طريقة عمل المفاعلات النووية

طريقة عمل المفاعلات النووية

كيف يعمل المفاعل النووي؟

مقدمة علمية بسيطة..
الذرة..
عشان نبدأ الأول..لازم أتكلم عن تركيب الذرة..
ذرة أي عنصر..تتركب من نواة..وإليكترونات تدور في مستويات طاقة ثابته حولالنواة..(ومعنى كونها مستويات ثابتة اي أن الاليكترونات لا يمكنها إلا أن تدور في مستويات محددة دون غيرها)
تماما كما تدور الأرض والكواكب حول الشمس..
النواة..تتركب -في الأساس- من نوعين من الجسيمات..بروتونات و نيترونات..ودول هم اللي هاتفضلوا تسمعوا إسمهم كتير جدا مني عشان كده ركزوا الله يكرمكم..
البروتونات..موجبة الشحنة..البروتونات إيييييييه؟..++++...موجبة..موجبة..مش عايزين لخبطة!
النيترونات..متعادلة الشحنة!..النيترونات متعادلة..مالهاش شحنة..
طيب..إيه الحاجة السالبة؟..الحاجة السالبة هي الالكترون..والالكترونات طبعا مش موجودة داخل النواة..وإنما تدور في مدارات حول النوة تشكل باقي حجم الذرة..والالكترون شحنتة بالضبط = شحنة البروتون..لكن كتلته مفيش تقريبا..في حين ان البروتون ليه كتلة ثقيلة (نسبيا طبعا..خليك فاكر انه حتة من ذرة)..بس مش عايزين نشغل دماغنا دلوقتي بالأرقام
طبعا أي ذرة فيها عدد الالكترونات = عدد البروتونات..طيب لو طار إلكترون؟..تبقى إسمها أيون موجب..وده بيدور دايما على إلكترون يعادله..وبيحصل عليه إما في صورة إلكترون حر يدخل في مدار طاقة..أو بالارتباط بأيون سالب..(طبعا الأيون الموجب ذرة طار منها إلكترون..يبقى السالب إيه؟(

قاعدة عامة..كل شئ في الكون يسعى للتعادل..والوصول إلى حالة الاتزان

طيب..بص عالمعادلة دي كده..
P + e = N
أظن كده العملية بقت أوضح..النيترون كتلته تساوي كتلة البروتون..البروتون شحنة موجبة..الالكترون شحنة سالبة..البروتون كتلة..الالكترون مفيش كتلة تقريييييبا.. (ليه كتلة صغيرة جدا..وعشان كده دايما نقول كتلة الذرة متركزة في النواة(
إلكترون وبروتون اندمجوا فعمل تعادل في الشحنة..وبقوا نيترون..ممكن برضه يحصل العكس..نيترون يتحلل لبروتون وإلكترون..

فهمتوا التلاته دول؟..طيب..عالم الجسيمات ما دون الذرية أكبر من كده بكتيييييير جدا..عندك جسيمات النيوترينو..والبوزيترون..ولكل حاجه (أنتي)..عندك أنتي إلكترون..أنتي بروتون..لكل حاجه عكس..وحسب ما قرأته في مجلة أميريكان ساينتيست..(فالعلماء) لغاية النهاردة على اعتقاد بأنهم لم يكتشفوا إلا 2% من الجسيمات مادون الذرية التي يزخر بها الكون..وصدق الله القائل: "وما أوتيتم من العلم إلا قليلا"

طيب..هاديكوا أمثلة..الهيدروجين..نواة الهيدروجين العادي عبارة عن بروتون واحد..يدور حوله إلكترون واحد..في مستوى الطاقة الأول..
طيب..في حاجه اسمها النظائر..يعني إيه؟
يعني كل عنصر بيتحدد على أساس عدد البروتونات (وبالتالي الالكترونات طبعا)..طب وعدد النيترونات؟
هو اللي بيحدد النظائر..يعني..لو أضفنا نيترون لذرة الهيدروجين اللي فاتت..هاتبقى إيه؟..برضو هيدروجين..لكنه نظير آخر يدعى الديتيريوم..(ذرتين ديتيريوم مع ذرة من الأوكسجين يعطي ذرة ماء ثقيل..في حين إن الماء العادي يتكون من الهيدروجين الطبيعي مع الأكسجين)
طب إدي الديتيريوم كمان نيترون فالنواة..بقى تريتيوم يا حلو
ماشي..بيتهيألي أنتقل بقى للكلام عن المفاعلات على أساس واضح

شرح عمل التفاعلات النووية...
للتفاعلات النووية نوعين:
تفاعلات نووية انشطارية..وأخرى اندماجية..
في البداية شرح التفاعلات النووية الانشطارية..والتي تعتمد أساسا على شطر ذرات العناصر الثقيلة ذات التركيب الذري غير المستقر (غالبا ما تكون النظائر 235 و233 من اليورانيوم أو النظير139 من البلوتونيوم)..والاستفادة من قوة الربط الموجودة بين جسيمات الذرة..

قوة الربط الذري:تجمع الذرة في نواتها كثيرا من الشحنات المتشابهة (بروتونات)..ولولا وجود قوة ربط بينها لتنافرت وانفرط عقد النواة بسبب قوى التنافر بين الشحنات..لأن النواة تضم البروتونات الموجبة الشحنة داخل مساحة صغيرة جدا من الفراغ..لهذا السبب..يتحول جزء من كتل البروتونات والنيترونات إلى قوة ربط بينها..

النظائر:تتشابه ذرات العنصر جميعا في عدد البروتونات الموجبة المشكلة لنواة ذراتها..لكنها تختلف في عدد النيترونات (المتعادلة الشحنة)..وكلما زاد عددها كل ما كان النظير أثقل..وأقل استقرارا...

ما إن يتم شطر الذرة بواسطة نيترون متسارع..حتى تتفكك الذرة..مطلقة طاقة وجسيمات..ومكونة ذرتين من عنصر أخف وزنا وأكثر استقرارا..ويعتمد على النيترونات المنطلقة من الذرة على إحداث انشطار آخر بدورها مع ذرات أخرى من ذرات المادة المستخدمة..وهو ما يسمى بالتفاعل المتسلسل......

طيب..والتفاعلات الاندماجية؟
العكس..ذرتين من نظائر الهيدروجين تندمج..مكونة ذرة من عناصر أثقل..مثل الهيليوم..ومطلقة طاقة أكبر..وجسيمات..وهو التفاعل الذي يتم في الشمس!

تركيب المفاعل النووي

يتم التفاعل النووي في قلب المفاعل..والذي ينتج حرارة عالية.يتم نقلها عبر المبادلات الحرارية (والتي تعمل عادة بالماء الثقيل..الذي يتركب من ذرتي ديتيريوم وذرة أكسجين)..وللتحكم في التفاعل..توجد قضبان التحكم..التي يتم عن طريقها تخفيض سرعة التفاعل..بدفعها داخل قلب المفاعل..

ولهذه القضبان القدرة على امتصاص النيترونات..وبحسب ما يراد للمفاعل أن تكون درجة حرارته..يتم تحديد معدل دفع القضبان إلى قلب المفاعل..كذا يمكن في حالة الأخطار أو عند الرغبة في تغيير الوقود (اليورانيوم)..دفع القضبان بكاملها إلى قلب المفاعل لاخماد التفاعل..

يقوم المبادل الحراري بامتصاص الحرارة من قلب المفاعل..وبها يتم تبخير الماء..واستخدام البخار في إدارة التوربين..ويعمل المبادل الحراري بإمرار مواد مسالة (كالصوديوم المسال مثلا) أو مواد غازية ودفع هذه المواد إلى قلب المفاعل..وعن طريق بعض التوربينات يتم تمرير الغاز أو السائل في دائرة بين قلب المفاعل والماء..حيث يتم نقل الحرارة إلى الماء لتبخيره..لاستخدام البخار في إدارة التوربين...والذي يقوم بتوليد الكهرباء..

وفي النهاية يتم تبريد الماء المستخدم في إدارة التوربين قبل تصريفه..كي لا يؤدي تصريفه وهو على نفس درجة الحرارة إلى مشاكل بيئية..

الصور عن طريق www.howstuffworks.com