الطاقة النووية هي وسيلة لتوليد الكهرباء عن طريق تسخير الطاقة المنطلقة من انشطار الذرات، وهي عملية تعرف باسم الانشطار النووي. وتلعب هذه التكنولوجيا دورًا محوريًا في مزيج الطاقة العالمي، حيث توفر مصدرًا قويًا للكهرباء دون الانبعاثات المباشرة للغازات الدفيئة. إن فهم مبادئها الأساسية وتشغيلها وتأثيرها يوفر رؤية نقدية لوظيفتها وأهميتها في المجتمع الحديث.
يحدث الانشطار النووي عندما تنقسم نواة الذرة إلى نواتين أصغر أو أكثر، مع إطلاق الطاقة. يمكن أن تبدأ هذه العملية عندما تلتقط النواة نيوترونًا. أبسط مثال على ذلك هو اليورانيوم 235 ( \(^{235}\) U)، وهو نظير موجود بشكل طبيعي. عندما يمتص \(^{235}\) U نيوترونًا، فإنه يصبح غير مستقر وينقسم إلى ذرتين أصغر (منتجات الانشطار)، بالإضافة إلى نيوترونين أو ثلاثة نيوترونات وكمية كبيرة من الطاقة. توضح المعادلة أدناه تفاعل الانشطار النووي المبسط:
\({}^{235}U + n \rightarrow {}^{92}Kr + {}^{141}Ba + 3n + \textrm{طاقة}\)
يتم تسخير هذه الطاقة المنبعثة لتوليد الكهرباء في محطات الطاقة النووية.
تعمل محطة الطاقة النووية على مبدأ استخدام الحرارة الناتجة عن الانشطار النووي لإنتاج البخار، الذي يقوم بعد ذلك بتشغيل توربين متصل بمولد كهربائي. المكونات الأساسية المشاركة في هذه العملية هي المفاعل ونظام التبريد ومولد البخار والتوربين والمولد.
توفر الطاقة النووية العديد من الفوائد، بما في ذلك كثافة الطاقة العالية، وانخفاض انبعاثات الغازات الدفيئة أثناء التشغيل، والموثوقية. ومع ذلك، فإنه يطرح أيضًا تحديات مثل إدارة النفايات المشعة، ومخاطر الانتشار النووي، واحتمال وقوع حوادث كارثية.
يتطلب الوقود النووي المستهلك والنفايات المشعة الأخرى الناتجة عن محطات الطاقة النووية التعامل والمعالجة والتخزين على المدى الطويل بعناية. تشمل تقنيات إدارة النفايات النووية التخلص الجيولوجي، حيث يتم دفن النفايات في أعماق الأرض، وإعادة معالجتها لاستعادة الوقود القابل للاستخدام.
تستخدم العديد من الدول الطاقة النووية كجزء مهم من مزيج الطاقة لديها، بما في ذلك الولايات المتحدة وفرنسا والصين وروسيا. وتبرز فرنسا، على وجه الخصوص، في استخلاص نسبة كبيرة من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة النووية، مما يُظهر إمكانات التكنولوجيا في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
في حين أن محطات الطاقة النووية تنبعث منها الحد الأدنى من الغازات الدفيئة أثناء التشغيل، فإن دورة حياة الطاقة النووية، بما في ذلك التعدين ومعالجة الوقود وإدارة النفايات، تساهم في التأثيرات البيئية. إن معالجة هذه الجوانب بشكل صحيح أمر بالغ الأهمية لتقليل البصمة البيئية للطاقة النووية.
تظل الطاقة النووية عنصرًا حيويًا في مشهد الطاقة العالمي، حيث توفر مصدرًا للكهرباء عالي القدرة ومنخفض الكربون. إن تطويرها ونشرها، بالتوازي مع اعتبارات السلامة وإدارة النفايات وحماية البيئة، يستمر في توفير الطريق نحو حلول الطاقة المستدامة.
