الوسم: الطاقة

تقرير , بحث , عن الطاقة الشمسية / الإمارات

تقرير , بحث , جاهز لمادة الفيزياء الصف الثاني عشر الأدبي عن الطاقة الشمسية / الإمارات

تقرير , بحث , جاهز لمادة الفيزياء الصف الثاني عشر الأدبي عن الطاقة الشمسية / الإمارات

بسم الله الرحمن الرحيم

تقرير لمادة الفيزياء

عنوان التقرير:الطاقة الشمسية

عمل الطالب: ——————

الصف: الثاني عشـــــ2ـــر الأدبي

________________________________

مقدمة :

إن القلق من تلوث هواء المدن ومن المطر الحمضي وتسرب النفط والمخاطر النووية وارتفاع حرارة الأرض يحث على إعادة تفحص بدائل الفحم والنفط والطاقة النووية ، وعلى الرغم من أن مصادر الطاقة البديلة ليست خالية من التلويث عموماً ، فإنه يوجد مجال واسع من الخيارات التي يكون ضررها البيئي أقل بكثير من مصادر الطاقة التقليدية .
إن أفضل التقنيات الواعدة هي التي تسخر طاقة الشمس حيث يعتبر التحويل الحراري المباشر للإشعاعات الشمسية إلي طاقة كهربائية عبر الخلايا الشمسية تقنية جديدة ومتطورة وهو صناعة إستراتيجية باعتبارها مصدراً طاقوياً مستقبلياً سيكون له الأثر الأكبر في المحافظة على مصادر الطاقة التقليدية ولأغراض أهم واستغلال أثمن علاوة على أن مصدر طاقته مجاني ولا ينضب ونظيف ودون مخلفات أو أخطار .

____________________________________

الموضوع:

تعريف الخلايا الشمسية :

إن الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .

لــقد تم إنــماء تقنيات كثيرة لإنـتــاج الخلايـا الشمسيـــة عبر عــــمــليات متسلسلة من المعالجات الكيميائية والفيزيائية والكهربــائيـــة عـــلى شكــل متكاثف ذاتي الآليــــة أو عالي الآلية ، كمـــا تـم إنماء مــــواد مختلفـــة من أشبــاه الموصلات لتصنيع الخلايـــا الشمسية على هيئة عناصر كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم وفوسفيد الأنديوم وكبريتيد النحاس وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات .

ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية :

الخلية الشمسية للتطبيقات الأرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مشابة بمقادير صغيرة من الشوائب لإعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر شحنة سالبة مكونة ثنائياً ذا مساحة كبيرة .
تولد الخلايا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات ( الفوتونات ) والتي يحمل كل منها كماً طاقوياً محدداً يكسب الإلكترونات الحرة طاقة تجعلها تهتز حرارياً وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة الشبه موصلة ويتم تحرير الشحنات وإنتاج أزواج من الإلكترون في الفراغ . تنطلق بعد ذلك حاملات الشحنة هذه متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ عبر الفجوة الطاقوية وتتجمع عند السطح الأمامي والخلفي للخلية محدثة سريان تيار كهربي مستمر عند توصيل الخلية بمحمل كهربي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات.

أنواع الخلايا الشمسية التجارية :

تم تصنيع خلايا شمسية من مواد مختلفة إلا أن أغلب هذه المواد نادرة الوجود بالطبيعة أولها خواص سامة ملوثة للبيئة أو معقدة التصنيع وباهظة التكاليف وبعضها لا يزال تحت الدراسة والبحث وعليه فقد تركز الاهتمام على تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية وذلك لتوفير عنصر السيليكون في الطبيعة علاوة على أن العلماء والباحثين تمكنوا من دراسة هذا العنصر دراسة مستفيضة وتعرفوا على خواصه المختلفة وملاءمته لصناعة الخلايا الشمسية المتبلرة ومتصدعة التبلر .

1. الخلايا الشمسية السيليكونية المتبلرة :

تصنع هذه الخلايا من السيليكون عبر إنماء قضبان من السيليكون أحادي أو عديد التبلر ثم يؤرب إلي رقائق و تعالج كيميائياً وفيزيائياً عبر مراحل مختلفة لتصل إلي خلايا شمسية .
كفاءة هذه الخلايا عالية تتراوح بين 9 – 17 % والخلايا السيليكونية أحادية التبلر غالية الثمن حيث صعوبة التقنية واستهلاك الطاقة بينما الخلايا السيليكونية عديدة التبلر تعتبر أقل تكلفة من أحادية التبلر وأقل كفاءة أيضاً .

2. الخلايا الشمسية السيليكونية الأمورفية ( متصدعة التبلور) :

مادة هذه الخلايا ذات شكل سيليكوني حيث التكوين البلوري متصدع لوجود عنصر الهيدروجين أو عناصر أخرى أدخلت قصداً لتكسبها خواص كهربية مميزة وخلايا السيليكون الأمورفي زهيدة التكلفة عن خلايا السيليكون البلوري حيث ترسب طبقة شريطية رقيقة باستعمال كميات صغيرة من المواد الخام المستخدمة في عمليات قليلة مقارنة بعمليات التصنيع البلوري. ويعتبر تصنيع خلايا السيليكون الامورفي أكثر تطويعاً وملاءمة للتصنيع المستمر ذاتي الآلية .
تتراوح كفاءة خلايا هذه المادة ما بين 4 – 9 % بالنسبة للمساحة السطحية الكبيرة وتزيد عن ذلك بقليل بالنسبة للمساحة السطحية الصغيرة وإن كان يتأثر استقرارها بالإشعاع الشمسي.

تطبيقات الخلايا الشمسية :

تركز الاهتمام على إدخال الفولتضوئيات كمصدر للطاقة المتجددة في التطبيقات الأرضية بغية تطوير التقنية ووسائل الاستخدام في قطاع السكن والصحة والتعليم والصناعة والزراعة والنفط وغيرها في الاستخدامات
الفولتضوئيات الجذابة اقتصادياً وفي المناطق المعزولة والنائية حيث تنقص تكلفة شبكات الكهرباء العامة وتساعد في الإنماء الاقتصادي والتطوير الاجتماعي المحلي .
والمسطحات الفولتضوئية هي مصدر القدرة الكهربية لهذه التطبيقات ، حيث يتكون المسطح من عدة خلايا (متصلة معاً بصفائح سلكية معدنية ) مغطاة بملف من البلاستيك الحراري مثل أسيتات فينيل إيثيل أو غيره وآخر من التدلار لحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية ومغلقة بصفيحة زجاجية من الأمام وطبقة واقية تعمل كقاعدة إنشائية من الزجاج أو من الألياف الزجاجية أو الخزف الصيني عند الخلف مركب عليها صندوق وصلة كهربائية ومحاط بإطار معدني .
وهذه المسطحات يعوّل عليها بتطرف كمصدر طاقة كهربائية لأن ليس لها أجزاء متحركة وذات عمر طويل يتراوح من 15 إلي 35 سنة و أمان للبيئة، كما تضفي على المباني شكلاً معمارياً جميلاً.

يمكن تصنيف وتحديد التطبيقات الأرضية وفق القدرة الكهربائية علي النحو التالي :-

1. تطبيقات ذات قدرة منخفضة:

وتشمل الأجهزة والمنظومات التالية :

– الحاسبات والألعاب الإلكترونية والساعات .

– أجهزة الإذاعة المسموعة وشاحنات وسائط القدرة المنخفضة.

2. تطبيقات ذات قدرة متوسطة:

وتشمل المنظومات التالية :

الإنارة – أجهزة الإذاعة المرئية – ثلاجات اللقاح والأمصال – إشارات المرور والإنذار – مراوح الأسقف ( التهوية ) – هواتف الطوارئ – شاحنات السياج الكهربي .
حيث يشحن السياج المحاط بالمزارع وأماكن تربية الحيوانات لمنعها من الاقتراب منها .

3. تطبيقات ذات قدرة متوسطة وعالية :

ضخ المياه – محطات اتصالات الموجات السنتيمترية – محطات الأقمار الصنـــــاعية الأرضية – الوقاية المهبطية لحماية أنابيب النفط والغاز والمنشآت المعدنية من التآكل – تغذية شبكة الكهرباء العامة .

كلفة كهرباء الخلايا الشمسية :

تتراوح تكلفة الوات ذروة في الأسواق العالمية ما بين 8 إلي 10 دولارات بالنسبة للــدول المستوردة بينما تصل تكلفة الوات ذروة بالنسبة للتطبيقات ذات القدرة المتوسطة والقدرة المتوسطة و العالية إلي 30 دولار و تزيد هذه التكلفة وفق التصميم و أجهزة التحكم والتخزين الساكن و الإلكترونـات المساعدة إلا أن تكلفة الـوات ذروة بالنسبة للقدرة العاليــة (المحطات الكهـروشمسية ذات سعة الميجاوات) تقل قليلاً عن 20 دولار .
إن الاقتصاديات الحالية لتطبيقات ومنظومات الخلايا الشمسية وبعضها فعال التكلفة وبعضها الآخر غير ذلك وهي صورة ديناميكية تماماً حيث الأسعار و انخفضت خلال العقد الماضي.

الشركات العالمية المصنعة للخلايا الشمسية :

الشركات العالمية العاملة في هذا المجال كثيرة من بينها شركة سولار الألمانية / الفوات وات الفرنسية / أتيار سولار في إيطاليا / كرونا في يوغسلافيا / استر وبور في كندا / وهيليودينايكا في البرازيل .
وشركات عديدة في الولايات المتحدة واليابان وهناك شركات متعددة الجنسيات أيضاً .

الاستثمارات العالمية في مجال الطاقة الشمسية :

تستثمر الدول المصنعة أموالاً طائلة في مجال الخلايا الشمسية وذلك على مستوى البحث والتطوير والتطبيق بغية الوصول إلي تخفيض أسعارها وزيادة كفاءتها وتسهيل طرق إنتاجها وجعلها واعدة للإنتاج والتطبيق الموسع.

الاستثمارات الوطنية في مجال الخلايا الشمسية:

كما تسعى هذه الدول الصناعية جادة من خلال مراكز البحث والتطوير إلي تخفيض تكلفة الوات ذروة إلي 0.5 أو 1 دولار مع سنة 2022 ولا غرابة في ذلك فقد كانت تكلفة الوات ذروة 300 – 350 دولار في الخمسينــات حين كـان هذا المجـال مقصوراً على أبحاث الفضاء.
وعليه فإن الأرقام المشار إليها في ميزانية الإنفاق ومبالغ الاستثمارات إنما تدل على ما توليه الدول المتقدمة من اهتمام بالغ لامتلاك الفولتضوئيات لها خاصة وأن المصادر التقليدية آخذة في النضوب بالإضافة إلي ضمان استحواذها على الأسواق العالمية لمنتجات الفولتضوئيات .

استثمارات الطاقة الشمسية في الوطن العربي :

يدرك العاملون في مجال الطاقة أن الأراضي العربية هي من أغنى مناطق العالم بالطاقة الشمسية ويتبين ذلك بالمقارنة مع بعض دول العالم الأخرى ولو أخذنا متوسط ما يصل الأرض العربية من طاقة شمسية وهو 5 كيلو واط – ساعة / متر مربع / اليوم و افترضنا أن الخلايا الشمسية بمعامل تحويل 5 % وقمنا بوضع هذه الخلايا الشمسية على مساحة 16000 كيلو متر مربع في صحراء العراق الغربية ( وهذه المساحة تعادل تقريباً مساحة الكويت ) و أصبح بإمكاننا توليد طاقة كهربائية تساوي 10 4 × 400 ميجا واط – ساعة في اليوم ، أي ما يزيد عن خمسة أضعاف ما نحتاجه اليوم وفي حالة فترة الاستهلاك القصوى .
ومن البديهي أيضاً أن طاقتنا النفطية ستنضب بعد مائة عام على الأكثر وهو أحسن المصادر للطاقة وذلك لعدم وجود كميات كبيرة من مادة اليورانيوم في بلداننا العربية بالإضافة إلي تكلفة أجهزة الطاقة وتقدم تكنولوجيتها خلال السنوات الخمسين الماضية و إمكانية عدم اللحاق بها وهو ما جعلنا مقصرين في استثمارها و نأمل أن لا تفوتنا الفرصة في خلق تكنولوجيات عربية لاستغلال الطاقة الشمسية وهي لا زالت في بداية تطورها .
إن لاستعمال بدائل الطاقة مردودين مهمين أولهما جعل فترة استعمال الطاقة النفطية طويلة وثانيهما تطوير مصدر للطاقة آخر بجانب مصدر النفط الحالي .
ومن التجـارب المحدودة لاستخدامات الطاقة الشمسية في البلاد العربية ما يلي :

1. تسخين المياه والتدفئة وتسخين برك السباحة بواسطة الطاقة الشمسية أصبحت طريقة اقتصادية في البلدان العربية وخاصة في حالة تصنيع السخانات الشمسية محلياً.

2. تعتبر الطاقة الشمسية أحسن وسيلة للتبريد حيث أنه كلما زاد الإشعاع الشمسي كلما حصلنا على التبريد وكلما كانت أجهزة التبريد الشمسي أكثر كفاءة ، ولكن تكلفة التبريد الشمسي تكون أعلى من السعر الحالي للتبريد بثلاثة إلي خمس أضعاف تكلفته الاعتيادية ويعود السبب لارتفاع التكلفة لمواد التبريد الشمسي ومعدات تجميع الحرارة وتوليد الكهرباء .
ولو استعرضنا البحث والتطبيقات السارية للطاقة الشمسية في الوطن العربي لتبين لنا أن استخدام السخانات الشمسية أصبح شيئاً مألوفاً في بعض البلدان العربية بينما بقيت صناعة الخلايا بصورة تجارية متأخرة في جميع البلدان العربية بسبب تكلفة إنشاء المصنع الأولية و إتباع سياسة التأمل القائلة ( يجب الانتظار ريثما تنخفض الكلفة) .
إن معظم التجارب الميدانية والمختبرية لاستغلال الطاقة الشمسية في الوطن العربي لا تزال في مراحلها الأولى ويجب تنشيطها و الإكثار منها و لو استعرضنا ما تقوم به دول العالم في هذا المجال و بخاصة الدول المتقدمة صناعياً والتي لا تملك خمس ما تملكه الدول العربية من الطاقة الشمسية لوجدنا أن بريطانيا وحدها تنفق على مشاريع الطاقة الشمسية ما يعادل جميع ما تنفقه الدول العربية مجتمعة وينطبق هذا على عدد العاملين في مجالات الطاقة المتجددة حيث يعمل في فرنسا ضعف اللذين يعملون في جميع الدول العربية في هذه المجالات .

اقتصاديات الطاقة الشمسية :

تعتبر تكلفة المواد الأولية لأجهزة استخدام الطاقة الشمسية أهم عائق يحول دون استخدامها بالإضافة إلي المساحة الكبيرة المطلوبة لوضع هذه الأجهزة المجمعة لأشعة الشمس غير المركزة و بالرغم من كل هذه العوامل فهناك بعض الاستخدامات للطاقة الشمسية تعتبر اقتصادية في الوقت الحاضر ، منها تسخين المياه والاستعمالات الأخرى في المناطق النائية مثل توليد الكهرباء وضخ المياه وتحلية المياه والإشارات الضوئية والبث اللاسلكي والحماية الكاثودية وغيرها .
ومن الضروري قبل احتساب تكلفة واقتصاديات الطاقة الشمسية أن نعلم نوع التطبيق الشمسي بالإضافة إلي مواصفات المكان أي هل منطقة نائية أو قرب مدينة أو في داخل المدينة ؟ ويجب معرفة فترة التشغيل اليومية وهل هناك حاجة إلي تخزين الطاقة أم لا ؟ وهل هناك حاجة إلي الصيانة ومدى تكرارها ؟ .
ومن المعلوم بأن معظم البلدان العربية تدعم أسعار الكهرباء المولدة بالمشتقات النفطية لمواطنيها ولا بد من أخذ هذا الدعم في الاعتبار عند مقارنة تكلفة توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
و إذا أخذت جميع هذه العوامل في الحسبان و اتبعت الطرق الصحيحة لاستغلال و استخدام هذا النوع من الطاقة بشكل اقتصادي ومحاولة تطويرها إلي الشكل الأفضل قد يؤدي إلي انخفاض تكلفة الوات الواحد المنتج منها .

بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية :

إن أهم مشكلة تواجه الباحثين في مجالات استخدام الطاقة الشمسية هي وجود الغبار ومحاولة تنظيف أجهزة الطاقة الشمسية منه وقد برهنت البحوث الجارية حول هذا الموضوع أن أكثر من 50 % من فعالية الطاقة الشمسية تفقد في حالة عدم تنظيف الجهاز المستقبل لأشعة الشمس لمدة شهر .
إن أفضل طريقة للتخلص من الغبار هي استخدام طرق التنظيف المستمر أي على فترات لا تتجاوز ثلاثة أيام لكل فترة وتختلف هذه الطرق من بلد إلي آخر معتمدة على طبيعة الغبار وطبيعة الطقس في ذلك البلد.
أما المشكلة الثانية فهي خزن الطاقة الشمسية والاستفادة منها أثناء الليل أو الأيام الغائمة أو الأيام المغبرة ويعتمد خزن الطاقة الشمسية على طبيعة وكمية الطاقة الشمسية ، و نوع الاستخدام وفترة الاستخدام بالإضافة إلي التكلفة الإجمالية لطريقة التخزين ويفضل عدم استعمال أجهزة للخزن لتقليل التكلفة والاستفادة بدلاً من ذلك من الطاقة الشمسية مباشرة حين وجودها فقط ويعتبر موضوع تخزين الطاقة الشمسية من المواضيع التي تحتاج إلي بحث علمي أكثر واكتشافات جديدة .
ويعتبر تخزين الحرارة بواسطة الماء والصخور أفضل الطرق الموجودة في الوقت الحاضر . أما بالنسبة لتخزين الطاقة الكهربائية فما زالت الطريقة الشائعة هي استخدام البطاريات السائلة ( بطاريات الحامض والرصاص ) وتوجد حالياً أكثر من عشر طرق لتخزين الطاقة الشمسية كصهر المعادن والتحويل الطوري للمادة وطرق المزج الثنائي و غيرها .
والمشكـلة الثـالثة في استخدامات الطاقة الشمسية هي حدوث التـآكل في المجمعـات الشمسيــة بسبب الأمـلاح الموجودة في الميــاه المستخدمــة في دورات التسخــين وتعتبر الــدورات المغلقـة واستخـــدام مــاء خـال من الأملاح فيها أحسن الحلول للحد من مشكلة التآكل والصدأ في المجمعات الشمسية.

_____________________________________

المقترحات و التوصيات :

إن البحث والمثابرة في إيجاد بدائل للطاقة الأحفورية ما هو إلا جزء مكمل لاستمرارية دور الدول العربية كدول مصدرة للطاقة والحفاظ على المستوى الاقتصادي الذي تنعم به هذه الدول الآن ومن أجل مواكبة بقية دول العالم في هذا المجال ، يقترح مراعاة التوصيات التالية :

1. الدعم المادي والمعنوي وتنشيط حركة البحث في مجالات الطاقة الشمسية.

2. القيام بإنشاء بنك لمعلومات الإشعاع الشمسي ودرجات الحرارة وشدة الرياح وكمية الغبار وغيرها من المعلومات الدورية الضرورية لاستخدام الطاقة الشمسية.

3. القيام بمشاريع رائدة وكبيرة نوعاً ما وعلى مستوى يفيد البلد كمصدر آخر من الطاقة وتدريب الكوادر العربية عليها بالإضافة إلي عدم تكرارها بل تنويعها في البلدان العربية للاستفادة من جميع تطبيقات الطاقة الشمسية .

4. تنشيط طرق التبادل العلمي والمشورة العلمية بين البلدان العربية وذلك عن طريق عقد الندوات واللقاءات الدورية .

5. تحديث دراسات استخدامات الطاقة الشمسية في الوطن العربي وحصر وتقويم ما هو موجود منها.

6. تطبيق جميع سبل ترشيد الحفاظ على الطاقة ودراسة أفضل طرقها بالإضافة إلي دعم المواطنين اللذين يستعملون الطاقة الشمسية في منازلهم.

8. تشجـيع التعاون مع الـــدول المتقدمــة في هـذا المجال والاستفــادة من خبراتهــا على أن يكـون ذلك مبنيــاً على أســاس المســاواة والمنفعة المتبادلة.

__________________________________

المراجع:

1. مجلة الطاقة و الحياة:

مـجـلــة عـلمـيـة تـقـنـيـة – العـدد الـرابـع – الربيع ( مارس ) 1995 ف – تصدر عن مكتب المعــلومات ودراسات الطاقة / اللجنة الوطنية للطاقة .

2. كتاب الطاقة و تحديات المستقبل :

تأليف إيهاب صلاح الدين – المكتبة الأكاديمية .

3. معهد الإمارات التعليمي http://www.uae.ii5ii.com

.~. صنع يدي .~.

تقرير , بحث , عن الطاقة النوويـة / الإمارات

تقرير , بحث , جاهز لمادة الفيزياء الثاني عشر الأدبي عن الطاقة النوويـة / الإمارات

تقرير , بحث , جاهز لمادة الفيزياء الثاني عشر الأدبي عن الطاقة النوويـة / الإمارات

بسم الله الرحمن الرحيم

تقرير لمادة الفيزياء

عنوان التقرير: الطاقة النوويــــــة

عمل الطالب:———————

الصف: الثاني عشـــــ2ـــر الأدبي

____________________________________

الـمـقـدمــة:

الطاقة النووية أو الطاقة الذرية هي الطاقة التي تتحرر عندما تتحول ذرات عنصر كيمائي إلى ذرات عنصر أخر، ( الذرات هي اصغر الجسيمات التي يمكن إن يتفتت إليها أي شيء كان ).
وعندما تنفلق ذرات عنصر ثقيل إلى ذرات عنصرين اخف، فان التحول يسمى "انشطارا نوويا " ويمكن إن يكون التحول " اندماجا نوويا " عندما تتحدد أجزاء ذرتين
يعول على الطاقة النووية أن تصبح أعظم مصادر الطاقة في العالم بالنسبة للإضاءة والتسخين وتشغيل المصانع وتسيير السفن وغير ذلك من الاستخدامات التي لا حصر لها. من ناحية أخرى، يخاف بعض الناس الطاقة النووية لأنها تستخدم أيضا في صنع أعظم القنابل والأسلحة فظاعة وتدميرا في تاريخ العالم. كما إن بعض نواتج عمليه الانشطار تكون سامه للغاية.

_______________________________________-

الموضوع:

إنتاج الطاقة النووية:
اليورانيوم والبلوتونيوم هما العنصران المستخدمان في إنتاج الطاقة بواسطة الانشطار النووي. كل ذرة من ذرات اليورانيوم أو البوتونيوم ( أو أي عنصر آخر ) لها "نواة " عند مركزها تتكون من " بروتونات " و " نيوترونات ".
الانشطار النووي: عندما يتصادم نيوترون سائب مع ذرة يورانيوم أو بلوتونيوم فان نواة الذرة " تأسر " النيوترون.
عندئذ تنفلق النواة إلى جزأين، مطلقه كميه هائلة من الطاقة كما أنها تحرر نيوترونين أو ثلاثة تتصادم هذه النيوترونات مع ذرات أخرى ويحدث نفس الانشطار في كل مره، وهو ما يسمى بالتفاعل المتسلسل.
ملايين الملايين من الانشطار يمكن أن تحدث في جزء من المليون من الثانية. وهذا هو ما يحدث عندما تنفجر قنبلة ذرية وعندما تنتج الطاقة النووية للأغراض السلمية العادية فانه يلزم إبطاء التفاعل المتسلسل. ولإنتاج الطاقة للأغراض العادية تحدث الانشطار في اله تسمى المفاعل النووي أو الفرن الذري. يتم التحكم في سرعة الانشطار بطرق مختلفة في إحدى الطرق تستخدم قضبان التحكم التي تقصى بعض النيوترونات بعيدا عن التفاعل.
كيف نعيش؟
الاندماج النووي: هذا أيضا يسمى التفاعل النووي الحراري لأنه يحدث فقط عند درجات حرارة عالية جداً. وهو عكس الانشطار النووي. حيث تنصهر (تتحد) معا نواتان خفيفتان لتكونا نواة أثقل.
تأتي الطاقة الشمسية الهائلة من الاندماج النووي، إذا تنصهر أنويه ذرات الهيدروجين الخفيفة لتكون ذرات الهليوم الأثقل. تنطلق أثناء ذلك كميات هائلة من الطاقة في صوره حرارة.
الاندماج النووي هو الذي ينتج الطاقة المدمرة للقنبلة الهيدروجينية. ومع ذلك، يمكن للاندماج النووي في المستقبل إن يكون احد أعظم المصادر الثمينة للطاقة السليمة لأنه يمكنه استخدام مياه البحار البحيرات والنهار في إنتاج القوى النووية.

المفاعلات النووية.. آلات حرب تنتج طاقة
مخاوف تتزايد يوميا من إعادة تنشيط المفاعل النووي في يونج بيون بكوريا الشمالية.. أول مفاعل إيراني ما زال مستمرا رغم انتقادات الولايات المتحدة.. يوجد أكثر من 440 مفاعلاً نوويًّا سلميًّا على مستوى العالم و30 آخرون قيد الإنشاء، لكن لا أحد يعلم إلى أين ستقودنا المفاعلات النووية؟
تزود الطاقة النووية دول العالم بأكثر من 16% من الطاقة الكهربائية؛ فهي تلبي ما يقرب من 35% من احتياجات دول الاتحاد الأوروبي. فرنسا وحدها تحصل على 77% من طاقتها الكهربائية من المفاعلات النووية، ومثلها ليتوانيا. أما اليابان فتحصل على 30% من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة النووية، بينما بلجيكا وبلغاريا والمجر واليابان وسلوفاكيا وكوريا الجنوبية والسويد وسويسرا وسلوفينيا وأوكرانيا فتعتمد على الطاقة النووية لتزويد ثلث احتياجاتها من الطاقة على الأقل. في حين أن أستراليا التي تمتاز بوفرة مصادرها من الفحم الحجري لا تمتلك محطات نووية لتوليد الطاقة، وإنما لديها محطة أبحاث فقط.
المفاعلات أنواع :
ثمة نوعان من المفاعلات النووية: مفاعلات للبحث وأخرى لتوليد للطاقة. تُستخدَم مفاعلات البحث لإجراء الأبحاث العلمية، وإنتاج النظائر لأهداف طبية وصناعية، وهي لا تستخدم لإنتاج الطاقة.
على مستوى العالم هناك 284 مفاعلاً نوويًّا للأبحاث في 56 بلدا، أما مفاعلات الطاقة فيتم استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.
وتستخدم المفاعلات النووية أيضا كمصانع لإنتاج الأسلحة في البلدان التي تمتلك برامج حرب نووية؛ فيمكن استخدام المفاعلات النووية السلمية لإنتاج الأسلحة النووية وإجراء الأبحاث المتعلقة بها.
تستخدم المفاعلات النووية المخصصة لصناعة الأسلحة مادة بلوتونيوم 239، أما في المفاعلات السلمية فيتم إنتاج نظائر أخرى للبلوتونيوم، مثل بلوتونيوم 240، وبلوتونيوم 241، وبلوتونيوم 238؛ وذلك لأن وقود المفاعل يتعرض لإشعاع النيوترون لفترات أطول، ومن الممكن استخدامها أيضا لإنتاج المتفجرات النووية.
وقد لا تكون هذه المتفجرات بدرجة ثبات المتفجرات المصنعة من البلوتونيوم الأمثل لصنع الأسلحة؛ فقد تنفجر قبل الأوان، ولكن حتى لو حدث ذلك فإن نصف قطر دائرة الدمار الذي يسببه انفجارها هو على الأقل 33% من نصف قطر دائرة دمار قنبلة هيروشيما؛ فهي بذلك مواد تفجيرية ذات قدرات مريعة. (الأكاديمية الوطنية للعلوم)
وتعمل المفاعلات النووية على مبدأ الانشطار النووي وذلك من خلال انشطار نواة الذرة، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة حرارية.
وتعتبر مادة اليورانيوم 235 هي الوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية، كما يمكن استخدام البلوتونيوم 239، ويحدث الانشطار النووي لذرات اليورانيوم بإطلاق النيوترونات عليها، وعندما تنشطر بعض الذرات فإنها تطلق النيوترونات، واصطدام هذه النيوترونات مع ذرات أخرى يسبب انشطارها فيتم تحرير المزيد من النيوترونات، وهكذا يستمر رد الفعل المتسلسل مسبباً توليد كمية هائلة من الطاقة الحرارية، ويتم التحكم بمعدل الانشطار النووي في المفاعل باستخدام "قضبان تحكم" التي تقوم بامتصاص بعض النيوترونات المتحررة، فهي تسمح بتنظيم الانشطار النووي والتحكم الآمن به. كما يتم استخدام نظام تبريد مائي للتخلص من الحرارة المفرطة التي تنتج أثناء العملية، ويستخدم البخار الذي تم توليده لتدوير العنفات التي تولد الطاقة الكهربائية.
وتعد كندا والولايات المتحدة الأمريكية وجنوب أفريقيا وأستراليا ونيجيريا من أهم الدول المزوِّدة لليورانيوم.
مميزات الطاقة النووية:
إن كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية هي أقل بكثير من كمية الفحم أو البترول اللازمة لتوليد نفس الكمية؛ فعلى سبيل المثال طن واحد من اليورانيوم يقوم بتوليد طاقة كهربائية أكبر من تلك التي يولدها استخدام ملايين من براميل البترول أو ملايين الأطنان من الفحم. كما أنه لو تم الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد معظم حاجة العالم من الطاقة لكانت كلفتها أكبر بكثير من كلفة الطاقة النووية.
تنتج محطات الطاقة النووية جيدة التشغيل أقل كمية من النفايات بالمقارنة مع أي طريقة أخرى لتوليد الطاقة، فهي لا تطلق غازات ضارة في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتروجين أو ثاني أكسيد الكبريت التي تسبب الاحترار العالمي والمطر الحمضي والضباب الدخاني.
إن مصدر الوقود -اليورانيوم- متوفر بكثرة وبكثافة عالية وهو سهل الاستخراج والنقل، على حين أن مصادر الفحم والبترول محدودة. ومن الممكن أن تستمر المحطات النووية لإنتاج الطاقة في تزويدنا بالطاقة لفترة طويلة بعد قصور مصادر الفحم والبترول عن تلبية احتياجاتنا.
تشغل المحطات النووية لتوليد الطاقة مساحات صغيرة نسبياً من الأرض بالمقارنة مع محطات التوليد التي تعتمد على الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. فقد أكدت اللجنة التنظيمية للمفاعلات النووية على أننا بحاجة إلى حقل شمسي بمساحة تزيد عن 35 ألف فدّان لإنشاء محطة تدار بالطاقة الشمسية لتوليد طاقة تعادل ما تولده المحطة نووية بمقدار 1000 ميجاوات، كما أن مساحة الحقل المعرض للرياح اللازم لمحطة توليد تدار بالرياح لإنتاج نفس الكمية حوالي 150 ألف فدّان أو أكثر. في حين أن محطات التوليد النووية "ميل ستون 2 و3" المقامة في ولاية كونيتيكت والتي تتمتع باستطاعة أكبر من 1900 ميجاوات تشغل مساحة 500 فدان ومصممة لتستوعب ثلاث محطات توليد".
مساوئ الطاقة النووية :
يؤدي استخدام الطاقة النووية إلى إنتاج النفايات ذات الفعالية الإشعاعية العالية؛ فبعد أن يتم انشطار معظم اليورانيوم -الوقود المستهلك- يُزال من المفاعل ويُخزَّن في بحيرات تبريد، وتقوم هذه البحيرات بامتصاص حرارة الوقود المستهلَك وتخفيض درجة إشعاعي؛ ثم تتم إعادة معالجته من أجل استرجاع اليورانيوم والبلوتونيوم غير المنشطرَين واستخدامهما من جديد كوقود للمفاعل، وينتج عن هذه العملية نفايات ذات فعالية إشعاعية عالية المستوى (HLW). يتم إعادة معالجة الوقود المستهلَك بشكل روتيني في مفاعلات برامج الدفاع لاستخدامه في إنتاج الأسلحة النووية، ووفق ما ذكرته وكالة حماية البيئة (EPA) فإن النفايات عالية الإشعاعية (HLW) الناجمة عن برامج الدفاع تشكل أكثر من 99% من إجمالي حجم (HLW) في الولايات المتحدة الأمريكية. وإن كلاً من فرنسا وبلجيكا وروسيا والمملكة المتحدة تملك وحدات خاصة بها لإعادة معالجة الوقود المستهلَك. وتقوم اليابان باستخدام الوقود المعاد معالجته في أوروبا.
ووفق ما ذكرته الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) فإن تقديرات نهاية عام 1997 تشير إلى أن كمية الوقود المستهلَك الناجم عن مفاعلات الطاقة التي يتم تخزينها عالميًّا والتي تزيد على 130 ألف طن، تحتوي قرابة ألف طن من البلوتونيوم، كما أن بعض العناصر الموجودة في الوقود المستهلَك وفي النفايات مثل عنصر البلوتونيوم، هي ذات فعالية إشعاعية عالية وتبقى كذلك لمدة آلاف السنين. ولا يوجد حاليًّا نظام آمن للتخلص من هذه النفايات.
وإن الخطط المقترحة للتخلص من النفايات عالية الإشعاعية وتخزينها لا تضمن حماية كافية للأفراد أو للمياه الجوفية من التلوث الإشعاعي.
وضمن الحوادث المتعلقة بالمفاعلات النووية حدوث تسرب إشعاعي جزئي في مفاعل "ثري مايل آيلا ند" النووي قرب بنسلفانيا عام 1979، وذلك نتيجة لفقدان السيطرة على التفاعل الانشطاري؛ وهو ما أدى لانفجار حرر كميات ضخمة من الإشعاع، ولكن تمت السيطرة على الإشعاع داخل المبنى، وبذلك لم تحدث وفيات عندها، ولكن الحظ لم يحالف حادثة التسرّب الإشعاعي المشابهة في محطة الطاقة النووية في تشير نوبل بروسيا عام 1986، فقد أدت إلى مقتل 31 شخصاً وتعريض مئات الآلاف إلى الإشعاع، ويمكن أن يستمر تأثير الإشعاعات الضارة بحيث تؤثر على الأجيال المستقبلية.
أنواع الأسلحة النووية :
* الأسلحة النووية الانشطارية :
الأسلحة النووية الانشطارية هي احد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن قوتها في عملية الانشطار النووي لعنصر ثقيل مثل اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235 (يورانيوم-235) و بلوتونيوم ذو كتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239) حيث تحفز هذه العناصر الثقيلة على الانشطار بواسطة تسليط حزمة من النيوترونات على نواتها والتي تؤدي إلى انشطارها إلى عدة أجزاء وكل جزء مكون بعد الانشطار الأولي تمتلك من النيوترونات الخاصة بها لاتكفي لتحفيز انشطار آخر وتستمر هذه السلسلة من الأنشطارات التي تتم إجراءها عادة في المفاعلات النووية وكل عملية انشطار يؤدي إلى خلق كميات كبيرة من الطاقة الحركية.
ترجع بداية هذه الفكرة إلى العالم الفيزيائي ألبرت أينشتاين حيث قام في عام 1905 بنشر فكرة النظرية النسبية الخاصة ، وحسب هذه النظرية فان الطاقة تساوي كتلة المادة مضروبا في مربع سرعة الضوء E = mc2 وحسب هذه المعادلة الشهيرة فان كمية قليلة من الكتلة تكون مساوية إلى كمية هائلة من الطاقة فعلى سبيل المثال يمكن تحويل كغم واحد من المادة كاملة إلى طاقة مساوية إلى الطاقة الناتجة من تفجير 22 ميغاطن من مادة تي إن تي ولتوضيح أكثر فان هذه المعادلة تعني أن اي جسم له كتلة يكون له طاقة حتى إذا كان الجسم في حالة ثبات, هذه المعادلة كانت العامل الرئيسي الذي تمحور حوله فكرة الأسلحة النووية فبقياس كتل الانوية لذرات عناصر مختلفة يمكن تقدير الطاقة الموجودة فيها بمجرد ضربها في سرعة الضوء التي هي عدد ثابت (1,079,252,848.8 كم في الساعة أو تقريبا 300,000 كم في الثانية).
في عام 1938 تمكن عالم من ألمانيا اسمه أوتو هان من شطر ذرة يورانيوم إلى جزأين عن طريق تسليط حزمة من النيوترونات عليه وبعد هذه التجربة أصبحت فكرة الأسلحة النووية في متناول اليد. ويعتبر قنابل المواد المخصبة و قنابل الكتلة الحرجة أهم أنواع الأسلحة النوويةالأنشطارية.
* الأسلحة النووية الاندماجية:
منذ نشوء فكرة خلق كميات هائلة من الطاقة خلال عملية الانشطار النووي أدرك العلماء أن خلق نفس الكمية الهائلة من الطاقة ممكنة من الناحية النظرية والعملية بإجراء عملية معاكسة تماما لعملية الانشطار النووي ألا وهي فكرة اندماج نواتين لذرتين خفيفتي الكتلة في عمليات اندماج متسلسلة تسمى بعملية الاندماج النووي وكانت ذرة الهيدروجين هو الاختيار الأنسب لكونها خفيفة الكتلة.
هناك 3 نظائر للهيدروجين، وهي الديتيريم deuterium والتيتيم tritium والبر وتيم protium، وعندما يتحد الديتيريم مع التيتيم يتكون نتيجة لهذا الاندماج ذرة هليوم ويتكون أثناء هذه العملية طاقة حركية هائلة ولكنها أقل بالمقارنة بعملية الانشطار النووي وتتطلب هذه العمليات الاندماجية كميات كبيرة من الحرارة تصل إلى ملايين الدرجات المئوية ولهذا السبب يطلق تسمية القنابل النووية الحرارية على هذا النوع من الأسلحة النووية.
يمكن تعريف السلاح النووي الاندماجي بأحد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن مصدر قوتها مع عملية الاندماج النووي عندما تتحد أنويه خفيفة الكتلة مثل عنصر الديتريوم Deuterium وعنصر اللثيوم لتكوين عناصر أثقل من ناحية الكتلة حيث تتم تحفيز سلسلة من عمليات الاتحاد بين هذين العنصرين وتنتج من هذه السلسلة من عمليات الاندماج كميات كبيرة من الطاقة الحركية. ويطلق على القنابل المصنعة بهذه الطريقة اسم القنابل الهيدروجينية H-bombs أو القنابل النووية الحرارية Thermonuclear Bombs لأن سلسلة الاندماج المحفزة بين أنويه هذه العناصر الخفيفة تتطلب كميات كبيرة من الحرارة وتعتبر القنبلة النيوترونية والهيدروجينية من أهم أنواع الأسلحة النووية الاندماجية.
جربت هذه النوعية من القنابل لأول مرة عام 1951 م في الولايات المتحدة وكانت هناك مزاعم متبادلة بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي حول من توصل إلى تفجير أول القنابل من هذا الطراز حيث تزعم الولايات المتحدة أنها فجرت القنبلة الأولى تجريبيا في 1 نوفمبر 1952 م ثم تلاها الاتحاد السوفيتي في 1 مارس 1954 م وقد خلق الانفجار التجريبي السوفيتي ضجة إعلامية لم يحظى بها الانفجار التجريبي الأمريكي حيث تشكلت سحابة إشعاعية ضخمة فوق سفينة صيد يابانية كانت على بعد 160 كم من موقع الانفجار وقام العلماء اليابانيون بتحليل الغبار على ملابس الصيادين بعد عودتهم وانتشر بعد ذلك خبر امتلاك الاتحاد السوفيتي لهذا النوع من الأسلحة النووية.
* الأسلحة النووية التجميعية:
الأسلحة النووية التجميعية هي احد أنواع الأسلحة النووية التي تتم صناعتها بخطوتين ، تكمن فكرة هذا النوع من السلاح في خلق مايسمى الكتلة الفوق حرجة ويتم هذا بدمج كتلتين تعتبران ذو كتلة دون الحرجة ولغرض عملية الدمج هذه يسلط ضغط هائل على الكتلتين لدمجهما في كتلة واحدة تعتبر فوق الحرجة وينشأ من عملية الدمج هذه كميات هائلة من الطاقة الحركية.
المقصود بمصطلح الكتلة الحرجة لعنصر معين هو الحد الأدنى من كتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات . إذا كان العنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الانشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة. إذا كان العنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الانشطار النووي حتى بدون اي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة حيث يستعمل العنصر في هذه الحالة الطاقة المتولدة من الأنشطارات السابقة لتحفيز الأنشطارات اللاحقة.
بعد استكمال مرحلة الكتلة فوق الحرجة تأتي الخطوة الثانية وهي إشعال الفتيلة التي إما تكون على شكل تصويب طلقة من اليورانيوم كما هو الحال في القنابل ذو الانشطار المصوب Gun-type Fission Weapon أو تفجير قنبلة تقليده في وسط المادة ذو الكتلة فوق الحرجة كما هو الحال في قنابل الانشطار ذو الانضغاط الداخلي

____________________________________________

الـخـاتـمـة :

يتعين القول أنه ليس من المناسب أن نغالي في تحفظاتنا لدي التفكير بالتطبيقات السلمية للطاقة النووية، فنضيع على بلدنا فرصة علمية وحضارية ثمينة تعد صمام الأمان لشعبنا والأجيال القادمة ضد العودة إلي صحراء التخلف والفقر إذا ما نضبت في وطننا المصادر التقليدية لإنتاج الطاقة، حينئذ يكون الأوان قد فات ولن يعود!

_______________________________________

الـمـصـدر :

موقع الشماسي دوت نت : http://www.alshamsi.net/friends/b7oo…ric/nuclear.ht

إسلام اون لاين : http://www.islamonline.net/Arabic/Sc…rticle01.shtml
موقع وكيديا :
http://ar.wikipedia.org/wiki

معهد الإمارات التعليمي http://www.uae.ii5ii.com/

.~. صنع يدي .~.