المفاعل. وتتكرر العملية في دورة مستمرة مادام المفاعل بقى يعمل. أما البخار الناتج في الخزان الثاني فيمرر لعنفات مولد كهربائي لتنتج الطاقة الكهربائية المطلوبة وتضبط كمية التفاعلات المتسلسلة بواسطة أعمدة مصنوعة من مادة تمتص النيوترونات المنطلقة هذه الانشطارات، بحيث إنه عندما يراد التحكم في عمل المفاعل تدخل هذه الأعمدة إلى منطقة اللب فتمتص النيوترونات فينخفض معدل التفاعلات النووية أو يتوقف نهائيا. كما يتم حماية اللب وخزان الماء الحار في هيكل حماية صلب جدا من الأسمنت المسلح قادر على تحمل ارتفاع درجة حرارة الماء ومنع تسرب الإشعاعات النووية المنطلقة من الانشطارات المتلسلة في المفاعل.

وتبلغ قدرة المفاعلات النووية العاملة حاليا في العالم بين 400 إلى 650 ميجاواط، وتوفر حوالي 15% من الكهرباء المطلوبة في العالم، تنتج فرنسا واليابان والولايات المتحدة 50% منها، الذي يعكس إنتاج الطاقة الكهربائية بطرق نووية سنوياً في العالم.

وتستخدم الطاقة النووية أيضاً لتوليد الكهرباء اللازمة لتحريك ودفع الغواصات وحاملات الطائرات العسكرية، وتتميز بقدرتها على تزويد هذه، القطع بطاقة كهربائية طويلة الأمد. ففي الغواصات النووية، مثلا تستطيع الغواصة نظريا العمل تحت الماء طوال فترة عمر المفاعل النووي فيها التي تبلغ 25 عاما في حين تحتاج الغواصات التي تعمل على المولجات الكهربائية العادية للطفو كل بضعة أيام للتزود بالهواء.

كما توفر مفاعلات حاملة الطائرات الأمريكية نيمتز، على سبيل المثال، كهرباء كافية لإنارة 50 ألف بيت.