أساس الطاقة النووية هو تسخير قوة الذرات عن طريق الانقسام وهي عملية تسمى الانشطار، أو دمجها فيما يعرف بالاندماج، يغير كل من الانشطار والاندماج الذرات لتوليد الطاقة، ولكن ما الفرق بين الانشطار والاندماج النووي.
ما الفرق بين الانشطار والاندماج النووي
تأتي كل الطاقة التي ننتجها من العمليات الكيميائية والفيزيائية الأساسية، تم تحقيق ذلك في الغالب عبر التاريخ عن طريق حرق المواد القائمة على الكربون مثل الخشب والفحم والغاز، أو عن طريق تسخير الطاقة من الشمس والرياح والمياه.
الانشطار والاندماج عمليتان فيزيائيتان تنتجان كميات هائلة من الطاقة من الذرات، فهذه العملية تنتج طاقة أكبر بملايين المرات من المصادر الأخرى من خلال التفاعلات النووية.
تعريف الانشطار النووي
يحدث الانشطار عندما يصطدم نيوترون بذرة أكبر، مما يجبرها على الإثارة والانقسام إلى ذرتين أصغر حجمًا – تُعرف أيضًا باسم نواتج الانشطار، يتم أيضًا إطلاق نيوترونات إضافية يمكنها بدء تفاعل متسلسل، عندما تنقسم كل ذرة، يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة.
يشيع استخدام اليورانيوم والبلوتونيوم في تفاعلات الانشطار في مفاعلات الطاقة النووية لأنه من السهل البدء والتحكم فيها.
تعمل الطاقة المنبعثة من الانشطار في هذه المفاعلات على تسخين الماء إلى بخار، يستخدم البخار لتدوير التوربين لإنتاج كهرباء خالية من الكربون.
ما هو الاندماج النووي؟
يحدث الاندماج عندما تصطدم ذرتان معًا لتكوين ذرة أثقل، كما يحدث عندما تندمج ذرتان من الهيدروجين لتكوين ذرة هيليوم واحدة.
هذه هي نفس العملية التي تمد الشمس بالطاقة وتنتج كميات هائلة من الطاقة – أكبر بعدة مرات من الانشطار، كما أنه لا ينتج نواتج انشطارية عالية النشاط الإشعاعي.
يجري دراسة تفاعلات الاندماج من قبل العلماء، ولكن يصعب الحفاظ عليها لفترات طويلة من الزمن بسبب الكم الهائل من الضغط ودرجة الحرارة اللازمتين للانضمام إلى النوى معًا.
اقرأ أيضا: ما هو الاندماج النووي
كيف تحدث عملية الانشطار النووي؟
الانشطار مصطلح صاغه العالمان ليس مايتنر وأوتو فريش، على اسم “الانشطار الثنائي” في علم الأحياء لوصف الانقسام الخلوي، تمامًا مثل انقسام الخلية، تنقسم الذرة في الانشطار إلى جسيمات أصغر.
يحدث الانشطار عندما يتم قصف نظير كبير غير مستقر إلى حد ما (ذرات لها نفس عدد البروتونات ولكن بعدد مختلف من النيوترونات) بجسيمات عالية السرعة، عادة ما تكون نيوترونات.
تتسارع هذه النيوترونات ثم تصطدم بالنظير غير المستقر، مما يتسبب في انشطاره أو تقسيمه إلى جسيمات أصغر. أثناء هذه العملية يتم تسريع النيوترون ويضرب النواة المستهدفة، والتي هي اليوم في غالبية مفاعلات الطاقة النووية اليورانيوم 235.
هذا يقسم النواة المستهدفة ويقسمها إلى نظيرين أصغر (نواتج الانشطار)، وثلاثة نيوترونات عالية السرعة وكمية كبيرة من الطاقة.
ثم يتم استخدام هذه الطاقة الناتجة لتسخين المياه في المفاعلات النووية وإنتاج الكهرباء في نهاية المطاف، تصبح النيوترونات عالية السرعة المقذوفة مقذوفات تبدأ تفاعلات انشطارية أخرى، أو تفاعلات متسلسلة.
كيف يحدث الاندماج النووي؟
يحدث الاندماج عندما يتحد نظيران منخفضا الكتلة، عادة نظائر الهيدروجين، في ظل ظروف ضغط ودرجة حرارة شديدين.
تتحد ذرات التريتيوم والديوتيريوم (نظائر الهيدروجين، والهيدروجين -3 ، والهيدروجين -2، على التوالي) تحت ضغط ودرجة حرارة شديدين لإنتاج نيوترون ونظير هيليوم.
إلى جانب ذلك، يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة، والتي تساوي عدة أضعاف الكمية الناتجة عن الانشطار.
بينما يستخدم الانشطار في مفاعلات الطاقة النووية حيث يمكن التحكم فيه، لم يتم استخدام الاندماج بعد لإنتاج الطاقة، يعتقد بعض العلماء أن هناك فرصًا للقيام بذلك.
ينتج الاندماج مواد مشعة أقل من الانشطار ولديه إمداد وقود غير محدود تقريبًا، يتم مواجهة هذه الفوائد من خلال صعوبة تسخير الاندماج، لا يمكن التحكم في تفاعلات الاندماج بسهولة، كما أن تهيئة الظروف اللازمة لتفاعل الاندماج أمر مكلف.
ومع ذلك، يستمر البحث في طرق لتسخير قوة الاندماج بشكل أفضل، لكن البحث في مراحل تجريبية، حيث يواصل العلماء العمل على التحكم في الاندماج النووي في محاولة لصنع مفاعل اندماج لإنتاج الكهرباء.
كل من الانشطار والاندماج عبارة عن تفاعلات نووية تنتج الطاقة، لكن العمليات مختلفة تمامًا، الانشطار هو انقسام نواة ثقيلة وغير مستقرة إلى نواتين أخف، والاندماج هو العملية التي تتحد فيها نواتان خفيفتان معًا لتطلق كميات هائلة من الطاقة.
في حين أن العمليتين مختلفتين، فإنهما لهما دور مهم في الماضي والحاضر والمستقبل في توليد الطاقة.
قد يهمك: إيجابيات وسلبيات الطاقة النووية
ميزة الاندماج النووي على الانشطار النووي
- في حالة تفاعلات الاندماج، لا تستطيع مفاعلات الاندماج تحمل تفاعل تسلسلي حتى لا تذوب مثل مفاعلات الانشطار.
- ينتج تفاعل الاندماج أقل جدًا، أو لا توجد نفايات مشعة إذا تم اختيار الذرات الصحيحة.
- في حالة الانشطار النووي، يتم إنتاج نفايات مشعة كبيرة ويكون التخلص من النفايات المشعة مشكلة معقدة.
- بالنسبة للطاقة النووية، فإن الاندماج هو الخيار الأفضل.
- الطاقة المنبعثة من الاندماج أكبر بثلاث إلى أربع مرات من الطاقة المنبعثة من الانشطار، هذا لأن كمية الكتلة المحولة إلى طاقة أكبر بكثير في تفاعل الاندماج مما هي عليه في تفاعل الانشطار.
- الاندماج هو وقود لا ينضب بشكل أساسي ومنخفض التكلفة ومتوفر في جميع أنحاء العالم.
- كثافة طاقة عالية للوقود في حالة الانصهار، مما يسمح بإنتاج طاقة حمل أساسي مباشر دون تكلفة نقل كبيرة.
- في حالة الاندماج، لا يوجد إنتاج لغازات الاحتباس الحراري أو السخام أو المطر الحمضي، ولا توجد إمكانية لحدوث تفاعل سريع أو انصهار يمكن أن يشكل خطرًا على السلامة العامة مع الحد الأدنى من مخاطر الانتشار.
- يحتوي الاندماج على نفايات مشعة قصيرة العمر فقط.
المراجع
