الوقود استخدامالكهرباء إلنتاج النووي

الدكتور لألستاذ

الله الجار ابراهيم محمد

النووي الوقود استخدامالكهرباء إلنتاج

البداية1.

النووية 2. المفاعالت عمل اسس

النووية 3. المفاعالت انشاء من الغرض

النووية 4. المفاعالت تصنيف

النووية 5. المفاعالت صناعة في التطور

الطبيعية 6. النووية المفاعالت

التشظي 7. مفاعالت

االندماجية 8. النووية المفاعالت

النووية 9. المفاعالت مساوئ و محاسنالعربية 10. البلدان في النووية الطاقةالخاتمة11.

البداية-1و " " " • هان األلمانيين العالمين إلى النووي االنشطار اكتشاف يعود

عام " في وجدا اللـذين ن سمـا نتيجة 1939سترا الباريوم عنصر مبالنيوترونات، ليورانيوم ا قذف

• " " " " نواة انشطار عن ناتج ذلك أن متنر و فرج العالمـان فتوقـعاليورانيوم

عام • األمريكي 1939وفي بالرئيس العلماء من مجموعة اتصل ممن " ” نووية قنبلة صناعة إمكانية له يوضحون روزفلـت حينئـذ

ستة مقداره البداية في متواضع بمبلغ المشروع فمول اليورانيوم. أمريكي دوالر آالف

عام • الثانية العالمية الحرب أمريكا دخلت وسمعت 1941وعندما مأمريكـا في الجهود تضاعفت النووية القنبلة لصناعة األلمان بتوجه

. المجال هذا في البحوث إلجراء والجامعي العسكري المـستوى علـىشيكاغو • جامعة في األول النـووي المفاعـل تشغيل البداية فكانت

عـام " " في األمريكـان ورفاقـه فيرمي العالم إشراف تحت وكانم .1942

-1شكل ) اليورانيوم( ذرة لنوات النووي 235االنشطارنيوترون . بواسطة

الطاقة( 2شكل ) إلنتاج نووي لمفاعل تخطيطي رسم الكهربائية

المفاعل( 3شكل) قلب في الوقود قضبان توضح صورةالنووي

المفاعل( 3شكل) في التحكم قضبان توضح صورةالنووي

النووية- 2 المفاعالت عمل اسسوهي المفاعالت أنواع معظم في أساسية مكونات عدة :هناك

مثل الوقود:• مركباته احد أو اليورانيوم من أقراص أو كريات عن عبارة وهووهذه ، الوقود قضبان لتكون أنابيب داخل مصفوفة اليورانيوم أكسيد ثاني

. المفاعل قلب داخل وقود مجاميع في مرتبة القضبانأجل المهدئ:• من االنشطار من المنطلقة النيترونات تبطئ التي المادة وهو

. غرافيت أو ثقيال أو خفيفا ماء المهدئ يكون وقد االنشطار من المزيد•: التحكم الكادميوم قضبان مثل البطيئة للنيترونات ممتصة عناصر من وتتكون

معدل في التحكم أجل من المفاعل قلب من تسحب أو وتغمر البورون أو. المنتجة الطاقة يحدد الذي هو هذا و ، وقفه أو النووي االنشطار

ونقل المبرد:• تبريده أجل من المفاعل قلب خالل يدور غاز أو سائل وهو. منه الحرارة

الضغط • .:وعاء والمهدئ المفاعل قلب يحتوي صلب حديدي وعاء عن عبارة•: البخار الخارجة مولد الحرارة استعمال يتم حيث التبريد نظام من جزء وهو

. التربينات إلدارة الالزم البخار توليد في المفاعل قلب من•: االحتواء المؤثرات وعاء من ويحميه المفاعل مكونات يحتوي الذي البناء وهو

يطرأ، قد حادث أي ومن اإلشعاع تأثيرات من خارجه الذين ويحمي الخارجية. الصلب والحديد الخرسانة من ومصنوع واحد متر بسماكة الغالب في وهو

قضبان( 4شكل) و المهدئ و النووي الوقود عمل يوضحالنووي المفاعل في التحكم

المفاعالت- 3 انشاء من الغرضالنووية

النووية المفاعالت إنشاء من أساسيان غرضان هناك:هما

والبحث • التشعيع ألغراض للنيترونات كمصدر منها االستفادةمختلفة تطبيقات من لها وما المشعة النظائر .وإنتاج

تتولد • التي للحرارة كمصدر استخدامها فهو اآلخر الغرض أمايستخدم حيث ، النووي لالنشطار نتيجة المفاعل قلب فيتبريد دائرة في بخار توليد في وضغطه تسخينه بعد المبرد

ذلك ليستخدم ، مشترك حراري مبادل خالل من ثانويةأو الكهرباء توليد محطات في التربينات إدارة في البخاردوائر إلى ضخه ليعاد بعد فيما تكثيفه يجري بخار إلنتاج

. البحر مياه ملوحة إزالة عمليات في استخدامه أو التبريد

النووية- 4 المفاعالت تصنيفوفقا مختلفة أنواع إلى النووية المفاعالت تصنيف يمكن

من من االعتبارات لمجموعة أنشئت التي األسس أو: التصنيفات. هذه ومن أجلها

. الستخداماتها- وفقا التصنيف ا. والمبردة- المهدئة المادة لنوع وفقا التصنيف ب

النووية- 4 المفاعالت تصنيف: - الستخداماتها وفقا النووية المفاعالت تصنيف ا

المستندة • والعسكرية المدنية الستخداماتها j وفقا النووية المفاعالت تصنيف يمكنتطلعات إلى

بالمصلحة • المفاعالت هذا إنشاء تبرر التي السياسية النظم بعض وطموحاتلمجتمعاتها . والخاصة العامة

المدنية –1• النووية في: المفاعالت تستخدم التي النووية المفاعالت وهيبعض في البخار إنتاج عن فضال الدول بعض احتياجات لسد الكهربائية الطاقة توليد

الضخمة . السفن لتسيير وكذلك التدفئة منظومات تغذية ألغراض األحيانالعسكرية –2• النووية للمواد: المفاعالت المنتجة النووية المفاعالت وهي

البلوتونيوم ) مثل اليورانيوم( )Pu-239االنشطارية في( U-233ونظير تدخل والتيالبرامج بعض دعم في استخدامها عن j فضال تحديدا، النووية األسلحة صناعةوحامالت الذرية الغواصات مثل العسكرية البحرية القطع وتسيير الفضائية

الطائرات.البحوث - 3• منخفضة: مفاعالت بقدرات تعمل التي النووية المفاعالت وهي

j فضال النووية، البحوث ومراكز الجامعات من عدد في التدريب ألغراض وتستخدمالصيدالنية والمواد المشعة النظائر وإنتاج النووية الفيزياء تجارب إجراء عن

المفاعالت هذه وعدد ، المواد بعض اختبار في وكذلك الطبي للعالج والمستخدمة. جدا كثير

النووية- 4 المفاعالت تصنيف

: والمبردة- المهدئة المادة لنوع وفقا التصنيف ب

وكذلك المبردة والمواد المهدئة المواد خواص اختالف إلى بالنظر j فضال السريعة النيترونات تبطئ عملية في المواد هذه كفاءة

من جعل ذلك كل توفرها، وعامل العالية االقتصادية تكلفتها عن j وفقا التصنيف هذا كان ولهذا المعينة، المادة اختيار الصعوبة

. المواد لتلك

النووية- 4 المفاعالت تصنيفالخفيف )1. الماء ( LWRمفاعالت

المضغوط )1. الماء ( PWRمفاعالت

المغلي )2. الماء (BWRمفاعالت

الثقيل )2. الماء (HWRمفاعالت

بالغرافيت 3. المهدأة المفاعالتبالغاز 1. المبردة المفاعالتبالماء 2. المبردة المفاعالت

السريعة 4. المولدة المفاعالت

في( 5شكل ) الكهربائية الطاقة انتاج كيفية يوضح. المغلي الماء مفاعالت

الطاقة( : 1جدول ) لتوليد النووية المفاعالت أنواعالعالم في العاملة الكهربائية

الدول الرئيسة

العدد بليون وات

الوقود المهدئ

المبرد نوع المفاعل

الواليات المتحدة، فرنسا، روسيا، اليابان

264 242 UO2 ماء ماء مفاعل الماء المضغوط

(PWR)

الواليات المتحدة، السويد،

اليابان

92 81 UO2

مخصبماء ماء مفاعل الماء

المغلي (BWR)

بريطانيا 26 11 U طبيعيUO2)معدن(

مخصب

غرافيت

CO2 المفاعل المبرد بالغاز

(AGR)

كندا 38 19 UO2

طبيعيماء

ثقيل

ماء ثقيل

مفاعل الماء الثقيل

المضغطوط

'CANDU' (PHWR)

روسيا 17 13 UO2

مخصبغرافيت

ماء مفاعل الماء الخفيف

الغرافيتي (RBMK)

فرنسا، اليابان،

روسيا

3 1 UO2

PuO2و

ال بو

جد

صوديوم سائل

المفاعالت المولدة السريعة

(FBR)

إنتاج 2)جدول) في الحالية النووية المفاعالت مشاركةنووي وقود من تستنفذه ما ومقدار الكهربائية الطاقة

والتنمية االقتصادي التعاون منظمة دول فيالوقود المستنفد طن )حتى عام

1995)

مشاركة الطاقة النووية ٪

الطاقة النووية )كهرباء( بليون وات كهرباء

البلد

11770 5 , 76 5 , 58 فرنسا

1400 8 , 55 5 , 5 بلجيكا

3240 1 , 51 0 , 10 السويد

1300 8 , 36 0 , 3 سويسرا

1775 0 , 35 1 , 7 أسبانيا

975 5 , 29 3 , 2 فلندا

6315 3 , 29 7 , 22 ألمانيا

8600 2 , 27 9 , 38 اليابان

7000 8 , 25 7 , 11 المملكة المتحدة

600 , 28 0 , 22 8 , 98 أمريكا

000 , 20 1 , 19 8 , 15 كندا

150 9 , 4 5 , 0 هولندا

91129 - 8 , 274 المجموع

توليد( 6شكل ) في المختلفة الطاقة مصادر مشاركةالعالم . في الكهرباء

10%

39%

15%

16%

19% نفط

فحم

غاز

نووية

مائية

.3جدول ) العالم(: في اليورانيوم مصادر

من المئوية النسبةالعالم

اليورانيوم من طن الدولة

28 000‚863 استراليا

15 000‚472 كازاخستان

14 000‚437 كندا

10 000‚298 جنوب أفريقيا

8 000‚253 ناميبيا

6 000‚197 البرازيل

6 000‚131 روسيا

3 000‚104 الواليات المتحدة

3 000‚103 أوزبكستان

000‚107‚3 اإلجمالي

المفاعالت- 5 صناعة في التطور

االول • الجيلالثاني • الجيلالثالث • الحيلاللرابع • الجيل

الطبيعية- 6 النووية المفاعالت

• ) النووي ) المفاعل بتشغيل ورفاقه فيرمي العالم قام عندماسنة األمريكية المتحدة الواليات في بشيكاغو االنشطاري

على. 1942 يعمل نووي مفاعل أول أنه هو السائد االعتقاد كان م . تم إذ بعد، فيما ذلك يناقض ما ظهر ولكن األرضية الكرة سطحمناجم في طبيعية انشطارية نووية لمفاعالت آثار بقايا اكتشاف

خط قرب الغابون جمهورية شرقي جنوب في لليورانيوم . وفي األزمان غابر ففي إفريقيا غرب ساحل على االستواءالنووية المفاعالت نشطت اليورانيوم بخام j جدا غنية عروق

الطبيعية.

الطبيعية( 7شكل) النووية المفاعالت لموقع توضيحي) ( الجابون اوكلو في

في( 8شكل) الطبيعية النووية المفاعالت لموقع صورةاالزمان غابر في عملت التي .الجابون

شكلت( 9شكل) التي اليورانيوم مناجم احد لموقع صورةاالزمان غابر في الجابون في طبيعيا نوويا .مفاعال

التشظي- 7 مفاعالت

البروتونات • اصطدام من المتولدة النيوترونات استخدام يمكنالطاقة توليد في الرصاص مثل الثقيلة العناصر بأحد الطاقة الفائقة

المفاعالت في المتولدة المشعة المخلفات تحويل وفي الكهربائيةغير نووية مفاعالت في ،j خطرا أقل أخرى إلى الحالية النووية

تدعى التشظي حرجة المفاعالت . بمفاعالت هذه في تستخدموتيار فولت إلكترون باليين إلى البروتونات لتعجيل مسارعات

بين مبرد 100و 5يتراوح هدف مع تصطدم وجعلها ، أمبير مليسريعة نيوترونات لتوليد آخر ثقيل عنصر أو الرصاص عنصر يحويالفائقة البروتونات مع تفاعلها في الثقيلة الذرات نوى تهشم نتيجة

يدعى التفاعل وهذا هذه . بالتشظيالطاقة اكتشفت وقدعام أواخر في في, 1946الظاهرة المستمر للتطور نتيجة و م

مرتفع فيض على الحصول اآلن ممكنا أصبح المعجالت تكنولوجياو . المتحررة النيوترونات تهدئة ويمكن التشظي لنيوترونات

الحالية . النووية المفاعالت في كما استخدامها

استخدامه( 10شكل) يمكن نووي مسارع لجزءلغرض الطاقة الفائقة البروتونات تسريع في

التشظي مفاعالت

االندماجية- 8 النووية المفاعالت

الطاقة • استغالل في النووي االنشطار لعملية البديل إنهو الطبيعية األرض عناصر بعض ذرات نوى في المحجوزة

النووي غاية االندماج هي وحرارة عال ضغط تحت يتم الذيذرة نواة بذلك مكونة j معا ذرتين نويتي تندمج ومنها الشدة، في

خفيفتين ذرتين نويتي اندماج عند الحال هو كما أكبر، واحدةكبيرة، واحدة ذرة لتكوين البعض بعضها مع الهيدروجين مثل

إطالق إلى يؤدي مما الكتلة في خسارة العملية هذه ويصحب. الطاقة من هائلة كمية

• ، يعمل كلنا نراه أن يمكننا نموذج له النووي االندماج إنفي - هي المحترق الغاز من كرة أنها يعتقد كان التي فالشمس

البعض – بعضها مع المندمجة الذرات نوى من كتلة الحقيقيةالتي الهيدروجينية القنبلة أساس كذلك وهو ، عالية حرارة تحت

. الطاقة من مذهلة كمية تطلق

.11شكل) النووي( االندماج عملية يوضح

مقترح( 12شكل) اندماجي نووي لمفاعل تصميم

النووي( 13شكل) الوقود ادخال كيفية يوضحالمفاعل في .االندماجي

تعمل( 24جدول ) طاقة لمحطة المتطلب الوقود أنواع مقارنةلتوليد السنة 1000باستمرار في وات مليون

كمية الوقود المتطلبة نوع الوقود

مليون طن من الفحم الحجري 4‚4األسود .

فحم حجري

مليون طن من الفحم الحجري البني 1‚8.

فحم حجري

210 )من 235 طن من اليورانيوم – 1‚3طن من خام اليورانيوم(.

مفاعل انشطاري

كغم من الديتيريوم )يستخرج من 150حوضين للسباحة – أولمبي الحجم( و

كغم من الليثيوم.500

مفاعل اندماجية

المفاعالت- 9 مساوئ و محاسنالنووية

المحاسن•المساوئ:•

–. المشعة المواد من لكمية الرتيب اإلطالق–(2. اإلشعاعية( المخلفات تخزين–(3. المميتة( الكوارث

البلدان- 10 في النووية الطاقةالعربية

الخاتمة-11• ، مطرد ازدياد في العالم في الكهربائية للطاقة المستقبلية الحاجة إن

، النامية الدول في وخاصة ازدياد في العالم سكان عدد في والزيادةومنع ، التطور ديمومة في هام دور النووية للطاقة يكون أن ويمكن

، العالم في الطاقة إلى الحاجة سد في واإلسهام ، الطقس تغير ظاهرةالمنتجة المفاعالت باستخدام j كثيرا النووي الوقود مخزون زيادة ويمكن

التقنية المشاكل على التغلب اإلنسان استطاع إذا أما ، النووي للوقودعلى الحصول فيمكن االندماجية الطاقة مفاعالت تشغيل تواجه التي

مصادر تطوير الوقت نفس في وينبغي ، للطاقة ناضب غير مصدرالحاجة بعض لتسد الشمسية الطاقة مثل المتوفرة األخرى الطاقة

للطاقة .

•Faculty.kfupm.edu.sa/phys/mibrahim