أفضلية الاندماج علي الانشطار النووي

plas-blog

الإندماج النووي {2} أفضلية الاندماج علي الانشطار النووي  

 كما عرضنا في المقال السابق لابد ان ننسي خبرتنا الحياتية السيئة عن الطاقة النووية و المرتبطة كلها بالانشطار النووي الذي بدأ بقنبلة نووية في نهايات الحرب العالمية الثانية ثم مفاعلات انتاج كهرباء منذ خمسينيات القرن الماضي انتهاء بحادثتي تشرنوبل في روسيا عام 1986 و فوكوشيما باليابان عام 2011.ــــ

الطاقة النووية

نحن بصدد التعريف بالاندماج النووي بشكل اكثر تفصيلا و مقارنته بالانشطار النووي اذا اسميتها مقارنة ولكن من الاحري ان تسمي افضلية. الاندماج النووي معروف منذ معرفة الانشطار النووي في مطلع القرن الماضي علي يد راذرفورد الذي احدث أول اندماج نووي في المعمل ثم توالت معرفتنا بكمية الطاقة الهائلة الكامنة بالنواة عندما ظهر مبدأ تكافؤ الكتلة والطاقة في النسبية لاينشتاين الذي تقول بان الطاقة تساوي الكتلة في مربع سرعة الضوء (300 مليون متر في الثانية) وهو رقم كبير جدا ولتخيل هذا دعنا نقوم بحساب  لكمية الطاقة الموجودة في كوب ونصف من الماء ::: كوب ونصف من الماء يحتوي حوالي 236 جرام وهذا يعادل حوالي 8830 مليار وات ساعة (جيجا وات ساعة) وهذا يكافؤ تقريبا استهلاك مدينة القاهرة (8600 جيجاوات ساعه) حسب تقرير استهلاك 2015\2016.  ويحدث الاندماج في كل النجوم منهم الشمس وهو مصدر اشعاله حيث يدمج ذرات خفيفة اقل استقرار نوويا مثل الهيدروجين لانتاج ذرات اثقل واكثر استقرار نوويا مثل الهيلوم ويدمج الهيلويوم لانتاج ذرات اثقل و اكثر استقرار وصولا الي عنصر الحديد وهو اكثر العناصر استقرار نوويا وهذا يدعم نظرية صنع المعادن في النجوم ووصولها الي كوكبنا بعد نفاذ وقود النجوم وموتها. والقنابل الهيدروجينية تم تصنيها في الخمسينيات وهي قنابل اندماجية. في الانشطار النووي يحدث العكس حيث تنشطر انوية ثقيلة اقل استقرار نوويا كاليورانيوم او البلوتونيوم  الي انوية اخف اكثر استقرار وهكذا وصولا ايضا الي عنصر الحديد كما هو موضح بشكل (1).ــ

bind
شكل (1) نلاحظ العلاقة بين طاقة الربط النووي وثقل الذرة فتصل اقل قيمة سالبه لها عند الحديد وتبدا في الزيادة مرة اخر وكلما زادت قيمة الربط النووي سالبا يزيد استقرار الذرة وهذا يوضح ان كل التفاعلات لابد ان تؤول في النهاية لعنصر الحديد. نجد عملية الانشطار تتم من اليمين لليسار علي يمين الحديد والاندماج من اليسار الي اليمين علي يسار عنصر الحديد

 

ما بين الانشطار والاندماج: ـــ

fission
عملية الانشطار النووي

الانشطار النووي يحدث عند انقسام النواة الثقيلة الي نواتين اخف في الانشطار عند قذفها بنيوترون تكون النواتج مشعة وكلمة مشعة تعني انها تخرج جسيمات بشكل تلقائي او موجات كهرومغناطيسية بترددات عالية تعمل علي تخريب الخلايا الحية للنبات والحيوان والانسان ولهذا لابد من عزل تلك النفايات في اماكن خاصة حتي تهدأ وتصبح غير مشعه ولسوء الحظ ان هذا يحتاج الاف السنين. المشكلة الاخري والاخطر ان المفاعل الانشطاري اذا بدا العمل لايمكن ايقافة الي بما يسمي بالمهدات التي تمتص النيترونات الخارجة لتعمل علي استقرار المفاعل فاذا حدث اي خلل في هذا النظام تحول الي قنبلة نووية لانك هنا تتحكم لتهدئة المفاعل وهذا امر خطير ومن الانصاف ان نذكر التكنولوجيا واجهزة التحكم الحديثة قللت كثيرا من تلك المخاطر. ولكن مازالت مشكلة بجانب النفايات  المشعة وتخزينها وايضا مصادر الوقود والحظر الدولي علي امتلاك الوقود النووي الذي يمكن ان تستخدمه الدول للتخصيب وانتاج القنابل النووية.

fusion2
عملية الاندماج النووي

اما الاندماج النووي وقوده نظائر الهيدروجين الديوتيرم الموجود في الماء والترتيوم الذي يمكن الحصول عليه من تفاعل نيوترون مع الليثيوم الموجود في القشرة الارضية فمعني هذا ان كل الدول لديها ما يكفيها من وقود ولا تحتاج استيراد من أحد. عند تفاعل الديوتيرم والترتيوم ينتج ايون هيليوم (جسيم الفا) ونيوترون بطاقة حركة عالية حوالي 14 مليون الكترون فولت يتم استخدامها في تسخين مياه وتبخيرها لادارة توربينات وتوليد الكهرباء. ولكن هناك امر لابد ان يذكر ان النيوترونات تقوم علي تشعيع جسم المفاعل الغير معزول وتحويله الي مواد مشعه ولكنه يهدا في فترة من 80 لـ 100 عام من ضمنهم 50 سنة عمر تشغيل المفاغل اي ان المفاعل يعمل 50 عام ويتم غلقة لمدة 50 عام حتي يهدا وبالتالي فيكون هناك مفاعلين احدهما في العمل والاخر تحت اعادة التصنيع وتسمي دورة الجيل اي ان كل جيل يعيد استخدام منتجاته الاشعاعية ويسلمها نظيفة للجيل القادم علي عكس عمر التدوير لنفايات الانشطار التي تمتد الاف السنين. من جهة الامان فهو امن جدا حيث ان عملية بدا التفاعل واستمراره تحتاج اجهزة تحكم كثيرة جدا لاحتواء البلازما للفترات الزمنية اللازمة لتحقيق النفع الاقتصادي وعند حدوث اي خلل يتوقف التفاعل مباشرة فليس هناك اي مخاطر لانفجارات او غيره.

كيف نحقق الاندماج !! ــ

لتدمج نواتي هيدروجين لدي كل منها شحنة موجبة امر ليس بالسهل لان هناك قوي تنافر كهربي تبع لقانون كولوم تزداد باقتراب الانوية المجابة من بعضها ولهذا تحتاج ان تكسب الجسيمات طاقة حركة كافية للتغلب علي طاقة التنافر الكهربي تلك وعندما تقترب من بعضها في مسافات صغيرة تعمل الطاقة النووية التي تربطهما وهي اقوي بكثير من طاقة التنافر الكهربي. وللحصول علي الطاقة الكافية هناك طريقان الاول تعجيل حزم من الجسيمات وصدمها ببعض ولكن الطاقة التي تستخدم للتعجيل في المجالات الكهربية والتحكم في المجالات المغناطيسية اكبر بكثير فكان الخيار الاخر هو التسخين والاحتواء ولكن الاندماج يتطلب حوالي 150 مليون درجة ويمكن الوصول اليوم الي درجات الحرارة هذه وسنفرد لهذا مقالا اخر. اذا ما الوعاء الذي يتحمل درجات الحرارة خذه !! حيث ان اعلي درجة حرارة انصهار لمعدن حوالي 7000 مئوية وهنا ندرك اهمية علم البلازما حيث انها وسط مشحون ويتاثر بالمجالات المغناطيسية ويمكن احتوائها بعمل قفص مغناطيسي وهناك الان نوعان الاول توكماك [1] (وهو بدايات الكلمات لجملة روسية تعني غرفة الاحتواء المغناطيسي) ومنشأه روسيا في الخمسينات واكبر مفاعل بحثي اسمه جيت [2] موجود اليوم بانجلترا يملكه الاتحاد الأوروبي والأخر استلارتور [3] (وهي البداية النهاية لكلمة مصنع الشمس بالانجليزية) ومنشأه امريكا واكبر مفاعلين بحثين في المانيا [4] واليابان[5] والي الان لم يستطيع العلماء انشاء مفاعلات تجارية ولكن الابحاث نشطة جدا علي مستوي العالم في هذا الاتجاه.ـــــ

في المقال القادم

 سنعرض بالتفصيل نوعي المفاعلات والفرق بينهما ونعرض جزء من التحديات التكنولوجيا والعلمية علي الطريق البحثي ـــ فتابعونا ـــ

——————————————————-
كتبه: محمد عزت 
طالب بالماجستير الاوروبي في الاندماج النووي  والفيزياء الهندسية
بمركز ابحاث الطاقة والتكنولوجيا وبالبيئة بمدريد

معيد بقسم الفيزياء – كلية العلوم – جامعة المنصورة

بعض  المصطلحات و المراجع:ـــ

[1] TOKAMAK
[2] JET (Joint European Torus)
[3] Stellarator (Stellar  + gene [rator])
[4] Wendelstein 7-X
[5]LHD (Large Hadroon Device)
[  ] Fusion Projects Here
[  ] المصادر الرئيسية هنا

______________________________________
 للاشتراك في المدونة ليصلك كل جديد 
______________________________________

ساعدنا بالنشر علي مواقع التواصل الاجتماعي من هنا

Advertisements