Earth 2050
جديد

الكهرباء

الطاقة النووية

الطاقة النووية: نعم أم لا؟

قلّة من المواضيع تقسم الآراء مثل الطاقة النووية. نشرح كيف يولّد الانشطار الكهرباء من دون حرق الوقود الأحفوري، ولماذا يمكن للإنتاج المستمر أن يساعد إلى جانب الطاقة المتجددة، وما الذي يخبرنا به التاريخ عن الحوادث والنفايات. وننظر أيضاً إلى التكاليف والجداول الزمنية، والتخزين طويل الأمد للنفايات، والأماكن التي قد تظهر فيها تصاميم أحدث مثل المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs) لاحقاً، من سفن الحاويات العاملة بالطاقة النووية إلى مراكز البيانات.

تحميل الدليل
التأثيرالسرعةالتكلفةالنضجالطبيعة

3.2إجمالي

كيف يتم تقييم هذا الحل

  • التأثير5 / 5إمدادات كبيرة ومستقرة من الكهرباء منخفضة الكربون مهما كان الطقس.
  • السرعة2 / 5غالبًا ما تستغرق المحطات الجديدة عقدًا أو أكثر قبل أن تبدأ العمل.
  • التكلفة2 / 5تكاليف أولية مرتفعة جداً، مع تاريخ طويل من تجاوز الميزانيات.
  • النضج5 / 5تقنية ناضجة تعمل حول العالم منذ عقود؛ والمفاعلات الأصغر قيد التطوير.
  • الطبيعة2 / 5تحتاج إلى مساحة أرض صغيرة جداً، لكن تعدين اليورانيوم والنفايات المشعة واستخدام المياه مشاكل.

دليل

هذا هو النص المصوّر للفيلم. الدليل متاح حالياً بالإنجليزية فقط - لغتك قادمة قريباً.

دليل 1/10دليل 2/10دليل 3/10دليل 4/10دليل 5/10دليل 6/10دليل 7/10دليل 8/10دليل 9/10دليل 10/10

اختبار

السؤال 1 من 10

من أول من طرح فكرة الذرات، نحو عام 430 قبل الميلاد؟

النتيجة 0 / 10

النص

قد تبدو الذرات تافهة، لكن هذه اللبنات المجهرية تحمل طاقة هائلة قد تكون جواباً لأحد أكبر تحديات البشرية: إبقاء الأنوار مضاءة من دون تخريب الكوكب.

المشكلة أن تسخير طاقة الذرات معقد قليلاً، والخطأ فيه قد تكون عواقبه مزعجة. لنلقِ نظرة على عجائب الطاقة النووية.

رغم أن البشر مكوّنون حرفياً من ذرات، لم يكن أحد يعرف بوجودها حتى طرح الفيلسوفان اليونانيان القديمان ليوكيبوس وديموقريطس الفكرة نحو عام 430 ق.م [1,2,3]. لكن من دون دليل، تجاهلهما الجميع تقريباً.

بحلول القرن العشرين، ثبت أخيراً وجود الذرات [4,5,6]، وفي عام 1938، اكتشف الثنائي الألماني النشيط أوتو هان وفريتز شتراسمان، بمساعدة ليز مايتنر التي كثيراً ما تُهمَل، كيف يشطران الذرات لإطلاق كمية هائلة من الطاقة - وهي عملية تسمى الانشطار النووي [7,8,9].

وطبعاً، أول شيء فعله البشر كان صنع قنبلة [10]. لكن بعد أن انقشع الغبار، أدرك أحدهم أن الطاقة الذرية يمكنها أيضاً تشغيل المحامص والتلفزيونات ومصابيح الطاولة، وهكذا وُلدت الطاقة النووية [11,12].

لكن كيف يمكن إطلاق الطاقة الذرية بالضبط؟

حسناً، تحتاج أولاً إلى النوع المناسب من الذرات. الذرات الثقيلة والمشعة مثل اليورانيوم-235 هي الأسهل انشطاراً بسبب عدم استقرارها [13,14,15].

عند حشرها في قضبان الوقود، وإدخالها في مفاعل نووي، وقصفها بجسيمات دون ذرية تسمى النيوترونات، يمكن إجبار الذرات على الانقسام، فتطلق نيوترونات أكثر - فتصطدم، مثل لعبة دومينو ذرية، بذرات يورانيوم أخرى، فتسبب تفاعلاً متسلسلاً.

وهذا يولد حرارة تحول الماء إلى بخار، يدير توربينات لتوليد الكهرباء، من دون حرق أو إطلاق أي كمية من ثاني أكسيد الكربون [16-19].

مقارنةً بكيلوغرام من الفحم، يولد كيلوغرام من اليورانيوم طاقة تزيد بأكثر من 150,000 مرة [20,21,22]، وبما أن اليورانيوم شائع جداً على الأرض [23,24,25]، فقد يستمر مصدر الطاقة هذا منخفض-الكربون لقرون [26].

وبإزاحتها للوقود الأحفوري، منعت بالفعل إطلاق نحو 70 مليار طن متري من ثاني أكسيد الكربون خلال آخر 50 عاماً [27] …وهي كمية من CO2 أكبر مما أطلقته اليابان أو الهند على الإطلاق [28].

لكن ربما أكبر نقاط قوتها هي موثوقيتها المستمرة، ما يعني أنها قد تحل أكبر تحدٍ يواجه طاقة الرياح والطاقة الشمسية: مشكلة التقطع. وبما أن الرياح والشمس تعتمدان على الطقس، فلا يمكنهما دائماً توفير الطاقة عند الحاجة [29-32].

لذلك، إلى أن يكتشف البشر كيفية تخزين ما يكفي من طاقة الرياح والشمس لاستخدامها في تلك الأيام الغائمة بلا رياح [33]، قد تكون الطاقة النووية مصدراً مهماً لطاقة الحمل الأساسي المستقرة التي تقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري. وهي تشكل بالفعل 9% [34-37] من إنتاج الكهرباء العالمي.

فلماذا لا يستخدم البشر المزيد منها؟

لنواجه المشكلة الكبيرة: Three Mile Island [38,39]، Chernobyl [40,41]، Fukushima [42,43]. لم تكن هذه الحوادث النووية رائعة تماماً للعلاقات العامة - فقد تضمنت كلها فشلاً في تبريد قلوب المفاعلات وأخطاء بشرية.

قد ينصهر القلب المحموم [44,45,46]، مطلقاً مستويات خطيرة من الإشعاع يمكن أن تبقى لعقود… [47-50] وهذا يقودنا إلى عيب كبير آخر: النفايات النووية!

عندما تنشطر ذرات اليورانيوم، لا تطلق الطاقة فقط، بل تنتج نواتج انشطار شديدة الإشعاع، مثل السيزيوم-137 والسترونتيوم-90، تبقى لعقود وتخلف وقوداً مستهلكاً يظل مشعاً لآلاف السنين [51,52,53].

ويمكن أيضاً إعادة معالجة النفايات النووية لاستخراج البلوتونيوم لصنع أسلحة نووية، ما يخلق مخاطر انتشار الأسلحة النووية مع حصول دول أكثر فأكثر على وسائل صنع قنبلة [54,55,56].

ثم هناك التكلفة. محطات الطاقة النووية الكبيرة بطيئة ومكلفة البناء [57,58,59]، وقد يستغرق بناؤها أحياناً عقوداً ويكلف عشرات مليارات الدولارات [60,61,62] - أكثر بكثير من الرياح أو الشمس أو حتى الوقود الأحفوري.

والأسوأ أن بناء محطات جديدة صار أغلى خلال العقود الماضية، بينما أصبحت مصادر مثل الرياح والشمس أرخص بكثير [63,64,65].

فلماذا يهتم البشر بالطاقة النووية أصلاً؟

والمفاجأة أن الطاقة النووية أكثر أماناً فعلياً من الوقود الأحفوري، الذي يضخ تلوثاً ساماً في الهواء يقتل ملايين الناس كل سنة [65-71] - أكثر بكثير مما قتلته الطاقة النووية في تاريخها كله! [72-81].

في الواقع، تحتل الطاقة النووية المرتبة الثانية بين أكثر مصادر الطاقة أماناً بعد الشمس [82,83].

لكن ماذا عن مشكلة النفايات النووية؟ تاريخياً، خزنها البشر في حاويات خرسانية كبيرة [84] أو دفنوها في حجرات محصّنة تحت الأرض لمنع التسربات [85,86].

ويجري بناء مستودعات جيولوجية عميقة [87,88,89] يمكنها تخزين النفايات بأمان لآلاف السنين تحت الأرض في فنلندا والسويد وفرنسا. لذا، رغم أن النفايات تحدٍ، يمكن التغلب عليه، وإجمالي النفايات الناتجة صغير مقارنة بالطاقة المولدة [90].

أما ذلك البلوتونيوم المزعج؟ فأصبح من الصعب جداً الآن استخراج مواد صالحة لصنع الأسلحة من نفايات المفاعلات الحديثة، ما يترك مجالاً قليلاً جداً للعبث! [91,92].

ويبقى لنا آخر مشكلة: التكلفة. رغم أن بناء محطات الطاقة مكلف، فإنها عند تشغيلها تعمل عادة بكلفة منخفضة نسبياً لمدة 60 إلى 80 عاماً [93,94,95] - أطول بكثير من منشآت الرياح والشمس، التي لا يتجاوز عمرها-التشغيلي 20 إلى 30 عاماً [96,97,98]. ويمكن للمحطات النووية أيضاً الاتصال مباشرة بشبكات الكهرباء الموجودة، بينما تحتاج الرياح والشمس إلى تطوير التخزين والنقل بسبب تقطعهما [34,35,99,100].

ويمكن لتصاميم المفاعلات المتقدمة، مثل مفاعلات الملح المنصهر، أن تحسن الأمان والكفاءة أكثر. وباستخدام وقود سائل، يمكنها العمل بكفاءة حرارية أعلى عند ضغوط أقل. ولديها أيضاً آليات أمان مانعة-للفشل أفضل: إذا ارتفعت حرارة الوقود أكثر من اللازم، يذيب سدادة ويُفرغ الوقود تلقائياً ليبرد. نجونا من الكارثة! [101-106]

وهناك أيضاً حماس متزايد للمفاعلات المعيارية الصغيرة، التي تُبنى في مصانع خارج الموقع، وقد تخفض التكاليف الأولية وتسرع البناء [107-110]. وتستكشف شركات التقنية العملاقة بالفعل استخدامها لتشغيل مراكز بياناتها [111,112,113]، وكذلك شركات الشحن لتشغيل سفن الحاويات المستقبلية [114-118].

إذن، السؤال الكبير: هل ينبغي للبشر استخدام الطاقة النووية؟ حسناً، لا يوجد مصدر طاقة مثالي، والانشطار النووي له بالتأكيد عيوبه، وأهمها أنه مكلف وقد يستغرق بناؤه عقوداً.

في المقابل، مزارع الرياح والشمس أسرع وأرخص في الإنشاء [119,120,121]، وتكاليفها - إلى جانب تكاليف تخزين الطاقة بالبطاريات - تهبط بسرعة [122,123,124] وينبغي أن تواصل الهبوط خلال العقود المقبلة [125-128].

وبحلول وقت دخول محطات نووية جديدة أو حتى مفاعلات معيارية إلى الخدمة، قد تكون تقنيات أسرع تطوراً مثل الرياح والشمس (المدعومة بتخزين الطاقة بالبطاريات) قد سرقت الأضواء بالفعل [125-131]، ما قد يجعل النووي يبدو… حسناً، متأخراً قليلاً عن الحفلة.

لكن حالياً، النووي أحد الخيارات القليلة منخفضة-الكربون التي تستطيع توفير طاقة مستمرة وآمنة وموثوقة. لذلك، إذا كان البشر جادين فعلاً بشأن خفض انبعاثاتهم الكربونية [132]، فإن إبقاء المحطات النووية الحالية عاملة ليس مجرد إدارة ذكية للمخاطر - بل هو ضروري.

سواء أصبحت التقنية النووية الجديدة مجدية من حيث التكلفة في الوقت المناسب، أو جعلت حلول تخزين الطاقة مصادرَ الطاقة المتجددة الخيار المفضل، فهناك أمر واحد واضح… السباق بدأ!

المستشارون الخبراء

نتوجه بالشكر إلى

Prof. Ian Farnan

جامعة كامبريدج

مركز كامبريدج للطاقة النووية

Dr. Nathaniel Read

جامعة كامبريدج

قسم الهندسة

Prof. Simon Middleburgh

جامعة بانجور

معهد المستقبل النووي

Prof. James Marrow

كلية مانسفيلد، جامعة أكسفورد

قسم المواد

فيديوهات إضافية

هذه الموارد ليست تابعة لنا. كل ما هو مرتبط هنا باللغة الإنجليزية.

القضايا والاقتصاد - الوضع في الولايات المتحدة

القضايا والاقتصاد - الوضع في فرنسا وألمانيا

قراءة إضافية

هذه الموارد ليست تابعة لنا. كل ما هو مرتبط هنا باللغة الإنجليزية.

ملخص المفاعلات النووية

التاريخ

العيوب والحلول

الابتكار

المراجع

كل ما هو مرتبط هنا باللغة الإنجليزية.

  1. [1] تاريخ موجز للذرية: من ديموقريطس إلى بور | Nature
  2. [2] الذرة - التطور والنظرية والبنية | Britannica
  3. [3] الذرية القديمة | Stanford Encyclopedia of Philosophy
  4. [4] الذرة: اكتشافها | Block by Block: The Historical and Theoretical Foundations of Thermodynamics (انظر ملاحظات مرجعية*)
  5. [5] الذرات | Matter: A Very Short Introduction (انظر ملاحظات مرجعية*)
  6. [6] 100 سنة من النظرية الذرية | Science (انظر ملاحظات مرجعية*)
  7. [7] ليز مايتنر: حياة في الفيزياء | California Studies in the History of Science (انظر ملاحظات مرجعية*)
  8. [8] اكتشاف الانشطار النووي | Max Planck Institute for Chemistry (انظر ملاحظات مرجعية*)
  9. [9] علم نووي رائد: اكتشاف الانشطار النووي | IAEA (انظر ملاحظات مرجعية*)
  10. [10] الآن يمكن روايتها: قصة مشروع مانهاتن - الجنرال Leslie R. Groves
  11. [11] تاريخ الطاقة النووية | US Department of Energy
  12. [12] تاريخ الطاقة النووية | The Grainger College of Engineering | University of Illinois Urbana-Champaign
  13. [13] عملية الانشطار | MIT Nuclear Reactor Laboratory
  14. [14] اليورانيوم 235 - نظرة عامة | ScienceDirect Topics
  15. [15] اليورانيوم-235 (U-235) | التعريف والاستخدامات والعمر النصفي والحقائق | Britannica
  16. [16] النووي 101: كيف يعمل المفاعل النووي؟ | US Department of Energy
  17. [17] أساسيات النووي | World Nuclear Association
  18. [18] كيف يعمل المفاعل النووي | NEI
  19. [19] مفاعلات الطاقة النووية | World Nuclear Association
  20. [20] مصادر الطاقة على الأرض | The Sun, Energy, and Climate Change (انظر ملاحظات مرجعية*)
  21. [21] اليورانيوم: وقود لاقتصاد طاقة مثالي | Visual Capitalist (انظر ملاحظات مرجعية*)
  22. [22] ثورة اليورانيوم | Atha Energy (انظر ملاحظات مرجعية*)
  23. [23] نظرة عامة على تعدين اليورانيوم | World Nuclear Association
  24. [24] حقائق عن الوقود النووي: اليورانيوم | US Department of Energy
  25. [25] اليورانيوم | British Geological Survey
  26. [26] موارد الوقود النووي: هل تكفي لوقت طويل؟ | OECD Nuclear Energy Agency
  27. [27] الطاقة النووية | IEA
  28. [28] من ساهم أكثر في انبعاثات CO2 العالمية؟ | Our World in Data
  29. [29] التباين المكاني والزماني لمتغيرات المناخ وإنتاج الكهرباء المتجددة المتقطع - مراجعة | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  30. [30] عشر سنوات من تحليل منحنى البطة: كيف يساعد اكتشاف من NREL عام 2008 على إدخال مزيد من الطاقة الشمسية إلى الشبكة اليوم | NLR (NREL)
  31. [31] الطاقة النووية في نظام طاقة نظيفة - تحليل | IEA
  32. [32] تكامل الطاقة النووية والمتجددة من أجل حلول طاقة نظيفة | أخبار | NLR (NREL) (مؤرشف) (انظر ملاحظات مرجعية*)
  33. [33] تخزين الطاقة مهم لإنشاء أنظمة كهرباء ميسورة وموثوقة وخالية من الكربون بدرجة كبيرة | MIT News (انظر ملاحظات مرجعية*)
  34. [34] الطاقة النووية في العالم اليوم | World Nuclear Association (انظر ملاحظات مرجعية*)
  35. [35] التقدم العالمي نحو الكهرباء المتجددة: تتبع دور الطاقة الشمسية (الإصدار 3) | IEEE Journal of Photovoltaics (انظر ملاحظات مرجعية*)
  36. [36] تقرير مراجعة الكهرباء العالمية 2024 | Ember Energy (مذكور في: الطاقة المتجددة في إمدادات الطاقة | REN21)
  37. [37] حصة الطاقة النووية من الكهرباء في 2023 | PRIS | IAEA (حصة الطاقة النووية من توليد الكهرباء حسب البلد)
  38. [38] حادث ثري مايل آيلاند | 1979، بنسلفانيا، الولايات المتحدة | Britannica
  39. [39] معلومات أساسية عن حادث ثري مايل آيلاند | NRC.gov
  40. [40] كارثة تشيرنوبل | الأسباب، الآثار، الوفيات، الفيديوهات، الموقع، والحقائق | Britannica
  41. [41] معلومات أساسية عن حادث محطة تشيرنوبل للطاقة النووية | NRC.gov
  42. [42] حادث فوكوشيما | ملخص، التاريخ، الآثار، والحقائق | Britannica
  43. [43] الحادث النووي في فوكوشيما داييتشي | IAEA
  44. [44] انصهار قلب المفاعل - نظرة عامة | ScienceDirect Topics
  45. [45] الانصهار | الطاقة النووية، أمان المفاعلات، الهيدروليكا الحرارية | Britannica
  46. [46] كيف يحدث انصهار نووي؟ (مع فيديو) | PHYS.org
  47. [47] الترسب الإشعاعي الناتج عن تفجير نووي | Radiation Emergency Medical Management | US Department of Health
  48. [48] العواقب طويلة الأمد للترسب الإشعاعي من تشيرنوبل: استكشاف للبيانات المجمعة | The Millbank Quarterly
  49. [49] انخفاضات حادة في السيزيوم المشع بعد 30 عاماً من مراقبة نباتات المناطق الجبلية العالية في وسط النرويج | Journal of Environmental Radioactivity
  50. [50] السيزيوم-137 في العشب من ترسبات تشيرنوبل الإشعاعية | Journal of Environmental Radioactivity
  51. [51] حالة واتجاهات إدارة الوقود المستهلك والنفايات المشعة | IAEA
  52. [52] معلومات أساسية عن النفايات المشعة | NRC.gov
  53. [53] النفايات المشعة عالية المستوى | NIRS
  54. [54] إعادة معالجة الوقود النووي: خطيرة، وملوِّثة، ومكلفة | Union of Concerned Scientists
  55. [55] دورة الوقود النووي و«منطقة الخطر» للانتشار | Journal for Peace and Nuclear Disarmament
  56. [56] مخاطر الانتشار في برامج الطاقة النووية المدنية | National Defense University
  57. [57] اقتصاديات الطاقة النووية | World Nuclear Association (انظر ملاحظات مرجعية*)
  58. [58] لماذا يكلف بناء محطات الطاقة النووية الكثير من المال؟ | Institute for Progress (انظر ملاحظات مرجعية*)
  59. [59] لماذا تكلف محطات الطاقة النووية الكثير - وما الذي يمكن فعله حيال ذلك | Bulletin of the Atomic Scientists (انظر ملاحظات مرجعية*)
  60. [60] قد تتجاوز تكلفة Hinkley Point C الميزانية بـ28 مليار جنيه إسترليني مع توقع EDF مزيداً من التأخيرات | News | The Chemical Engineer (انظر ملاحظات مرجعية*)
  61. [61] محطة نووية بريطانية تواجه تأخيراً جديداً لعدة سنوات وقد تصل تكلفتها إلى 46 مليار جنيه إسترليني | Financial Times (انظر ملاحظات مرجعية*)
  62. [62] محطة الضبعة للطاقة النووية، أول محطة للطاقة النووية في مصر | Power Technology (انظر ملاحظات مرجعية*)
  63. [63] تكاليف الطاقة النووية: لماذا تستمر في الارتفاع؟ | Energy Policy (انظر ملاحظات مرجعية*)
  64. [64] أن تصل متأخراً خير من ألا تصل أبداً، لكن الأفضل ألا تتأخر أبداً: تقييم مخاطر مشاريع بناء الطاقة النووية | Energy Policy
  65. [65] Lazard LCOE+ | يونيو 2025 (في: لماذا أصبحت الطاقة المتجددة رخيصة بهذه السرعة؟ | Our World in Data) (انظر ملاحظات مرجعية*)
  66. [66] وفيات تلوث الهواء الناتجة عن الوقود الأحفوري، 2015 | Our World in Data (انظر ملاحظات مرجعية*)
  67. [67] الوفيات العالمية الناتجة عن تلوث الهواء الخارجي بالجسيمات الدقيقة بسبب احتراق الوقود الأحفوري | Environmental Research (انظر ملاحظات مرجعية*)
  68. [68] وفيات تلوث الهواء المنسوبة إلى الوقود الأحفوري: دراسة رصدية ونمذجة | BMJ (انظر ملاحظات مرجعية*)
  69. [69] آثار إزالة انبعاثات الوقود الأحفوري وكل الانبعاثات البشرية على الصحة العامة والمناخ | PNAS (انظر ملاحظات مرجعية*)
  70. [70] فقدان متوسط العمر المتوقع بسبب تلوث الهواء مقارنة بعوامل الخطر الأخرى: منظور عالمي | Cardiovascular Research (انظر ملاحظات مرجعية*)
  71. [71] NASA GISS | موجز علمي: الفحم والغاز أكثر ضرراً بكثير من الطاقة النووية (مؤرشف) (انظر ملاحظات مرجعية*)
  72. [72] الوفيات التاريخية الناتجة عن الطاقة النووية | Environmental Progress (انظر ملاحظات مرجعية*)
  73. [73] تصنيف المعرفة بحوادث الطاقة النووية | IAEA (انظر ملاحظات مرجعية*)
  74. [74] كم بلغ عدد الوفيات في تشيرنوبل وفوكوشيما؟ | Our World in Data (انظر ملاحظات مرجعية*)
  75. [75] عقد واحد بعد تشيرنوبل | IAEA (انظر ملاحظات مرجعية*)
  76. [76] تقديرات عبء السرطان في أوروبا الناتج عن التداعيات المشعة لحادث تشيرنوبل | International Journal of Cancer (انظر ملاحظات مرجعية*)
  77. [77] تقرير خاص: إحصاء الوفيات | Nature (انظر ملاحظات مرجعية*)
  78. [78] Torch 2016: تقييم علمي مستقل للآثار الصحية المرتبطة بكارثة تشيرنوبل النووية (انظر ملاحظات مرجعية*)
  79. [79] حادث فوكوشيما داييتشي | World Nuclear Association (انظر ملاحظات مرجعية*)
  80. [80] The Daily Yomiuri: 573 وفاة مرتبطة بالأزمة النووية | NRC (انظر ملاحظات مرجعية*)
  81. [81] العواقب الإشعاعية والنفسية لحادث فوكوشيما داييتشي | Bulletin of the Atomic Scientists (انظر ملاحظات مرجعية*)
  82. [82] ما أكثر مصادر الطاقة أماناً ونظافة؟ | Our World in Data
  83. [83] رسم معلوماتي: ما الذي يجعل الطاقة النووية آمنة؟ | IAEA
  84. [84] معلومات أساسية عن التخزين الجاف للوقود النووي المستهلك | NRC.gov
  85. [85] تخزين النفايات المشعة والتخلص منها | World Nuclear Association
  86. [86] مرافق التخلص من النفايات المشعة بالقرب من السطح | IAEA
  87. [87] مستقبل إدارة النفايات المشعة | دروس من أوروبا
  88. [88] أحدث التطورات من البحث والتطوير في فنلندا، دعماً للتشغيل النهائي للمستودع الجيولوجي العميق | Waste Management Symposium 2024
  89. [89] التخلص الجيولوجي العميق من النفايات المشعة | Radioactivity in the Environment
  90. [90] ما النفايات النووية، وماذا نفعل بها؟ | Nuclear Essentials | World Nuclear Association
  91. [91] ضمانات لمنع الانتشار النووي | World Nuclear Association
  92. [92] ورقة حقائق: مخاطر الانتشار النووي في برامج الطاقة النووية | Center for Arms Control and Non-Proliferation
  93. [93] إخراج المنشآت النووية من الخدمة | World Nuclear Association
  94. [94] ما العمر الافتراضي للمفاعل النووي؟ أطول بكثير مما قد تظن | US Department of Energy
  95. [95] لماذا يطول عمر المحطات النووية | MIT Technology Review
  96. [96] توربينات الرياح والألواح الشمسية تشيخ مبكراً | IER
  97. [97] كم تدوم الألواح الشمسية في المملكة المتحدة؟ | The Renewable Energy Hub
  98. [98] العمر الافتراضي لتوربينات الرياح | The Renewable Energy Hub
  99. [99] ذكية ومستقرة وموثوقة | IAEA
  100. [100] دمج الطاقة المتجددة في شبكات الكهرباء | IRENA
  101. [101] مفاعلات الملح المنصهر (MSR) | IAEA
  102. [102] مفاعل الملح المنصهر - نظرة عامة | ScienceDirect Topics
  103. [103] مفاعلات الملح المنصهر | بوابة للابتكار المتسارع في المجال النووي
  104. [104] تقييم أمان مفاعلات الملح المنصهر مقارنة بمفاعلات الماء الخفيف | Journal of Radiation Research and Applied Sciences
  105. [105] استكشاف فوائد مفاعلات الملح المنصهر | Digital Chemical Engineering
  106. [106] مفاعلات الملح المنصهر - خيارات أمان كثيرة | OSTI.GOV
  107. [107] ما هي المفاعلات الصغيرة المعيارية (SMRs)؟ | IAEA
  108. [108] المفاعلات الصغيرة المعيارية المتقدمة (SMRs) | US Department of Energy
  109. [109] المفاعلات الصغيرة المعيارية: أبسط وأكثر أماناً وأقل تكلفة؟ | Energy
  110. [110] المفاعلات الصغيرة المعيارية - مفتاح مستقبل توليد الطاقة النووية في الولايات المتحدة | EPIC | University of Chicago
  111. [111] Google تلجأ إلى الطاقة النووية لتشغيل مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي | BBC News
  112. [112] Amazon تستعين بمفاعلات نووية صغيرة معيارية في مسعاها للوصول إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية | Amazon
  113. [113] يمكن لـ Microsoft أن تقود مجال المفاعلات الصغيرة المعيارية لتشغيل الذكاء الاصطناعي | Forbes
  114. [114] Maersk تستكشف جدوى شحن الحاويات بالطاقة النووية | Ship Technology
  115. [115] قد يصبح شحن الحاويات بالطاقة النووية ممكناً خلال العقد المقبل | The Chemical Engineer
  116. [116] الخيار النووي للشحن في التحول نحو صافي الصفر: هل هو قابل للتطبيق؟ | HFW
  117. [117] محطات الطاقة النووية العائمة ستعمل في عدة مواقع حول العالم بحلول نهاية عشرينيات القرن الحالي | The Lyncean Group of San Diego
  118. [118] Thor من Ulstein المدعومة بالطاقة النووية وسفينتها المرافقة الكهربائية بالكامل هما حل بلا كربون للسياحة البحرية | The Lyncean Group of San Diego
  119. [119] الانتشار التاريخي للطاقة النووية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية: آثار على مسارات التخفيف من تغير المناخ | Environmental Research Letters
  120. [120] الطاقة النووية مقابل المتجددة: منظور الحجم | SSRN
  121. [121] تحليل مقارن لتكاليف توليد الكهرباء من مصادر متجددة ووقود أحفوري ومصادر نووية | Journal of Cleaner Production
  122. [122] الكهرباء المتجددة منخفضة التكلفة كمحرك رئيسي للتحول العالمي في الطاقة نحو الاستدامة | Energy
  123. [123] انخفاض تكاليف الطاقة المتجددة بشدة - هل تتأخر سيناريوهات الطاقة؟ | Energy Strategy Reviews
  124. [124] البطاريات وتحولات الطاقة الآمنة - تحليل | IEA
  125. [125] تخزين البطاريات والطاقة المتجددة: التكاليف والأسواق حتى 2030 | IRENA
  126. [126] توقعات تكاليف تخزين البطاريات على مستوى المرافق: تحديث 2023 | NLR (NREL)
  127. [127] إعادة التفكير في الطاقة 2020-2030: الطاقة الشمسية والرياح والبطاريات بنسبة 100% ليست سوى البداية | ReThinkX (مؤرشف)
  128. [128] هل نحن متشائمون أكثر من اللازم؟ توقعات تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح والبطاريات تبالغ في تقدير التكاليف الفعلية عالميا | Applied Energy (انظر ملاحظات مرجعية*)
  129. [129] إعادة التفكير في الطاقة | ReThinkX (مؤرشف)
  130. [130] التغيرات في قطاع الكهرباء فرصة وليست تهديدا | RMI
  131. [131] الدور المستقبلي للطاقة النووية في نظام كهرباء أمريكي منزوع الكربون | NLR (NREL)
  132. [132] آفاق جديدة لتمويل الإنشاءات النووية الجديدة | Nuclear Technology & Development Economics | OECD NEA

ملاحظات مرجعية

4-9

من أول من شطر الذرة مقابل الانشطار النووي

شقّ كوكرُفت ووالتون ذرات Li-7 بقصفها بالبروتونات عام 1932. وقدّم هذا العمل دليلاً تجريبياً على تكافؤ الكتلة/الطاقة (E=mc2) الذي نالا عنه جائزة نوبل، وأظهر تحرر ‘الطاقة النووية’ (نحو 8 MeV - ميغا إلكترون فولت). وفي وقت لاحق، قصف مايتنر وهان وشتراسمان اليورانيوم بالنيوترونات لإحداث انشطار نواة يورانيوم، مطلقين 200 MeV من الطاقة ومحررين 2-3 نيوترونات تسمح بتفاعل نووي متسلسل، كان ليو زيلارد قد تصوره في الأصل عام 1933.

20,21,22

كثافة الطاقة في اليورانيوم

تقول بعض المصادر إن كثافة الطاقة في اليورانيوم أعلى بملايين المرات منها في الفحم. ورغم صحة ذلك، فهو مضلل لأن جزءاً فقط من هذه الطاقة يمكن توليده بشكل مفيد في مفاعل.

  • U-235 = 3,900,000 ميغا جول/كغ
  • الفحم = 24 ميغا جول/كغ
  • النفط الخام = 44 ميغا جول/كغ
32-35

الطاقة النووية الأساسية - قابلة للتوزيع مقابل متابعة الحمل

بعد بنائها، تستطيع محطات الطاقة النووية توفير كهرباء مستمرة وموثوقة وسهلة الدمج و«قابلة للتشغيل عند الطلب»، وتتجنب تكاليف وتعقيدات ربط الشبكة والتوزيع والتخزين المرتبطة حالياً بطاقة الرياح والطاقة الشمسية على مستوى الشبكة، وهي عوامل غالباً ما تُستبعد من تحليلات التكلفة والمنفعة. لكن الطاقة النووية مصدر طاقة «للحمل الأساسي» لا «يتبع الحمل»، بحيث لا يمكن رفع أو خفض إنتاجه بسرعة استجابةً لفائض الطاقة أو لذروات الطلب. لذلك، تواجه التحديات نفسها التي تواجه مصادر طاقة الحمل الأساسي التقليدية A. ولمعالجة هذه المشكلة، تستخدم المفاعلات المتقدمة خزانات حرارية من الملح المنصهر لتخزين فائض الطاقة، ويمكن لشبكات المفاعلات النووية مثل تلك الموجودة في فرنسا أن تستجيب بفعالية عبر تعديلات صغيرة ومتكاملة نسبياً في الإنتاج.

(تعليق من البروفيسور Ian Farnan، 2024)

57-63

تكاليف الطاقة النووية

تقديرات التكلفة والأداء لتقنيات جديدة لتوليد الكهرباء على نطاق المرافق. (2019 - الولايات المتحدة فقط) B

تقديرات التكلفة الأساسية:

  • الطاقة النووية المتقدمة: $6,041/كيلوواط
  • محطة كهرومائية بقدرة 100 ميغاواط: $5,316/كيلوواط
  • طاقة الرياح البحرية: $4,375/كيلوواط
  • الكتلة الحيوية: $4,097/كيلوواط
  • الفحم فائق فوق الحرج (من دون احتجاز CO2): $3,676/كيلوواط
  • محطة للطاقة الحرارية الأرضية: $2,521/كيلوواط
  • طاقة الرياح البرية، صغيرة: $1,677/كيلوواط
  • طاقة الرياح البرية، كبيرة: $1,265/كيلوواط
  • الطاقة الشمسية الكهروضوئية: $1,313/كيلوواط
  • الغاز (دورة مركبة - عمود واحد): $1,084/كيلوواط
  • الغاز (دورة مركبة - عدة أعمدة): $958/كيلوواط
  • الغاز (توربين احتراق - مشتق من محركات الطائرات): $1,175/كيلوواط
  • الغاز (توربين احتراق - إطار صناعي): $713/كيلوواط

«تشير الوحدات النووية الجديدة حالياً إلى أن التكاليف الإجمالية ستكون بين $5,500/كيلوواط و$8,100/كيلوواط، أو بين $6 مليارات و$9 مليارات لكل محطة بقدرة 1,100 ميغاواط.» (2008) C

«في عام 2007، قدّرت موديز «السعر الإجمالي» لمفاعل طاقة نووية جديد بقدرة 1,000 ميغاواط في الولايات المتحدة بين $5-6 مليارات لكل مفاعل.» D

(انظر المواد الإضافية حول مستقبل اقتصاديات الطاقة النووية)

65

رسم بياني لتكلفة الطاقة المستوية (LCOE)

يمثل الرسم البياني المعروض خلاصة ما نُشر في تقرير Lazard عن LCOE+ في يونيو 2025، ويعرض متوسط قيم LCOE غير المدعومة في دراسات LCOE السنوية. ويرتبط أساساً بمشهد الطاقة في أمريكا الشمالية، لكنه يعكس تطورات أوسع/عالمية في التكاليف. يمكن العثور على مسارات LCOE العالمية المتوسطة لمحطات المرافق لتقنيات الطاقة المتجددة الأخرى في المصدر E.

66-71

تعليق على الوفيات المرتبطة بالوقود الأحفوري

يختلف العدد الدقيق للوفيات المبكرة المنسوبة إلى استخدام الوقود الأحفوري كثيراً بين المصادر، وكلها تقديرات لأن الإسناد الدقيق صعب، لذا لا يمكن تقديم رقم محدد.

  • [66] يحدد الوفيات الزائدة السنوية في 2015 الناتجة عن الآثار الصحية لتلوث الهواء الناتج من حرق الوقود الأحفوري. ويعطي رقماً قدره 3.61 مليون وفاة عالمياً، مع تسجيل الصين أعلى حصيلة وفيات بلغت 1.5 مليون وحدها.
  • [67] يقدّر حصيلة الوفيات المبكرة بـ10.2 مليون في 2012 نتيجة التعرض لجسيمات PM2.5 (الجسيمات العالقة المحمولة جواً والمنبعثة من حرق الوقود الأحفوري)، منها 3.9 مليون في الصين و2.5 مليون في الهند.
  • [68] يقدّر الوفيات الزائدة بـ8.34 مليون في 2019 نتيجة تلوث الجسيمات الدقيقة والأوزون، وكان معظمها (52%) بسبب حالات قلبية-استقلابية نتيجة مباشرة لهذا التلوث.
  • [69] يحاكي إجمالي معدل وفيات زائدة سنوي قدره 8.79 مليون عالمياً نتيجة تلوث الهواء (التعرض للأوزون والجسيمات الدقيقة)، مع انخفاض متوسط العمر المتوقع بمقدار 26.5 عاماً لكل فرد متأثر، إضافة إلى خسارة عالمية متوسطة في العمر المتوقع قدرها 2.9 عاماً، بسبب مضاعفات صحية سلبية. وشمل النموذج نموذجاً لكيمياء الغلاف الجوي-الدوران العام ونموذجاً عالمياً لوفيات التعرض، عملا لفترات من 20 و30 عاماً بما يوافق توصيات IPCC.
  • [70] يستخدم أساليب مشابهة لـ [69] لكن لعام 2015، ويقدّر وفيات زائدة عالمية قدرها 8.8 مليون سنوياً من كل تلوث الهواء المحيط، بما فيه انبعاثات الوقود الأحفوري البشرية المنشأ وتلوث الهواء الطبيعي (من حرائق الغابات، التي يمكن اعتبارها نتيجة غير مباشرة لانبعاثات الوقود الأحفوري، وتزداد شدة/تكراراً مع ارتفاع الاحترار العالمي). ويقدّر أيضاً انخفاضاً عالمياً متوسطاً في العمر المتوقع قدره 2.9 عاماً، منها 1.7 عاماً من كل الانبعاثات البشرية المنشأ و1.1 عاماً من انبعاثات الوقود الأحفوري وحدها. وللمقارنة، يقتل التبغ 7.2 مليون شخص سنوياً مع خسارة في العمر المتوقع قدرها 2.2 عاماً.
  • [71] يلخص حجة استبدال الوقود الأحفوري بالطاقة النووية والانخفاض اللاحق في معدل الوفيات، مشيراً إلى تفادي صافٍ قدره 1.8 مليون وفاة بين 1971-2009، بمتوسط 76,000 سنوياً، يتراوح بين 19,000-300,000. ويوضح أيضاً أن الطاقة النووية مسؤولة عن وفيات أقل بنسبة 99.9% من الفحم البني، و99.8% أقل من الفحم، و99.7% أقل من النفط، و97.6% أقل من الغاز.
72-81

تعليق على الوفيات المرتبطة بالطاقة النووية

يكاد يكون من المستحيل حساب العدد الدقيق للوفيات المبكرة الناتجة عن الطاقة النووية والحوادث المرتبطة بها، بسبب الآثار طويلة الأمد للإشعاع النووي، ومستوى الخطر، وجودة الإبلاغ عن الحوادث.

  • [72] قائمة بالوفيات المباشرة الناتجة عن صيانة محطات الطاقة النووية. كلها غير مدنية، ويبلغ مجموعها 50.
  • [73] تم الإبلاغ عن 30 حادثة حول العالم منذ بداية الطاقة النووية، وأكبرها وأهمها تشيرنوبل (1986)، وفوكوشيما دايتشي (2011)، وثري مايل آيلاند (1979).
  • [74] تمثل حادثة تشيرنوبل أشد آثار حوادث الطاقة النووية. توفي 30 شخصاً مباشرة بعدها. لكن العدد الدقيق للوفيات الناتجة عن الحالات المرتبطة بها ما زال محل خلاف، إذ تتوقع بعض تقارير أوائل العقد الأول من الألفية أن يصل الحد الأقصى إلى 16,000-60,000 وفاة بحلول 2065 بسبب خطر السرطان. أصدرت منظمة الصحة العالمية تقريراً في 2005 يفيد بأن الحد الأقصى للوفيات سيكون أقرب إلى 4,000 بناءً على التعرض، وفي 2018 نشرت UNSCEAR تقرير متابعة خلص إلى النتيجة نفسها التي توصلت إليها في 2008، وهي أن تعرض عامة الناس كان منخفضاً جداً.
  • [75] وفرت الأساس لتقرير منظمة الصحة العالمية المذكور أعلاه، الذي صدر بعد الحادث بوقت قصير، وقدر عدد الوفيات المتوقع بأنه أقرب إلى 9,000. لكن الدراسة شملت بيلاروسيا والاتحاد الروسي وأوكرانيا فقط.
  • [76] توقع تقرير محدّث بعد [75] أعده المؤلف نفسه، ويشمل الآن بقية أوروبا وصدر بعد تقرير منظمة الصحة العالمية، 14,000 وفاة بسبب سرطانات مختلفة.
  • [77] يشرح اختلاف أعداد الوفيات ويبرز الفروقات، منتقداً غياب السياق لدى منظمة الصحة العالمية.
  • [78] تقرير أحدث يخفض عدد الوفيات على مستوى أوروبا من تقديره السابق البالغ 60,000 إلى 40,000، كما يبرز هامش عدم اليقين الكبير، في سياق [76].
  • [79] في سياق ثاني أشد كارثة نووية - فوكوشيما - يفيد [79] بعدم وجود وفيات مرتبطة بالحادث النووي نفسه، وكذلك 0 بسبب مرض الإشعاع، لكنه يذكر 2313 وفاة باعتبارها «وفيات مرتبطة بالكوارث» نتيجة الإجلاء، حيث تم إجلاء 100,000 شخص حفاظاً على سلامتهم. لا يشمل هذا الرقم الوفيات الناجمة عن الزلزال أو تسونامي.
  • [80] يعكس التقرير الرسمي لعام 2012 عدم وجود وفيات بسبب الإشعاع (فوكوشيما). لكنه يذكر 573 وفاة بسبب ضغط الإجلاء.
  • [81] تتوقع هذه الدراسة حداً أقصى قدره 1000 وفاة بسبب الإشعاع، رغم أن هذا الرقم محل خلاف بسبب نقص البيانات طويلة الأمد وتقديرات التعرض (فوكوشيما).

كما أوضحنا، تكاد كل الوفيات المدنية الناتجة عن الطاقة النووية تأتي من حادثتين، مع توقع أعداد الوفيات الإجمالية في المستقبل، بينما يؤثر تلوث الهواء المرتبط بالوقود الأحفوري في كل مناطق العالم باستمرار. لذلك، رغم أوجه عدم اليقين الكبيرة عند حساب الوفيات المنسوبة إلى الوقود الأحفوري والطاقة النووية، بسبب التقديرات، ونسب الوفيات والمرض، ونقص البيانات عالية الجودة، فإن الوفيات المنسوبة إلى احتراق الوقود الأحفوري تفوق بكثير تلك المنسوبة إلى حوادث الطاقة النووية، مع وفيات زائدة بملايين سنوياً من الوقود الأحفوري، مقارنة بإجمالي وفيات متوقع يبلغ ~60,000 (التقدير الأعلى) منذ خمسينيات القرن الماضي لكل الطاقة النووية.

128

رسم بياني لتكلفة الطاقة الشمسية والرياح والبطاريات وتوقعات المستقبل

تعرض الرسوم البيانية المختارة متوسط التكلفة العالمية المتوقعة لتوليد الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة من الرياح البرية والطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق (LCOE بالدولار الأمريكي لكل MWh)، والتكلفة المتوقعة لتخزين الطاقة في بطاريات ليثيوم-أيون ثابتة لمدة 4-h (BESS) (CAPEX بالدولار الأمريكي لكل kWh-سعة من التخزين المركب)، من 2020 حتى 2050. جُمعت هذه البيانات من [128] الذي يقدم تقييماً عالمياً لمتوسط توقعات التكلفة. لكل تقنية ومقياس تكلفة (LCOE & CAPEX)، جمعت الدراسة متوسط توقعات التكلفة من دراسات إقليمية وعالمية عديدة. وعبر هذه الدراسات، أُبلغ عن تقديرات سنوية متوقعة بدقات زمنية وآفاق مختلفة (مثل سنوياً أو كل 5 سنوات، حتى 2030 أو 2040 أو 2050)، وبدرجات مختلفة من الاتساق. حُسب المتوسط العام للتوقعات المتاحة لإنشاء مسار واحد يمثل كل تقنية لأغراض الرسوم البيانية المختارة.

بسبب عدم اتساق التوقعات السنوية، كان النمط المتوسط ينحرف أحياناً في فترات معينة حيث اختلف حجم عينة التقديرات المساهمة. ومع ذلك، كانت دقات التوقعات والفترات والفجوات الناتجة في البيانات متسقة عبر معظم مجموعات البيانات. لذلك، طُبق استيفاء خطي بسيط على جميع البيانات لإنتاج قيم سنوية بين أول وآخر تقدير مُبلّغ عنه في كل دراسة، بناءً على التقديرات المتاحة. لم تُستكمل التوقعات إلى ما بعد النطاق الفردي لأي دراسة؛ لذلك، استُبعدت المصادر التي لم تتضمن تقديرات حتى 2050 أو بدأت بعد نحو 2020.

تضمنت العينة النهائية 11 مجموعة بيانات مستوفاة للطاقة الشمسية الكهروضوئية، و9 للرياح، و9 للبطاريات. حُسب متوسط التكلفة السنوية المتوقعة من هذه المصادر ورُسم كما يظهر. يُعرض LCOE للرياح/الطاقة الشمسية بالدولار الأمريكي/MWh من الكهرباء المولدة، بينما يُعرض CAPEX للبطاريات بالدولار الأمريكي/kWh-سعة باعتباره مقياس التكلفة القياسي للتخزين. تمثل التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) كامل تكاليف نظام توليد الكهرباء، محسوبة كمتوسط على مر الزمن، بما يشمل جميع تكاليف رأس المال والتشغيل والصيانة. لا تولد البطاريات الكهرباء بنفسها، ولم يوفر [128] تكلفة مستوية مكافئة للتخزين (LCOS). بدلاً من ذلك، قدمت الدراسة CAPEX الذي يمثل الاستثمار الأولي. ورغم أنها لا تُقارن مباشرةً بـLCOE المرجح بتوليد الكهرباء على مدى العمر، فإن توقعات تكلفة CAPEX على مستوى النظام التي نمذجتها [128] لأنظمة BESS ببطاريات ليثيوم-أيون 4-h المركبة بالكامل تشمل حدوداً واسعة وشاملة للنظام، بما في ذلك وحدات البطاريات وجميع تكاليف موازنة-النظام، ما يجعلها فعلياً أفضل مقياس قابل للمقارنة ويتجنب تحويلات البيانات والافتراضات الإضافية وتجاوز نطاق عمل [128].

يمثل كل من هذه التوقعات متوسطاً عبر دراسات متعددة، ولذلك يمثل توافقاً واضحاً حول مسارات التكلفة لكل من هذه التقنيات. لكن تجدر الإشارة إلى أن [128] يقترح أن هذه التوقعات قد تكون «متشائمة» أكثر من اللازم. ويقارنونها ببيانات السوق العالمية التاريخية المجمعة من عدة مصادر تجريبية لإبراز المبالغة الواضحة في تقديرات التكاليف، والتقليل الواضح من سرعة خفض التكاليف في السنوات الأخيرة. من بداية معظم التوقعات حتى الوقت الحاضر (~2020-2024)، تكون القيم المتوقعة المتوسطة عموماً أعلى من القيم التاريخية لكل من الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق، والرياح البرية، وأنظمة BESS ليثيوم-أيون. تظهر الطاقة الشمسية بعض التوافق مع القيم المتوقعة، لكن التكاليف المتنبأ بها للرياح البرية والبطاريات أعلى بكثير مما تم الإبلاغ عنه. انخفضت جميعها بوتيرة أسرع من المتوقع. إذا استمرت هذه الاتجاهات المخالفة، فقد تكون تكاليف هذه التقنيات في الواقع مستقبلاً أقل حتى مما تشير إليه التوقعات الحالية، ما يعزز التوقعات بأن تكاليف الطاقة المتجددة وتخزين الطاقة تنخفض بسرعة وستواصل الانخفاض نحو 2050.

مواد إضافية

13-19

القنابل مقابل المفاعلات

على عكس القنبلة النووية، يُنظَّم التفاعل المتسلسل للانشطار في مفاعلات محطات الطاقة باستخدام عمليات تغذية راجعة حرارية سلبية، وقضبان التحكم، والمهدئات، ووقود «منخفض التخصيب».

تُصمَّم المفاعلات بمواد وأنواع وقود لها معامل درجة حرارة سلبي للتفاعلية، ما يعني أنه مع إطلاق الحرارة وارتفاع حرارة الوقود، تنخفض تفاعلية القلب. تزيد درجات الحرارة الأعلى اهتزاز الذرات والمسافات بينها، ما يقلل احتمال التقاط النيوترونات. يحافظ هذا السلوك الطبيعي على استقرار التفاعل والتحكم فيه (أي حرج†)، ويوفر طبقة أمان مدمجة إذا بدأ النظام في التسخن أكثر من اللازم.

تمتص قضبان التحكم، المصنوعة من مواد تمتص النيوترونات وغير قابلة للانشطار (عادةً البورون)، النيوترونات الزائدة وتساعد في إبقاء التفاعل المتسلسل تحت السيطرة. يمكن للمشغلين التحكم في التفاعل المتسلسل برفع قضبان التحكم أو خفضها، وبذلك ضبط القدرة الناتجة من المفاعل: رفع القضبان يسرّع التفاعل، بينما خفضها يبطئه أو يوقفه تمامًا. صُممت قضبان التحكم لتكون آمنة عند الفشل، لذا توقف المفاعل تلقائيًا في حالات الطوارئ أو الأعطال أو انقطاع الكهرباء. وفي غير ذلك، تُستخدم للضبط الدقيق، بينما تتولى عمليات التغذية الراجعة السلبية معظم العمل.

تستخدم المفاعلات النووية عادةً اليورانيوم-235 (U-235) كوقود رئيسي داخل قلوبها، لكنها تحتوي على مجموعة من نظائر اليورانيوم الأخرى الأقل «قابلية للانشطار» أو الأقل كفاءة في الحفاظ على تفاعل متسلسل. يشير تخصيب الوقود إلى عملية زيادة تركيز U-235 داخل القلب مقارنةً بالنظائر الأخرى. يحتوي اليورانيوم الطبيعي على نحو 0.7% فقط من U-235، بينما يكون الباقي في معظمه U-238. تستخدم معظم المفاعلات المدنية يورانيومًا منخفض التخصيب (LEU)، يُخصب عادةً إلى 3-5% من U-235 لتفاعل ثابت يمكن التحكم به وإطلاق للطاقة، بينما يحتوي اليورانيوم عالي التخصيب المخصص للأسلحة (HEU) على نحو 90% من U-235، وهو ما يكفي لتفاعل متسلسل سريع وغير مضبوط وإطلاق سريع وانفجاري للطاقة اللازمة لصنع قنبلة. يصعب الوصول إلى هذا المستوى من التخصيب وتقيّده اللوائح الدولية، كما يُضبط ويُراقب بعناية في غير ذلك لمنع الانتشار النووي (انظر المزيد أدناه). قد يكفي LEU لإحداث زيادة مفاجئة في القدرة تكفي لانصهار قلب مفاعل، لكنه لا يقترب إطلاقًا من مستوى قنبلة نووية.

وأخيرًا، تضم كثير من المفاعلات النووية مهدئًا. لا يمتص U-235، رغم أنه أكثر قابلية للانشطار، النيوترونات عالية الطاقة بسهولة من الأساس، لذا يحتاج إلى قليل من المساعدة. ولتشجيع التقاط النيوترونات، تُبطَّأ النيوترونات باستخدام مهدئ، عادةً الماء العادي أو «الخفيف» المستخدم لتبريد قلب المفاعل، أو الماء المثرى بالديوتيريوم أو «الثقيل» (D2O)، والغرافيت عالي النقاء، وكلاهما ممتاز في إبطاء النيوترونات من دون امتصاصها.

-

†يُقال إن المفاعل «حرج» عندما يعمل بمعدل ثابت وتحت السيطرة.

54-56, 91-92

إعادة التدوير، إعادة المعالجة وانتشار الأسلحة النووية

أثناء التشغيل، يمتص وقود المفاعل النيوترونات ويتحوّل إلى عناصر ثقيلة أخرى، أو يخضع للانشطار ويطلق الطاقة (ومزيداً من النيوترونات الحرة) عبر الانقسام إلى عناصر أخف بكثير تُسمى «نواتج الانشطار».

يلتقط بعض اليورانيوم-238 (U-238)، وهو نظير وفير في وقود المفاعلات، النيوترونات ويتحوّل في النهاية إلى البلوتونيوم-239 (Pu-239). ويُعد Pu-239 أكثر «قابلية للانشطار» وأكثر طلباً بصفته النظير الأساسي المستخدم في الأسلحة النووية حول العالم، بسبب قدرته على الحفاظ على تفاعل متسلسل سريع وانفجاري. ومع تكوّن Pu-239، يمتص مزيداً من النيوترونات لينتج نظائر بلوتونيوم أخرى أقل قابلية للانشطار (مثل Pu-240)، تتراكم سريعاً داخل المفاعل وتكون أقل ملاءمة للأسلحة - قليلاً مثل LEU.

يحتوي الوقود النووي المستهلك على خليط من نظائر البلوتونيوم هذه ونواتج انشطار أخرى؛ وبعض اليورانيوم المتبقي غير المستهلك؛ ونظائر يورانيوم مستنفدة وأقل قابلية للانشطار كنفايات. ويطوّر العلماء طرقاً لإعادة تدوير هذه النفايات، بل إن بعض تصاميم المفاعلات، مثل مفاعلات التوليد السريعة (FBRs)، تستطيع إعادة استخدامها كوقود. وعادةً يكون ذلك على شكل وقود MOX (أكسيد مختلط)، يحتوي على خليط من نظائر اليورانيوم والبلوتونيوم التي كانت ستكون أقل ملاءمة للمفاعلات التقليدية.

تعمل مفاعلات FBRs عبر قصف الوقود المستهلك بنيوترونات أسرع من دون استخدام مهدئ لإبطاء النيوترونات (ولذلك تتطلب مزايا أمان أكثر تطوراً). وهذا يدفع تفاعلات متسلسلة أسرع يمكنها استخدام أنواع الوقود المختلط مثل MOX بفاعلية، مع تركيزات أعلى من البلوتونيوم ونظائر أقل قابلية للانشطار لإطلاق الطاقة. ويمكنها حتى تحويلها إلى نظائر جديدة أكثر قابلية للانشطار يمكن إعادة استخدامها كوقود تقليدي. ويُعرف هذا باسم «التوليد» لأنه ينتج مادة قابلة للانشطار أكثر مما كان موجوداً في الأصل. ولذلك، تحسن مفاعلات FBRs استخدام الوقود، فتطيل عمر موارد اليورانيوم وتقلل النفايات طويلة الأجل.

لكن قبل إعادة استخدام النفايات النووية كوقود، يجب إعادة معالجتها كيميائياً لإزالة المنتجات الأخرى غير القابلة لإعادة التدوير التي تتراكم أثناء الانشطار††. وتمتص نواتج الانشطار هذه أيضاً النيوترونات وتتداخل مع التفاعلات المتسلسلة، ما يقلل كفاءة المفاعل ويزيد صعوبات التحكم في التفاعلية. كما تحتاج المفاعلات إلى تركيزات معينة من المواد القابلة للانشطار (مثل Pu-239 أو U-235) للحفاظ على التفاعلات المتسلسلة. وتسمح إعادة المعالجة باستخراج هذه المواد وتركيزها في MOX، مع ترك نواتج الانشطار الأخرى وراءها.

ويمكن أيضاً استخدام إعادة المعالجة لتركيز واستخراج Pu-239 لصنع أسلحة نووية. لكن توجد ضمانات دولية تمنع بفاعلية تحويل البلوتونيوم لاستخدامه في الأسلحة، بما في ذلك لوائح صارمة وإجراءات مراقبة وتحكم لأنشطة دورة الوقود الوطنية والدولية. وتستخدم المفاعلات المدنية عادةً نيوترونات مُبطّأة تُمتص في الغالب لانشطار U-235 (بدلاً من U-238) وتنتج Pu-239 بكفاءة أقل†††. وأي بلوتونيوم يُستعاد من وقود المفاعلات التجارية المستهلك تكون له تركيبة نظائر مختلطة تجعله غير مناسب للأسلحة. وللحصول على Pu-239 نقي بدرجة صالحة للأسلحة، يجب استخراجه وإعادة معالجته مبكراً في دورة المفاعل قبل تراكم النظائر الأخرى. وإلا فإن عملية الفصل تكون صعبة جداً ومعقدة ومكلفة، وتتطلب تقنيات متخصصة وموارد كبيرة وخبرة واسعة.

تُصنع الأسلحة النووية عادةً بطرق أكثر عملية تعتمد على تخصيب اليورانيوم أو استخدام مفاعلات متخصصة، مثل تلك الموجودة في البرامج العسكرية، المكرسة والمُحسّنة لإنتاج بلوتونيوم بدرجة صالحة للأسلحة. ولذلك، لا تُعد محطات الطاقة النووية المدنية نفسها خطراً كبيراً للانتشار لأن صنع مادة صالحة للاستخدام في الأسلحة من وقود المفاعل صعب. لكن يرى بعضهم أن الخطر يبقى قائماً، إذ يمكن للدول استخدام دورة الوقود النووي المدني كمصدر أو غطاء للمواد والتكنولوجيا والخبرة اللازمة لتطوير أسلحة نووية.

-

††على عكس المفاعلات التقليدية، تستطيع مفاعلات FBRs استهلاك بعض النواتج الثانوية للانشطار مثل الأكتينيدات الثانوية (عناصر مثل الأمريسيوم والكوريوم)، التي تُعد من أطول مكونات النفايات النووية عمراً وأكثرها سمية إشعاعية. ويُعرف هذا باسم «حرق الأكتينيدات». ويمكن لمحطات إعادة المعالجة فصل كثير من نواتج الانشطار مع إبقاء الأكتينيدات في خليط الوقود ليجري استهلاكها، بدلاً من الحاجة إلى تخزينها. وبذلك تسهم مفاعلات FBRs أكثر في تقليل النفايات المشعة طويلة الأجل التي قد تكون ضارة.

†††صُممت مفاعلات FBRs خصيصاً لتوليد نظائر قابلة للانشطار مثل Pu-239 من U-238 (وهو ما يحدث في المفاعلات التقليدية لكن بكفاءة أقل)، ما قد يسهم في خطر أكبر للانتشار النووي. لكن مفاعلات FBRs تنتج (تولد) وتستهلك (تحرق) Pu-239 أثناء تكوّنه ضمن دورة متوازنة. ومثل المفاعلات التقليدية تماماً، فإن أي كمية لا تُستهلك بالفعل تختلط سريعاً أو تتحول إلى نظائر بلوتونيوم أخرى أقل قابلية للانشطار مثل Pu-240. ومن خلال تحويل البلوتونيوم إلى وقود قابل للاستخدام بدلاً من تركه يتراكم كنفايات، تساعد مفاعلات FBRs أيضاً على تقليل كمية البلوتونيوم المتاحة للتحويل المحتمل أو السرقة.

(استناداً إلى المراجع الإضافية التالية وتعليقات الدكتور ناثانيال ريد، 2024).

مراجع وقراءات إضافية

دورة الوقود النووي والتخصيب

نظرة عامة على دورة الوقود النووي | الرابطة النووية العالمية

تخصيب اليورانيوم | الرابطة النووية العالمية

معالجة اليورانيوم | التعدين، التكرير والتخصيب | بريتانيكا

مفاعلات النيوترونات السريعة | الرابطة النووية العالمية

إعادة تدوير النفايات

الاتجاهات ووجهات النظر في إدارة النفايات النووية: الاسترداد، إعادة التدوير، وإعادة الاستخدام | مجلة الهندسة النووية

إعادة المعالجة | NRC.gov

إعادة معالجة الوقود النووي | مختبر أيداهو الوطني | وزارة الطاقة الأمريكية

معالجة الوقود النووي المستخدم | الرابطة النووية العالمية

آثار الفصل والتحويل في إدارة النفايات المشعة | الوكالة الدولية للطاقة الذرية

تقليص النفايات النووية وزيادة الكفاءة لمستقبل طاقة مستدام | الوكالة الدولية للطاقة الذرية

عندما تكون النفايات النووية أصلاً لا عبئاً | الوكالة الدولية للطاقة الذرية

أنظمة التحكم والأمان النووية

أمان مفاعلات الطاقة النووية | الرابطة النووية العالمية

مبادئ السلامة الأساسية لمحطات الطاقة النووية | INSAG | الوكالة الدولية للطاقة الذرية

الأمان النووية - نظرة عامة | موضوعات ScienceDirect

مرونة وأمان الطاقة النووية في مواجهة الأحداث الشديدة | الوكالة الدولية للطاقة الذرية

إعادة هيكلة اللوائح النووية | وجهات نظر الصحة البيئية

أنظمة الاحتواء | الوكالة الدولية للطاقة الذرية

هيكل الاحتواء - نظرة عامة | موضوعات ScienceDirect

57-63

مستقبل اقتصاديات الطاقة النووية

من تكاليف مشاريع بناء الطاقة النووية التي ترتفع بشدة، قد يصل ما يُعزى إلى تكاليف التمويل إلى الثلثين. تُموَّل هذه المشاريع عادةً من شركات المرافق ومستثمرين آخرين عبر تمويل المشاريع بأسعار فائدة مرتفعة. ومع التكاليف الأولية العالية (وأغلبها تكلفة رأس المال والتأمين لتغطية مخاطر البناء)، وفترات البناء الطويلة والتأخيرات المتكررة، يمكن أن يزيد السعر الإجمالي للمحطات الجديدة إلى أكثر من ثلاثة أضعاف خلال أعمال البناء، ما يؤدي إلى كثير من الشطب والإلغاءات. ويزيد الأمر تعقيداً عوامل مثل معارضة الجمهور، وعمليات الإخراج من الخدمة الطويلة، والتراجع التدريجي في الخبرة النووية.

لكن طريقة تمويل الطاقة النووية قد تكون على وشك التغيّر. يمكن للمفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs) تجاوز كثير من هذه المشاكل بفضل تكاليفها الأولية الأقل وأوقات بنائها الأسرع. ورغم أنها تقوم أساساً على التقنية نفسها، تغيّر هذه المفاعلات الالتزامات المالية واقتصاديات الطاقة النووية بحيث تفكر دول كثيرة الآن في دمجها على مستوى الشبكة. قد يدفع مزودو الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات نقداً، وكذلك الشركات الكيميائية والصناعية وشركات التعدين الكبيرة، وبذلك يتجنبون الفائدة. ومع توليد الطاقة النووية في الموقع، يمكنهم أيضاً تجنب تكاليف ربط الشبكة وتوزيع الطاقة المتجددة المتقطعة.

(استناداً إلى المراجع الإضافية التالية وتعليقات البروفيسور إيان فارنان والبروفيسور سايمون ميدلبيرغ، 2024)

مراجع وقراءات إضافية

خفض تكلفة بناء منشآت نووية جديدة | فريق عمل اتفاق القطاع | NIA (مؤرشف)

صافي الصفر يحتاج إلى الطاقة النووية: مضاعفة الطاقة النووية ثلاث مرات تحتاج إلى تمويل | وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية

مصادر تجاوز التكاليف في بناء محطات الطاقة النووية تستدعي نهجاً جديداً في التصميم الهندسي | Joule

الأمان النووية والمفاعلات الميسورة التكلفة: هل يمكن الجمع بينهما؟ | Bulletin of the Atomic Scientists

تأخيرات البناء تجعل محطات الطاقة النووية الجديدة أغلى من أي وقت مضى | Imperial News | Imperial College London

تقييم معارضة الجمهور لتطوير البنية التحتية: حالة مشاريع الطاقة النووية | مؤتمر أبحاث البناء 2012

الرأي العام حول الطاقة النووية والأسلحة النووية: الترابط بين المواقف في الولايات المتحدة | Energy Research & Social Science

تحدي القبول الاجتماعي | وضع الأساس للمفاعلات النووية الجديدة والمتقدمة في الولايات المتحدة | The National Academies Press

تفكيك المنشآت النووية | IAEA

تكاليف تفكيك محطات الطاقة النووية | وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية

القوى العاملة النووية في المستقبل - الفرص والاحتياجات للقطاع النووي الدولي | European Nuclear Society

القوى العاملة في الهندسة النووية في الولايات المتحدة | Journal of Applied Clinical Medical Physics

فجوة المهارات النووية وتنوعنا المستقبلي | Nuclear Institute

الهدر النووي: لماذا يُساء فهم تكلفة الطاقة النووية | Mackinac Center

الفوائد الإضافية للطاقة النووية

  • إنتاج الحرارة - بسبب أساسيات الديناميكا الحرارية، يُهدر ثلثا الحرارة التي تولدها المفاعلات النووية. ويزداد الاهتمام بإنتاج الكهرباء والحرارة معاً وإمكاناته في أشكال كثيرة من توليد الطاقة، بما فيها الطاقة النووية. ويمكن استعادة الحرارة المهدرة وتحويلها إلى استخدامات مكملة متنوعة، مثل التدفئة المركزية أو تحلية المياه، لتحسين الكفاءة الإجمالية. ويمكن تحويل الحرارة المهدرة لتشغيل احتجاز الكربون مباشرة من الهواء، ويتزايد الحماس للمفاعلات عالية الحرارة لتغذية العمليات الصناعية صعبة إزالة الكربون منها.
  • الطب النووي - تُستخدم النظائر المشعة بانتظام في تشخيص السرطان وحالات أخرى وعلاجها. وهناك نقص متزايد لأن المفاعلات التي يُعتمد عليها لإنتاج هذه المواد قديمة وتُغلق تدريجياً. وقد يساعد الاستثمار في الطاقة النووية وبناء مفاعلات جديدة على معالجة هذه المشكلة.

(استناداً إلى المراجع الإضافية التالية وتعليقات الدكتور ناثانيال ريد، 2024)

مراجع وقراءات إضافية

مراجعة شاملة لدمج الطاقة المتجددة في إنتاج الكهرباء والحرارة معاً | تحويل الطاقة وإدارتها

النظائر المشعة في الطب | الرابطة النووية العالمية

هل أنت ممول، عالم، معلم، أو صانع سياسات؟

هل تريد دعم Earth 2050 أو العمل معنا؟ تواصل معنا.

info@earth2050.com