في منتصف القرن العشرين ، عملت أفضل العقول البشرية بجد في وقت واحد على مهمتين: إنشاء القنبلة الذرية ، وكذلك كيفية استخدام طاقة الذرة للأغراض السلمية. لذا ظهرت أولى محطات الطاقة النووية في العالم. ما هو مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية؟ وأين هي أكبر محطات توليد الطاقة في العالم؟
تاريخ وخصائص الطاقة النووية
"الطاقة هي رأس كل شيء" - هذه هي الطريقة التي يمكن بها إعادة صياغة المثل الشهير ، في ضوء الحقائق الموضوعية للقرن الحادي والعشرين. مع كل جولة جديدة من التقدم التكنولوجي ، تحتاج البشرية إلى عدد متزايد منها. اليوم ، يتم استخدام طاقة "الذرة السلمية" بنشاط في الاقتصاد والإنتاج ، وليس فقط في قطاع الطاقة.
تستخدم الكهرباء المنتجة في ما يسمى بمحطات الطاقة النووية (مبدأ تشغيلها بسيط للغاية في طبيعتها) على نطاق واسع في الصناعة واستكشاف الفضاء والطب والزراعة.
الطاقة النووية هي الصناعة الثقيلة التي تستخرج الحرارة والكهرباء من الطاقة الحركية للذرة.
متى ظهرت محطات الطاقة النووية الأولى؟ مبدأ تشغيل محطات الطاقة هذه ، درس العلماء السوفييت مرة أخرى في الأربعينيات. بالمناسبة ، في نفس الوقت اخترعوا القنبلة الذرية الأولى. وهكذا كانت الذرة "سلمية" وقاتلة.
في عام 1948 ، دعا IV كورشاتوف الحكومة السوفيتية لبدء العمل المباشر على استخراج الطاقة الذرية. بعد ذلك بعامين ، في الاتحاد السوفياتي (في مدينة أوبنينسك ، منطقة كالوغا) ، بدأ بناء أول محطة للطاقة النووية على هذا الكوكب.
مبدأ تشغيل جميع محطات الطاقة النووية متشابه ، ولكن ليس من الصعب فهمه على الإطلاق. سيتم مناقشة هذا لاحقًا.
NPP: مبدأ التشغيل (الصورة والوصف)
أساس عمل أي محطة للطاقة النووية هو رد فعل قوي يحدث أثناء انشطار نواة ذرية. غالبًا ما تشارك ذرات اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم في هذه العملية. تنقسم نواة الذرات بواسطة نيوترون يدخل إليها من الخارج. في هذه الحالة ، تظهر النيوترونات الجديدة ، وكذلك شظايا الانشطار ، التي لديها طاقة حركية هائلة. فقط هذه الطاقة هي المنتج الرئيسي والرئيسي لأي محطة للطاقة النووية.
لذلك يمكنك وصف مبدأ تشغيل المفاعل NPP. في الصورة التالية يمكنك أن ترى كيف تبدو من الداخل.
تتميز ثلاثة أنواع رئيسية من المفاعلات النووية:
- مفاعل قناة عالية الطاقة (باختصار - RBMK) ؛
- مفاعل الماء - الماء (VVER) ؛
- مفاعل نيوتروني سريع (BN).
بشكل منفصل ، يجدر وصف مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية ككل. ستتم مناقشة كيفية عملها في المقالة التالية.
مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية (مخطط)
تعمل محطة الطاقة النووية في ظل ظروف معينة وفي أوضاع محددة بدقة. بالإضافة إلى مفاعل نووي (واحد أو أكثر) ، يشمل هيكل محطة الطاقة النووية أنظمة أخرى ومرافق خاصة وموظفين مؤهلين تأهيلاً عالياً. ما هو مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية؟ يمكن وصفها بإيجاز على النحو التالي.
العنصر الرئيسي في أي محطة للطاقة النووية هو المفاعل النووي ، حيث تتم جميع العمليات الرئيسية. كتبنا عن ما يحدث في المفاعل في القسم السابق. يتم تغذية الوقود النووي (غالبًا ما يكون من اليورانيوم) في شكل أقراص سوداء صغيرة في هذا المرجل الضخم.
يتم تحويل الطاقة المنبعثة أثناء التفاعلات التي تحدث في مفاعل نووي إلى حرارة ونقلها إلى المبرد (عادة الماء). تجدر الإشارة إلى أن المبرد في هذه العملية يتلقى جرعة معينة من الإشعاع.
علاوة على ذلك ، يتم نقل الحرارة من المبرد إلى الماء العادي (من خلال أجهزة خاصة - مبادلات حرارية) ، والتي تغلي نتيجة لذلك. يقوم بخار الماء ، الذي يتكون في هذه الحالة ، بتدوير التوربين. المولد متصل بهذا الأخير ، الذي يولد طاقة كهربائية.
وبالتالي ، وفقًا لمبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية ، فهي نفس محطة الطاقة الحرارية. والفرق الوحيد هو كيفية تكوين البخار.
جغرافيا الطاقة النووية
الدول الخمس الأولى المنتجة للطاقة النووية هي كما يلي:
- الولايات المتحدة
- فرنسا
- اليابان
- روسيا
- كوريا الجنوبية
وفي الوقت نفسه ، تنتج الولايات المتحدة الأمريكية حوالي 864 مليار كيلووات في الساعة سنويًا ، وتنتج ما يصل إلى 20٪ من الكهرباء في العالم.
في المجموع ، تعمل 31 دولة في العالم محطات الطاقة النووية. من بين جميع قارات الكوكب ، هناك اثنتان فقط (القارة القطبية الجنوبية وأستراليا) خالية تمامًا من الطاقة النووية.
حتى الآن ، يعمل 388 مفاعلًا نوويًا في العالم. صحيح أن 45 منهم لم يولدوا الكهرباء لمدة عام ونصف. تقع معظم المفاعلات النووية في اليابان والولايات المتحدة. يتم عرض جغرافيتهم الكاملة على الخريطة التالية. يتم تمييز البلدان التي تعمل في مفاعلات نووية باللون الأخضر ، كما يشار إلى العدد الإجمالي لها في دولة معينة.
تطوير الطاقة النووية في مختلف البلدان
بشكل عام ، اعتبارًا من عام 2014 ، كان هناك انخفاض عام في تطوير الطاقة النووية. هناك ثلاث دول رائدة في بناء مفاعلات نووية جديدة: روسيا والهند والصين. بالإضافة إلى ذلك ، تخطط عدد من الدول التي ليس لديها محطات للطاقة النووية لبناءها في المستقبل القريب. وتشمل هذه كازاخستان ومنغوليا وإندونيسيا والمملكة العربية السعودية وعدد من البلدان في شمال أفريقيا.
من ناحية أخرى ، شرع عدد من الدول في خفض تدريجي في عدد محطات الطاقة النووية. وتشمل هذه ألمانيا وبلجيكا وسويسرا. وفي بعض الدول (إيطاليا والنمسا والدنمارك وأوروغواي) الطاقة النووية محظورة على المستوى التشريعي.
المشاكل الرئيسية للطاقة النووية
يواجه تطوير الطاقة النووية مشكلة بيئية كبيرة. هذا هو ما يسمى التلوث الحراري للبيئة. لذا ، وفقًا للعديد من الخبراء ، فإن محطات الطاقة النووية تنبعث منها حرارة أكثر من محطات الطاقة الحرارية بنفس السعة. التلوث الحراري للمياه خطير بشكل خاص ، والذي ينتهك الظروف المعيشية الطبيعية للكائنات البيولوجية ويؤدي إلى وفاة العديد من أنواع الأسماك.
هناك مسألة ملحة أخرى تتعلق بالطاقة النووية تتعلق بالسلامة النووية بشكل عام. ولأول مرة ، فكرت البشرية بجدية في هذه المشكلة بعد كارثة تشيرنوبيل عام 1986. لم يكن مبدأ تشغيل محطة تشرنوبيل للطاقة النووية مختلفًا كثيرًا عن مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية الأخرى. ومع ذلك ، لم ينقذها ذلك من حادث كبير وخطير ، مما أدى إلى عواقب وخيمة للغاية على جميع أوروبا الشرقية.
علاوة على ذلك ، لا يقتصر خطر الطاقة النووية على الحوادث التكنولوجية المحتملة فقط. لذا ، تنشأ مشاكل كبيرة مع التخلص من النفايات النووية.
فوائد الطاقة النووية
ومع ذلك ، فإن مؤيدي تطوير الطاقة النووية يسمون أيضًا المزايا الواضحة لتشغيل محطات الطاقة النووية. وهكذا ، على وجه الخصوص ، نشرت الرابطة النووية العالمية مؤخرا تقريرها ببيانات مثيرة جدا للاهتمام. ووفقا له ، فإن عدد الضحايا البشرية المصاحبة لإنتاج جيجاوات واحد من الكهرباء في محطات الطاقة النووية أقل 43 مرة من محطات الطاقة الحرارية التقليدية.
هناك مزايا أخرى بنفس القدر من الأهمية. وهي:
- انخفاض تكلفة إنتاج الكهرباء ؛
- النظافة البيئية للطاقة النووية (باستثناء التلوث الحراري للمياه) ؛
- عدم وجود مرجع جغرافي صارم لمحطات الطاقة النووية لمصادر الوقود الكبيرة.
