تطوير الطاقة النووية وملياراتها التاريخية

من الفيزياء إلى السلطة: قصة الطاقة النووية المتشابكة

إن تطوير الطاقة النووية هو أحد أكثر السردات التكنولوجية تحولا في القرن العشرين، وما بدأ كفضول علمي نقي بشأن طبيعة المسألة تطور إلى صناعة عالمية لا توفر سوى 10 في المائة من الكهرباء في العالم، وهذه الرحلة من اكتشافات مختبرية إلى فجر المفاعلات التجارية - التي أعيد تشكيلها، والمناقشات البيئية، ومفهوم أمن الطاقة في المستقبل.

الاكتشافات المبكرة والمؤسسات النظرية

وقد عادت جذور الطاقة النووية إلى أواخر القرنين التاسع عشر والعشرين، عندما بدأ الفيزيائيون في فحص هيكل الذرة، ففي عام 1896، حقق هنري بيكيرل نشاطاً لاسلكياً مكتشفاً عن طريق الخطأ، بينما كان يدرس المواد الفوسفورية، وخلص إلى أن ماري وبيرسي ستتوسعان لاحقاً في دراسة منهجية للعناصر المشعة.

وقد جاء القفزة النظرية التي جعلت الطاقة النووية قابلة للتنبؤ من ألبرت اينشتاين، وكانت ورقة عام 1905 بشأن الأثر الفلكي تتضمن معادلة E=mc2، التي تصف التكافؤ بين الكتلة والطاقة، وعلى الرغم من أن آينشتاين لم يقترح مباشرة توليد الطاقة العملية، فإن رؤيته بأن حتى الكتلة الخفيفة يمكن أن تطلق كميات كبيرة من الطاقة توفر لها في وقت لاحق.

دور تجارب إنريكو فيرمي وأوائل نيوترون

وقد اكتشف أن تباطؤ النيوترونات مع أحد المرشدين )مثل شمع البارافين أو الماء( قد زاد بشكل كبير من كفاءتهم في إثارة ردود الفعل النووية، وهذا الأثر " النيوترونات المتوهجة " سيصبح فيما بعد حجر الزاوية في تصميم المفاعلات.

اكتشاف الإيلاج النووي

The pivotal breakthrough came in December 1938 at the Kaiser Wilhelm for Chemistry in Berlin. Chemists Otto Hahn and Fritz Strassmann were bombarding uranium with neutrons, expected to produce transuranic balogy elements,

وفي غضون أسابيع، أدرك الفيزيائيون في جميع أنحاء العالم، بمن فيهم نيلز بور، وإنريكو فيرمي، وليو سزيلارد، الآثار المترتبة على ذلك، وإذا ما أفرج عن النيوترونات، فإن هذه النيوترونات يمكن أن تقسم ذرات اليورانيوم في رد فعل متسلسل، ولم تعد إمكانية إطلاق الطاقة المتفجرة أو الخاضعة للرقابة نظرياً، وأدى هذا الإدراك إلى تآكل بين الدول لتسخير الذرة في وقت لاحق للحرب.

مشروع مانهاتن والمفاعل الأول

وكما أن الحرب العالمية الثانية قد انبثقت أوروبا، وهي مجموعة من العلماء الأمريكيين والمنغريين - من بينهم زملاؤها السابقون فيرمي، اينشتاين، وسليارد - سبواد حكومة الولايات المتحدة للسعي إلى استخدام سلاح ذري قبل أن تتمكن ألمانيا النازية، وكان مشروع مانهاتن في عام ١٩٤٢، وهو أول مفاعل علمي سري يستعمل في نهاية المطاف أكثر من ٠٠٠ ١٢١ مفاعل نووي.

شيكاغو بيميل-1: ميلاد العصر النووي

وفي ظل مشهد ميدان ستاغ جامعة شيكاغو، جمعت شركة إنريكو فيرمي كومة من اليورانيوم والقطع التصويرية، وفي ٢ كانون الأول/ديسمبر ١٩٤٢، حققت الكومة في أول مرة استجابة سلسلة مكتفية ذاتيا، ولم ينتج البارافينات المكلورة الثانية أي قوة مفيدة )كان ناتجها أقل من مصباح خفيف واحد( ولكنها أثبتت أن القصف النووي المعجل قد تحقق.

ميليستون في السلطة النووية المدنية

وقد حدث الانتقال من التطبيقات العسكرية إلى التطبيقات المدنية بسرعة بعد الحرب، حيث كان قانون الطاقة الذرية لعام 1946 قد وضع التكنولوجيا النووية تحت رقابة حكومية صارمة، ولكن قانون الطاقة الذرية لعام 1954 فتح الباب أمام الصناعة الخاصة لتطوير مفاعلات لتوليد الكهرباء، وتتتبع المراحل التالية ارتفاع الطاقة النووية التجارية.

1951: Experimental Breeder Reactor-I (EBR-I)

وفي إيداهو، أصبحت EBR-I ] أول مفاعل لتوليد الكهرباء - معرّض لتوليد أربع مصباحات خفيفة في 20 كانون الأول/ديسمبر 1951، ورغم أن هذه الطاقة صغيرة بالمعايير الحديثة، فإنها أظهرت أن الحرارة النووية يمكن أن تقود إلى اضطراب، كما أثبتت EBR-I مفهوم التوالد، حيث ينتج المفاعل وقوداً أنشطارياً مما يستهلكه في وقت لاحق.

1954: Obninsk Nuclear Power Plant

وقد جاء مصنع أوبنينسك التابع للاتحاد السوفياتي على شبكة الإنترنت في ٢٧ حزيران/يونيه ١٩٥٤، حيث وفر حوالي ٥ ميغاواط من الكهرباء إلى أول محطة نووية في العالم لتوليد الطاقة لخدمة السكان المدنيين، واستخدم تصميم مفاعل مزود بالغرافيت مجهز بالماء، وهو سلف من نوع RBMK الذي سيرتبط فيما بعد بتشيرنوبيل، وأظهر أوبينينسك أن الطاقة النووية يمكن أن تكون عملية للمجتمعات المحلية، وليس مجرد تجريبية.

1956: كالدر هول (المملكة المتحدة)

وفي الجانب الآخر من ستارة الحديد، قاعة كالدر في سيلافيلد، إنكلترا، التي لها صلة بالشبكة في آب/أغسطس 1956، وكثيرا ما تسمى محطة الطاقة النووية التجارية الأولى في العالم، كان لديها أربعة مفاعلات ذات قدرة مشتركة قدرها 50 ميغاواط.

1957: محطة الطاقة الذرية في شيبينبورت (الولايات المتحدة الأمريكية)

وقد بدأ تشغيل أول محطة نووية تجارية كاملة النطاق في الولايات المتحدة، وهي شركة شيبينسببورت في بنسلفانيا، في عام 1957، وبسعة 60 ميغاواط، كانت مفاعلا مائيا مكثفا مستمدا من تكنولوجيا المفاعلات البحرية التي طورها الأميرال هيمان ريكوفر.

الستينات - السبعينات: فترة الفجر

وفي أعقاب أزمة النفط التي وقعت في عامي 1973 و1979، تحولت دول كثيرة إلى الطاقة النووية كمصدر ثابت للطاقة المحلية، وشهدت السبعينات توسعا سريعا، لا سيما في فرنسا واليابان والولايات المتحدة، وقامت فرنسا، في إطار خطتها للمسيحية، ببناء أكثر من 50 مفاعلا في عقدين، حيث حققت كهربة نووية شبه كاملة بحلول التسعينات، وزاد أسطول الولايات المتحدة من أقل من 20 مفاعلا في عام 1970 إلى أكثر من 100 مفاعل في عام 1990.

التحديات والحوادث التي أعادت تشكيل الصناعة

إن الوعد الذي قطعته على نفسها " رخيصة جدا للمتر " )وهي عبارة كثيرا ما تُساء توزيعها على لويس ستراوس، رئيس لجنة الطاقة الذرية في الولايات المتحدة( قد تواطأ مع الواقع القاسي من خلال سلسلة من الحوادث البارزة.

3 Mile Island (1979)

وقد شهد الانهيار الجزئي في الوحدة 2 من محطة جزيرة ميلي الثلاثة في بنسلفانيا أسوأ حادث نووي تجاري في تاريخ الولايات المتحدة، وأدى مزيج من الفشل الميكانيكي والخطأ الإنساني إلى أضرار أساسية جسيمة، ورغم أنه لم يقتل أو أصيب مباشرة بالإشعاع، فإن الحادث حطم ثقة الجمهور، ووقف أوامر المفاعل الأمريكي الجديد لمدة 30 عاما، وحدث إصلاحات شديدة للسلامة، وقد تم إغلاق المفاعل بشكل دائم؛

تشيرنوبيل (1986)

إن كارثة تشيرنوبيل في أوكرانيا (ثم جزء من الاتحاد السوفياتي) لا تزال أكثر الحوادث النووية كارثية في التاريخ، وقد عانى مفاعل RBMK المصمم بشكل ضعيف من اقتحام هائل للطاقة أثناء اختبار الأمان، مما أدى إلى انفجار المواد المشعة في جميع أنحاء أوروبا، وقد توفي ثلاثة وثلاثون شخصاً فوراً بسبب مرض الإشعاع الحاد، وما زال الآلاف منهم معرضين للخطر،

فوكوشيما دايشي (2011)

وفي 11 آذار/مارس 2011، أعاقت نظم الطاقة الاحتياطية في محطة فوكوشيما دايتشي في اليابان، مما تسبب في تدهور ثلاثة من نواة المفاعلات، وفي حين لم تُعزى الوفيات إلى التعرض للإشعاع، أجبر الحادث على إجلاء أكثر من 000 150 شخص، وألقت منطقة كبيرة، وأفضى إلى إعادة تقييم عالمي لتصميم المفاعلات ضد الأحداث الخارجية المتطرفة، وأغلقت اليابان جميع مفاعلاتها النووية لعدة سنوات، وإن كان بعضها قد استؤندّرّر منذ ذلك الحين.

التطور التكنولوجي: عوامل أكثر أمنا وفعالية

ورداً على هذه الحوادث، طورت الصناعة Generation III and III+ reactors التي تتضمن سمات أمان سلبية - تصميمات لا تتطلب أي ضوابط نشطة أو تدخل بشري لإغلاقها بأمان في حالة الطوارئ، ومن الأمثلة على ذلك نظام ويستنغهاوس إي 1000 ووكالة إعادة التأهيل البيئي التابعة للولايات المتحدة نظم أبسط، وتخفيض الصيانة، وتحسين الكفاءة(1).

المفاعلات النموذجية الصغيرة

وثمة ابتكار حديث هو المفاعل النموذجي small [SMR]]، الذي ينتج عادة أقل من 300 ميغاواط.

The promise of Fusion Energy

وفي حين أن الانشطار يقسم الذرات، فإن النسيج ] يصعقها - وهو رد فعل يقوى الشمس، وإذا ما تم تسخيره على الأرض، فإن الدمج سيوفر طاقة نظيفة لا حصر لها تقريباً، مع وجود حد أدنى من النفايات الطويلة الأجل، بينما يظل المشروع الدولي للشبكة الدولية للطاقة الذرية في فرنسا، الذي سيبدأ التجارب في الثلاثينات، يهدف إلى إظهار الجدوى العلمية والتكنولوجية لشركات الكومنولث التي تسعى إلى تحقيق تقدم أسرع.

Nuclear Power in the 21st Century: Policy, Climate, and Public Opinion

وقد أدت الشواغل الناشئة بشأن تغير المناخ إلى إحياء الاهتمام بالطاقة النووية كمصدر منخفض الكربون، حيث يضم الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ الأسلحة النووية في معظم مساراته للتخفيف من آثار تغير المناخ، وقد أعلنت بلدان كثيرة، بما فيها الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وفرنسا واليابان وكوريا الجنوبية، خططا لتوسيع نطاق عمر المفاعلات، أو بناء وحدات جديدة، أو الاستثمار في التكنولوجيات المتقدمة، وفي الوقت نفسه، قامت ألمانيا وبلجيكا بالتخلص تدريجيا من جميع الآراء النووية، مما يدل على ذلك.

ولا تزال اقتصادات الطاقة النووية تشكل تحدياً، وكثيراً ما تتجاوز المفاعلات الكبيرة الميزانيات والجداول الزمنية - مشروع " فوغل إي 1000 " في جورجيا، على سبيل المثال، استكملت متأخرة سبع سنوات و15 بليون دولار على الميزانية، غير أن معدلات الوفيات بين الدول والجيل القادم ترمي إلى الحد من مخاطر التمويل.() ويضع التعاون الدولي من خلال منظمات مثل الوكالة الدولية للطاقة الذرية معايير السلامة وييسر تبادل المعارف.

إدارة النفايات وعدم الانتشار

وهناك تحديان دائمان للطاقة النووية هما التخلص من النفايات المشعة العالية المستوى وخطر انتشار الأسلحة، ولا يزال الوقود المستهلك خطراً على آلاف السنين، ومن المتوقع أن يبدأ مستودع أونكالو التابع لفنلندا، وهو أول مرفق للتخلص الجيولوجي العميق في العالم، في دفن الوقود المستهلك في أواخر عام 2020، ويتبع [[FLT:] الاتحاد النووي العالمي سياسات الانتشار الدولية.

المستقبل: السنوات الخمسون القادمة

وتوضح المعالم التاريخية للطاقة النووية نمطاً من الاكتشافات والاحتجازات والكوارث والقدرة على التكيف، واليوم، تقف الصناعة عند مفترق طرق، ويعمل أكثر من 440 مفاعلاً ذرية في جميع أنحاء العالم، ويجري حالياً بناء نحو 60 مفاعلاً، وتقود الصين التوسع، وتشمل الحدود التالية مفاعلات متقدمة تستخدم الملح المُستنبط أو المعادن السائلة أو الغازات ذات الحرارة العالية كمبردات، وتبشر باستخدام الوقود والأمان بشكل أفضل.

وإذا تحقق هذا التدفق تجاريا، فإنه سيكون مصدر الطاقة الذي يكاد يكون غير قابل للإبادة ولا يضيع أي نفايات طويلة الأجل، وفي حين أنه من السابق لأوانه الاعتماد على الاندماج في العقد القادم، فإن الالتزام المستمر من جانب الحكومات والمستثمرين الخاصين يوحي بأن حلم " القوى من النجوم " يظل مسعى جديا طويل الأجل، وأن قصة الطاقة النووية بعيدة عن الانتهاء؛ وأن الفصول التالية ستكتب من جانب المهندسين وصانعي السياسات والضرة.

خاتمة

إن تطوير الطاقة النووية هو سرد للإبداع الإنساني غير العادي، الذي تشابك بشدة مع أكبر انتصاراتنا العلمية وأشد فشلنا في الارتداد، حيث أن كل معلم من المعالم الأساسية، من الناحية النظرية، هو الذي يتجه إلى الحرارة الحرجة في شيكاغو بيميل-1، من الوعد الذي قطعته عليه الكهرباء " رخيصة جداً إلى الميتر " إلى الواقع المأساوي لتشيرنوبيل وفوكوشيما، قد أعاد تشكيل الثقة التكنولوجية.