الذرات قد تمتص النيوترونات
فتتحول الى ( نظائر )
والنيوترون قد تمتصه نواة العنصر الذي يصطدم به ، واذن ينتج عن ذلك عنصر ذرته أثقل ، ولكن تبقى الذرة هي هي ، من حيث صفاتها الكيماوية ، ذلك لأن النيوترون ليس به شحنة كهربائية موجبة أو سالبة ومثال ذلك النيوترون يصيب الأدروجين ، فيستقر في نواة ذرة الأدروجين ، فيصبح وزنا أثقل . والنيوترونات تصنع ذلك في أدروجين الماء فينتج من ذلك الماء الثقيل وبما أن الأدروجين الثقيل ، له نفس الصفات الكيماوية التي للأدروجين العادي الخفيف سمي هذا الأدروجين بالنظير Isotope .
- النيوترونات تحول اليورنيوم الى بلوتنيوم ، وقود القنابل :
ومثل آخر متصل بالذي نحن فيه من المفاعلات الذرية . ذلك يورنيوم ۲۳۸ . انه يورنيوم لا ينشق بفعل النيوترونات كأخيه يورنيوم ٢٣٥ كما سبق أن ذكرنا ولكنه في المفاعلات الذرية ، يصيب النيوترون نواة ذرته فتتحول الى نظير لليورنيوم ، يزيد وزنه الذري واحدا ، فهو يورنيوم ۲۳۹ ، لا يلبث أن يتحول الى عنصر جديد هو نبتونيوم Neptunium ، لا يلبث أن يتحول بدوره الى بلوتونيوم Plutonium وهو وقود القنبلة الذرية .
هذا بالطبع الى جانب اليورنيوم ٢٣٥ الذي كان الوقود الأول للقنبلة ، الا أن البلوتنيوم بهذه الطريقة أسهل ايجادا واستخلاصا .
اذن فالمفاعلات الذرية هي أيضا « مراب » للبلوتنيوم Breeders .
وقد يجري تصميم المفاعل ليكون هدفه الأول اعطاء البلوتنيوم ، أو اعطاء الحرارة فالكهرباء ، أو هما معا .
- التفاعلات الجارية في المفاعل الذري :
ونحصيها الآن فنجدها :
۱ - انشقاق يورنيوم ٢٣٥ بالنيوترونات البطيئة السرعة ، بعد أن هدا الكربون سرعتها .
۲ - امتصاص النيوترونات الزائدة عن الحد ، ويمتصها البورون أو الكدميوم الذي يوجد في قضبان الأمان .
۳ - امتصاص يورنيوم ۲۳۸ النيوترونات وتحوله الى بلوتنيوم .
- حجم المفاعل الذري :
في كل جسم ، مكعبا كان أو دائرة ، توجد نسبة معينة بين حجمه وسطحه . واذا نحن زدنا أبعاد المربع أو الدائرة ، زدنا هذه النسبة . أي أن حجمه يزداد أكثر مما يزداد سطحه .
واذا علمنا أن النيوترونات التي تخرج من انشقاق اليورنيوم ، يهرب بعضها من سطح المفاعل ، وانه من واجبنا توفير هذه النيوترونات لتقوم بزيادة من شق اليورنيوم ، كان علينا أن نصغر السطح بالنسبة الى اتساع قلب المفاعل .
وهذه الغاية تكون بتكبير الحجم ، حجم المفاعل . فالمفاعل ذو الحجم الصغير قد يضيع من سطحه ، الكبير نسبيا ، عدد كبير من النيوترونات ، يجعل المتبقى منها في بطن المفاعل غير كاف لاجراء الانشقاق وتسلسله .
اذن لا بد من الوصول الى حجم يعطي الكفاية من النيوترونات داخل المفاعل .
وأصغر حجم يتفق مع هذا يسمى بالحجم الكافي Critical size .
- المبردات في المفاعل الذري Coolants :
لقد كدنا نأتي على أجزاء الفرن الذري ، المفاعل الذري ، كلها .
فأولا اليورنيوم، وثانيا الكابحات، وثالثا المصاصات، وبقي المبردات .
ذلك أننا نبني المفاعل الذري لنستفيد من حرارته، كما نحرق الفحم لنستفيد من حرارته . ونحن نحرق الفحم، ونأخذ حرارته لنحول بها الماء الى بخار ذي ضغط
( انشقاق ذرة يورنيوم ٢٣٥ )
( بروتون يصيب نواة ذرة يورنيوم ٢٣٥ فتنشق ، ويخرج منها ، فيما يخرج ، نيوترونان أو ثلاثة تصيب أكثر من نواة ذرة . وهكذا تتكاثر الذرات المنشقة بسرعة زائدة ، وبهذا يتسلسل الانشقاق وما يصحبه من تفاعل . واذن كان لا بد من ضبطه بقضبان الأمان حتى لا يشتد فيصبح خطرا )
عال ندفع به الى التربينات فتدور . والتربينات ، وهي عجلات ، تدور فتدير محاورها مولدات الكهرباء فتنتج الكهرباء .
وهكذا نفعل بحرارة المفاعلات الذرية النووية . اذن لا بد من حمل هذه الحرارة الى خارج المفاعل ومن الحاملات لها الماء . انها دورة من أنابيب يدور فيها الماء بفعل مضخة دافعة له .
وبعض هذه الدورة يدور داخل المفاعل ، وهذا البعض يسخن ماؤه فيدور فيخرج عن المفاعل بحرارته هذه . وفي الخارج يعطي هذا الماء ، وقد استحال الى بخار تحت ضغط شديد تتحمله أنابيبه ، يعطي حرارته الى دورة ماء أخرى خارجية هي التي يدفع بخارها عجلات التربين الذي يدير مولد الكهرباء .
وقد استخدموا بدل الماء الهواء . وقد استخدموا بدل الماء ثاني أكسيد الكربون . وكلاهما غاز . وتوصف المبردات عندئذ بأنها غازية .
- الجدار الواقي :
وماذا بقي بعد ذلك ؟
بقي الجدار الواقي ، هذا الذي يلف المفاعل لفا فيحبس ما يصحب الانشقاق من اشعاعات ذرية تؤذي العاملين على هذا الجهاز أيما ايذاء . وهذه الجدران تكون من الصلب السميك ، ومن الخراسانة العريضة .
ويكون بالجدران بالطبع فتحات تصل العاملين بالمفاعل يجرون عن طريقها أعمالا روتينية لا بد منها ، كادخال القضبان الماصة فيه أو اخراجها ، وكاخراج اليورنيوم المستهلك في الجهاز واستبداله . وهلم جرا .
( هكذا تتولد الكهرباء من الذرة : المفاعل الذري الى. اليسار ، وفيه تدور دورة الماء لتحمل الحرارة التي ينتجها . وهي بدورها ، في الخارج ، تعطي الحرارة. الدورة الماء الثانية ، وفيها يتحول الماء الى بخار ذي ضغط شديد ، يدفع عجلة التربين فيدير محورها محور مولد الكهرباء ، فينتج الكهرباء التي تتوزع بعد ذلك بالأسلاك الكهربائية )
فتتحول الى ( نظائر )
والنيوترون قد تمتصه نواة العنصر الذي يصطدم به ، واذن ينتج عن ذلك عنصر ذرته أثقل ، ولكن تبقى الذرة هي هي ، من حيث صفاتها الكيماوية ، ذلك لأن النيوترون ليس به شحنة كهربائية موجبة أو سالبة ومثال ذلك النيوترون يصيب الأدروجين ، فيستقر في نواة ذرة الأدروجين ، فيصبح وزنا أثقل . والنيوترونات تصنع ذلك في أدروجين الماء فينتج من ذلك الماء الثقيل وبما أن الأدروجين الثقيل ، له نفس الصفات الكيماوية التي للأدروجين العادي الخفيف سمي هذا الأدروجين بالنظير Isotope .
- النيوترونات تحول اليورنيوم الى بلوتنيوم ، وقود القنابل :
ومثل آخر متصل بالذي نحن فيه من المفاعلات الذرية . ذلك يورنيوم ۲۳۸ . انه يورنيوم لا ينشق بفعل النيوترونات كأخيه يورنيوم ٢٣٥ كما سبق أن ذكرنا ولكنه في المفاعلات الذرية ، يصيب النيوترون نواة ذرته فتتحول الى نظير لليورنيوم ، يزيد وزنه الذري واحدا ، فهو يورنيوم ۲۳۹ ، لا يلبث أن يتحول الى عنصر جديد هو نبتونيوم Neptunium ، لا يلبث أن يتحول بدوره الى بلوتونيوم Plutonium وهو وقود القنبلة الذرية .
هذا بالطبع الى جانب اليورنيوم ٢٣٥ الذي كان الوقود الأول للقنبلة ، الا أن البلوتنيوم بهذه الطريقة أسهل ايجادا واستخلاصا .
اذن فالمفاعلات الذرية هي أيضا « مراب » للبلوتنيوم Breeders .
وقد يجري تصميم المفاعل ليكون هدفه الأول اعطاء البلوتنيوم ، أو اعطاء الحرارة فالكهرباء ، أو هما معا .
- التفاعلات الجارية في المفاعل الذري :
ونحصيها الآن فنجدها :
۱ - انشقاق يورنيوم ٢٣٥ بالنيوترونات البطيئة السرعة ، بعد أن هدا الكربون سرعتها .
۲ - امتصاص النيوترونات الزائدة عن الحد ، ويمتصها البورون أو الكدميوم الذي يوجد في قضبان الأمان .
۳ - امتصاص يورنيوم ۲۳۸ النيوترونات وتحوله الى بلوتنيوم .
- حجم المفاعل الذري :
في كل جسم ، مكعبا كان أو دائرة ، توجد نسبة معينة بين حجمه وسطحه . واذا نحن زدنا أبعاد المربع أو الدائرة ، زدنا هذه النسبة . أي أن حجمه يزداد أكثر مما يزداد سطحه .
واذا علمنا أن النيوترونات التي تخرج من انشقاق اليورنيوم ، يهرب بعضها من سطح المفاعل ، وانه من واجبنا توفير هذه النيوترونات لتقوم بزيادة من شق اليورنيوم ، كان علينا أن نصغر السطح بالنسبة الى اتساع قلب المفاعل .
وهذه الغاية تكون بتكبير الحجم ، حجم المفاعل . فالمفاعل ذو الحجم الصغير قد يضيع من سطحه ، الكبير نسبيا ، عدد كبير من النيوترونات ، يجعل المتبقى منها في بطن المفاعل غير كاف لاجراء الانشقاق وتسلسله .
اذن لا بد من الوصول الى حجم يعطي الكفاية من النيوترونات داخل المفاعل .
وأصغر حجم يتفق مع هذا يسمى بالحجم الكافي Critical size .
- المبردات في المفاعل الذري Coolants :
لقد كدنا نأتي على أجزاء الفرن الذري ، المفاعل الذري ، كلها .
فأولا اليورنيوم، وثانيا الكابحات، وثالثا المصاصات، وبقي المبردات .
ذلك أننا نبني المفاعل الذري لنستفيد من حرارته، كما نحرق الفحم لنستفيد من حرارته . ونحن نحرق الفحم، ونأخذ حرارته لنحول بها الماء الى بخار ذي ضغط
( انشقاق ذرة يورنيوم ٢٣٥ )
( بروتون يصيب نواة ذرة يورنيوم ٢٣٥ فتنشق ، ويخرج منها ، فيما يخرج ، نيوترونان أو ثلاثة تصيب أكثر من نواة ذرة . وهكذا تتكاثر الذرات المنشقة بسرعة زائدة ، وبهذا يتسلسل الانشقاق وما يصحبه من تفاعل . واذن كان لا بد من ضبطه بقضبان الأمان حتى لا يشتد فيصبح خطرا )
عال ندفع به الى التربينات فتدور . والتربينات ، وهي عجلات ، تدور فتدير محاورها مولدات الكهرباء فتنتج الكهرباء .
وهكذا نفعل بحرارة المفاعلات الذرية النووية . اذن لا بد من حمل هذه الحرارة الى خارج المفاعل ومن الحاملات لها الماء . انها دورة من أنابيب يدور فيها الماء بفعل مضخة دافعة له .
وبعض هذه الدورة يدور داخل المفاعل ، وهذا البعض يسخن ماؤه فيدور فيخرج عن المفاعل بحرارته هذه . وفي الخارج يعطي هذا الماء ، وقد استحال الى بخار تحت ضغط شديد تتحمله أنابيبه ، يعطي حرارته الى دورة ماء أخرى خارجية هي التي يدفع بخارها عجلات التربين الذي يدير مولد الكهرباء .
وقد استخدموا بدل الماء الهواء . وقد استخدموا بدل الماء ثاني أكسيد الكربون . وكلاهما غاز . وتوصف المبردات عندئذ بأنها غازية .
- الجدار الواقي :
وماذا بقي بعد ذلك ؟
بقي الجدار الواقي ، هذا الذي يلف المفاعل لفا فيحبس ما يصحب الانشقاق من اشعاعات ذرية تؤذي العاملين على هذا الجهاز أيما ايذاء . وهذه الجدران تكون من الصلب السميك ، ومن الخراسانة العريضة .
ويكون بالجدران بالطبع فتحات تصل العاملين بالمفاعل يجرون عن طريقها أعمالا روتينية لا بد منها ، كادخال القضبان الماصة فيه أو اخراجها ، وكاخراج اليورنيوم المستهلك في الجهاز واستبداله . وهلم جرا .
( هكذا تتولد الكهرباء من الذرة : المفاعل الذري الى. اليسار ، وفيه تدور دورة الماء لتحمل الحرارة التي ينتجها . وهي بدورها ، في الخارج ، تعطي الحرارة. الدورة الماء الثانية ، وفيها يتحول الماء الى بخار ذي ضغط شديد ، يدفع عجلة التربين فيدير محورها محور مولد الكهرباء ، فينتج الكهرباء التي تتوزع بعد ذلك بالأسلاك الكهربائية )
تعليق