كيف يعمل المفاعل النووي

المفاعل النووي من الأجهزة المعقدة والخطيرة في بعض الحالات لإنتاج كميةٍ كبيرةٍ من الطاقة، وهنالك عملياتٌ عديدةٌ تدخل في إجراءات تشغيله وطريقة عمله. لكننا سنسعى إلى تبسيط الأفكار حول تعريف المفاعل وطريقة عمله.

المفاعلات النووية هي ما يمكن القول إنه قلب محطة الطاقة النووية والتي تقوم بوظيفة السيطرة والاحتواء لسلسلة ردود الفعل النووية التي تنتج الحرارة من خلال عمليةٍ فيزيائيةٍ تسمى الانشطار، ويتم استخدام هذه الحرارة لصنع البخار الذي يدوّر التوربينات لتوليد الكهرباء.

هذا ومع وجود أكثر من 450 مفاعل تجاري في جميع أنحاء العالم - بما في ذلك 98 منها في الولايات المتحدة لوحدها- فلا تزال الطاقة النووية واحدةً من أكبر مصادر الكهرباء الموثوقة والخالية من الكربون والصالحة للاستخدام.

إنّ المفاعل النووي بجميع أنواعه عبارةٌ عن جهازٍ مصممٍ للحفاظ على تفاعلٍ متسلسلٍ ينتج تدفقًا ثابتًا من النيوترونات المتولدة من انشطار نوى ثقيلة، لكنه رغم ذلك قد يختلف إما في خصوص الغرض منه، أو عبر ميزات التصميم المتبعة فيها، ومن حيث الغرض؛ فهو إما مفاعل للأبحاث، أو مفاعل للطاقة.

يتم تشغيل مفاعلات الأبحاث في الجامعات ومراكز البحوث في العديد من البلدان بما في ذلك بعض المفاعلات التي لا تعمل فيها مفاعلات الطاقة النووية، وتولد هذه المفاعلات النيوترونات لأغراضٍ متعددةٍ، مثل إنتاج الأدوية المشعة للتشخيص والعلاج الطبي واختبار المواد وإجراء البحوث الأساسية وغيره.

توجد مفاعلات الطاقة عادةً في محطات الطاقة النووية، وعادةً ما تكون مخصصةً لتوليد الحرارة بشكلٍ خاص وذلك لإنتاج الكهرباء، و يتم استخدامها في أكثر من 30 دولة، بينما عادةً ما تكون استخداماتها الأقل هي إنتاج مياه الشرب ومنتجات المياه المحلية في مختلف المناطق، كما وتستخدم أيضًا لإمداد السفن بالطاقة عندما تكون ذات تصميمٍ أصغر.

يعتبر تمييز الاختلافات في أنواع المفاعل النووي وفقًا لخصائصها التصميمية مناسبًا بشكلٍ خاص عند الإشارة إلى مفاعلات الطاقة النووية.

يعمل المفاعل النووي على مبدأ الانشطار النووي، وهي العملية التي تنقسم فيها نواةٌ ذريةٌ ثقيلةٌ إلى شظايا أصغر، وهذه الشظايا النووية تكون في حالاتٍ نشطةٍ للغاية وتنبعث منها نيوترونات وجزيئات أخرى تسمى جسيمات دون الذرية وفوتونات.

قد تتسبب النيوترونات المنبعثة بعد ذلك في انشقاقاتٍ جديدةٍ والتي بدورها تنتج المزيد من النيوترونات وما إلى ذلك، وبسبب هذه السلسلة المستقلة من الانشطار يتشكل تفاعلٌ نوويٌّ متسلسلٌ ويتم إطلاق كميةٍ كبيرةٍ من الطاقة في هذه العملية، وهذه الطاقة هي الأساس الذي تعتمد عليه أنظمة الطاقة النووية.

سنطرح لكم الخطوات العامة لطريقة عمل المفاعل النووي، بدءًا ممّا يحدث في جوهر المفاعل ووصولًا إلى عملية إنتاج الكهرباء