بدأ الاستخدام الواسع النطاق للطاقة النووية بفضل التقدم العلمي والتكنولوجي ليس فقط في المجال العسكري، ولكن أيضًا للأغراض السلمية. اليوم من المستحيل الاستغناء عنها في الصناعة والطاقة والطب.

ومع ذلك، فإن استخدام الطاقة النووية ليس له مزايا فحسب، بل له عيوب أيضًا. بادئ ذي بدء، هذا هو خطر الإشعاع، سواء على البشر أو على البيئة.

يتطور استخدام الطاقة النووية في اتجاهين: الاستخدام في الطاقة واستخدام النظائر المشعة.

في البداية، كان المقصود من الطاقة الذرية أن تستخدم للأغراض العسكرية فقط، وذهبت كل التطورات في هذا الاتجاه.

استخدام الطاقة النووية في المجال العسكري

يتم استخدام كمية كبيرة من المواد النشطة للغاية لإنتاج الأسلحة النووية. ويقدر الخبراء أن الرؤوس الحربية النووية تحتوي على عدة أطنان من البلوتونيوم.

تعتبر الأسلحة النووية لأنها تسبب الدمار على مناطق واسعة.

تنقسم الأسلحة النووية بحسب مداها وقوة شحنتها إلى:

• تكتيكي.
• العملياتية التكتيكية.
• استراتيجي.

تنقسم الأسلحة النووية إلى ذرية وهيدروجينية. تعتمد الأسلحة النووية على تفاعلات متسلسلة غير منضبطة لانشطار النوى الثقيلة والتفاعلات، ويستخدم اليورانيوم أو البلوتونيوم في التفاعل المتسلسل.

يشكل تخزين مثل هذه الكمية الكبيرة من المواد الخطرة تهديدًا كبيرًا للإنسانية. واستخدام الطاقة النووية للأغراض العسكرية يمكن أن يؤدي إلى عواقب وخيمة.

تم استخدام الأسلحة النووية لأول مرة في عام 1945 لمهاجمة مدينتي هيروشيما وناجازاكي اليابانيتين. وكانت عواقب هذا الهجوم كارثية. وكما هو معروف، كان هذا هو الاستخدام الأول والأخير للطاقة النووية في الحرب.

الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)

تأسست الوكالة الدولية للطاقة الذرية عام 1957 بهدف تطوير التعاون بين الدول في مجال استخدام الطاقة الذرية للأغراض السلمية. منذ البداية، قامت الوكالة بتنفيذ برنامج السلامة النووية وحماية البيئة.

لكن الوظيفة الأكثر أهمية هي السيطرة على أنشطة الدول في المجال النووي. وتضمن المنظمة أن تطوير واستخدام الطاقة النووية يتم فقط للأغراض السلمية.

والغرض من هذا البرنامج هو ضمان الاستخدام الآمن للطاقة النووية وحماية الناس والبيئة من آثار الإشعاع. كما درست الوكالة عواقب الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية.

كما تدعم الوكالة دراسة وتطوير وتطبيق الطاقة النووية للأغراض السلمية وتعمل كوسيط في تبادل الخدمات والمواد بين أعضاء الوكالة.

وتقوم الوكالة الدولية للطاقة الذرية، بالتعاون مع الأمم المتحدة، بتحديد ووضع المعايير في مجال السلامة والصحة.

الطاقة النووية

وفي النصف الثاني من الأربعينيات من القرن العشرين، بدأ العلماء السوفييت في تطوير المشاريع الأولى للاستخدام السلمي للذرة. وكان الاتجاه الرئيسي لهذه التطورات هو صناعة الطاقة الكهربائية.

وفي عام 1954 تم بناء محطة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. بعد ذلك، بدأ تطوير برامج النمو السريع للطاقة النووية في الولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا العظمى وألمانيا وفرنسا. لكن معظمها لم يتم تنفيذها. وكما تبين، فإن محطة الطاقة النووية لا تستطيع منافسة المحطات التي تعمل بالفحم والغاز وزيت الوقود.

لكن بعد بداية أزمة الطاقة العالمية وارتفاع أسعار النفط، زاد الطلب على الطاقة النووية. في السبعينيات من القرن الماضي، اعتقد الخبراء أن قوة جميع محطات الطاقة النووية يمكن أن تحل محل نصف محطات الطاقة.

وفي منتصف الثمانينيات، تباطأ نمو الطاقة النووية مرة أخرى، وبدأت البلدان في إعادة النظر في خططها لبناء محطات جديدة للطاقة النووية. وقد تم تسهيل ذلك من خلال سياسات توفير الطاقة وانخفاض أسعار النفط، فضلاً عن كارثة محطة تشيرنوبيل، والتي كانت لها عواقب سلبية ليس فقط على أوكرانيا.

وبعد ذلك، توقفت بعض الدول عن بناء وتشغيل محطات الطاقة النووية تمامًا.

الطاقة النووية للرحلات الفضائية

طار أكثر من ثلاثين مفاعلًا نوويًا إلى الفضاء واستخدمت لتوليد الطاقة.

استخدم الأمريكيون لأول مرة مفاعلًا نوويًا في الفضاء عام 1965. تم استخدام اليورانيوم 235 كوقود. كان يعمل لمدة 43 يوما.

وفي الاتحاد السوفييتي، تم إطلاق مفاعل روماشكا في معهد الطاقة الذرية. وكان من المفترض أن يتم استخدامه في المركبات الفضائية، ولكن بعد كل الاختبارات، لم يتم إطلاقه إلى الفضاء أبدًا.

تم استخدام منشأة بوك النووية التالية على قمر صناعي للاستطلاع بالرادار. تم إطلاق الجهاز الأول في عام 1970 من قاعدة بايكونور الفضائية.

اليوم، تقترح روسكوزموس وروساتوم بناء مركبة فضائية ستكون مجهزة بمحرك صاروخي نووي وستكون قادرة على الوصول إلى القمر والمريخ. لكن في الوقت الحالي، كل هذا في مرحلة الاقتراح.

تطبيق الطاقة النووية في الصناعة

وتستخدم الطاقة النووية لزيادة حساسية التحليل الكيميائي وإنتاج الأمونيا والهيدروجين والمواد الكيميائية الأخرى المستخدمة في صناعة الأسمدة.

تساعد الطاقة النووية، التي يتيح استخدامها في الصناعة الكيميائية الحصول على عناصر كيميائية جديدة، على إعادة إنشاء العمليات التي تحدث في القشرة الأرضية.

وتستخدم الطاقة النووية أيضًا لتحلية المياه المالحة. يسمح التطبيق في علم المعادن الحديدية باستخلاص الحديد من خام الحديد. بالألوان - يستخدم لإنتاج الألمنيوم.

استخدام الطاقة النووية في الزراعة

إن استخدام الطاقة النووية في الزراعة يحل مشاكل التكاثر ويساعد في مكافحة الآفات.

تستخدم الطاقة النووية لإحداث طفرات في البذور. ويتم ذلك للحصول على أصناف جديدة تنتج المزيد من الغلة ومقاومة لأمراض المحاصيل. وهكذا، فإن أكثر من نصف القمح المزروع في إيطاليا لصنع المعكرونة تم تربيته من خلال الطفرات.

وتستخدم النظائر المشعة أيضًا لتحديد أفضل الطرق لاستخدام الأسمدة. على سبيل المثال، بمساعدتهم، تم تحديد أنه عند زراعة الأرز، من الممكن تقليل استخدام الأسمدة النيتروجينية. وهذا لم يوفر المال فحسب، بل حافظ أيضًا على البيئة.

الاستخدام الغريب بعض الشيء للطاقة النووية هو تشعيع يرقات الحشرات. ويتم ذلك من أجل إزالتها بطريقة صديقة للبيئة. في هذه الحالة، فإن الحشرات الخارجة من اليرقات المشععة ليس لها ذرية، ولكن في نواحٍ أخرى تكون طبيعية تمامًا.

الطب النووي

يستخدم الطب النظائر المشعة لإجراء تشخيص دقيق. تتمتع النظائر الطبية بنصف عمر قصير ولا تشكل خطراً خاصاً على الآخرين والمريض.

تم اكتشاف تطبيق آخر للطاقة النووية في الطب مؤخرًا. هذا هو التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. يمكن أن يساعد في اكتشاف السرطان في مراحله المبكرة.

تطبيق الطاقة النووية في النقل

في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، جرت محاولات لإنشاء دبابة تعمل بالطاقة النووية. بدأ التطوير في الولايات المتحدة الأمريكية، لكن المشروع لم يتم تنفيذه أبدًا. يرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أنه في هذه الدبابات لم يتمكنوا من حل مشكلة حماية الطاقم.

كانت شركة فورد الشهيرة تعمل على سيارة تعمل بالطاقة النووية. لكن إنتاج مثل هذه الآلة لم يتجاوز النموذج.

الشيء هو أن المنشأة النووية احتلت مساحة كبيرة، وتبين أن السيارة كبيرة جدًا. لم تظهر المفاعلات المدمجة أبدًا، لذلك تم إلغاء المشروع الطموح.

ربما تكون وسائل النقل الأكثر شهرة التي تعمل بالطاقة النووية هي السفن المختلفة للأغراض العسكرية والمدنية:

• سفن النقل.
• حاملات الطائرات.
• الغواصات.
• الطرادات.
• الغواصات النووية.

إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة النووية

واليوم تبلغ حصة إنتاج الطاقة العالمية حوالي 17 بالمائة. وعلى الرغم من أن البشرية تستخدمه، إلا أن احتياطياته ليست لا نهاية لها.

ولذلك يتم استخدامه كبديل، إلا أن عملية الحصول عليه واستخدامه ترتبط بخطورة كبيرة على الحياة والبيئة.

وبطبيعة الحال، يتم تحسين المفاعلات النووية باستمرار، ويتم اتخاذ جميع تدابير السلامة الممكنة، ولكن في بعض الأحيان هذا لا يكفي. ومن الأمثلة على ذلك حادثتي تشيرنوبيل وفوكوشيما.

فمن ناحية، لا ينبعث المفاعل الذي يعمل بشكل صحيح أي إشعاعات إلى البيئة، في حين تطلق محطات الطاقة الحرارية كمية كبيرة من المواد الضارة في الغلاف الجوي.

ويأتي الخطر الأكبر من الوقود المستهلك وإعادة معالجته وتخزينه. لأنه حتى الآن لم يتم اختراع طريقة آمنة تمامًا للتخلص من النفايات النووية.

تم اكتشاف الطاقة النووية أثناء صنع القنبلة الذرية. وبعد أن أجرى العلماء عددًا كبيرًا من التجارب، اكتشفوا أن الطاقة النووية هي وسيلة نظيفة وفعالة لإنتاج الطاقة. تم إنشاء أول مفاعل نووي في 2 ديسمبر 1942 في جامعة شيكاغو على يد إنريكو فيرما.

كان اكتشاف مصدر جديد للطاقة حدثا هاما. وباستخدام كميات صغيرة من البلوتونيوم واليورانيوم، وهما عنصران مشعان، يمكن إنتاج كميات كبيرة من الطاقة. يمكن إنتاج الطاقة النووية بطريقتين: عملية الانشطار أو الاندماج. الانشطار ينطوي على تحويل الذرات الثقيلة إلى ذرات أخف. في تفاعل الانشطار النووي، يتم إنتاج نواتين أصغر لهما نفس الكتلة تقريبًا من نواة واحدة كبيرة. الاندماج هو طريقة تجمع الذرات الأخف وزنا مع الذرات الأثقل.

إن استخراج الموارد الطبيعية لا يمكن أن يستمر إلى ما لا نهاية، وهذا أمر واضح. يتم إهدار الكثير من الموارد الهيدروكربونية للحصول على كمية صغيرة من الطاقة. ومن ناحية أخرى، هناك حاجة إلى كمية قليلة نسبياً من البلوتونيوم واليورانيوم لإنتاج طاقة نووية عالية الطاقة. بالمقارنة مع إنتاج الطاقة باستخدام الفحم والغاز، تنتج الطاقة النووية تلوثًا أقل للهواء. وعندما يتم حرق الفحم، تنطلق أبخرة سامة يمكن أن تسبب المرض للأشخاص في المناطق التي تعمل فيها محطات الطاقة الحرارية. ومع ارتفاع تكلفة الكهرباء، اضطرت البشرية إلى البحث عن مصدر بديل للطاقة، وهو ما تم العثور عليه في المفاعلات النووية.

ومن أهم عيوب المفاعل هو دفن النفايات النووية مما يضر بالبيئة. جميع المحاولات للتخلص من النفايات النووية باءت بالفشل. وكانت إحدى هذه المحاولات هي إخفائها على عمق كبير تحت الأرض، لكن تسرب النفايات النووية أدى إلى تسميم المياه الجوفية. وهناك محاولة أخرى تتمثل في وضع النفايات النووية في أعماق المحيط. تم رفض هذا من قبل الجمهور باعتباره انتهاكًا للاتفاق الدولي بسبب احتمال إلحاق الضرر بالمحيط.

العيب الأكثر أهمية في هذه القضية المثيرة للجدل هو التهديد بالكوارث. كان أخطر موقفين يتعلقان بالطاقة النووية هما كارثة تشيرنوبيل وإسقاط القنبلتين الذريتين على هيروشيما وناجازاكي. المرة الأولى التي اكتشف فيها الناس مخاطر الطاقة النووية كانت عندما أسقطت القنبلة الذرية على هيروشيما في 6 أغسطس 1945. ودمر الانفجار 4.7 ميل مربع من المدينة. قُتل حوالي 70.000 شخص وأصيب حوالي 700.000 آخرين. مات الكثير في وقت لاحق من الإشعاع النووي ومرض الإشعاع. وكانت أخطر كارثة نووية هي كارثة تشيرنوبيل التي وقعت في 26 أبريل 1986. من الصعب للغاية تحديد العدد الدقيق للوفيات نتيجة لهذه الكارثة بسبب سرية أسباب حادث تشيرنوبيل. وسواء استخدم الذرة من أجل السلام أو من أجل الحرب، يجب على الإنسان أن يكافح مخاطر الإشعاع النووي. يمكن أن يسبب هذا الإشعاع الحروق والمرض والموت. يمكن أن يؤذي البشر عن طريق التسبب في حدوث طفرات.

يعتقد العلماء أنه نتيجة لكارثة تشيرنوبيل، حدثت طفرة جينية لدى الآباء الذين تعرضوا للإشعاع. وتم العثور على الطفرة في الحيوانات المنوية والبويضات، التي تحتوي على المعلومات الوراثية للأجيال القادمة. لقد ثبت أنه في المناطق الملوثة في الاتحاد السوفيتي، أدى الإشعاع إلى تغيير التركيب الجيني للأجيال القادمة. وبالإضافة إلى ذلك، في أوكرانيا وبيلاروسيا والاتحاد الروسي، زاد عدد الأطفال الذين تم تشخيص إصابتهم بسرطان الغدة الدرقية بشكل ملحوظ منذ عام 1986.

إن استخدام الإشعاع للأغراض السلمية له العديد من العلامات الإيجابية، ولكن في الوقت نفسه هناك المزيد من العلامات السلبية. ولا تستطيع الحكومة ولا العلماء ضمان السلامة الكاملة للمنشآت النووية، وبالتالي هناك خطر مباشر على العالم.

لقد تزايد القلق العام بشأن استخدام الطاقة النووية بشكل ملحوظ في العقد الماضي. ويمكن القول بأن الطاقة النووية نظيفة ويمكن توليدها دون استخدام كميات كبيرة من الموارد الطبيعية. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الإشعاع ضار بالبيئة وخطير على جميع الكائنات الحية. ويتعين على العلماء والإنسانية أن يزنوا الجوانب الإيجابية والسلبية للإشعاع النووي، ثم يقرروا بعد ذلك مصدر الطاقة الذي سيكون في المستقبل، والذي لن يفيد الناس فحسب، بل البيئة أيضا.

الطاقة المتطورة هي أساس التقدم الحضاري المستقبلي. إذا كان التركيز في فجر صناعة الطاقة العالمية والمحلية على الحصول على الحد الأقصى من الكهرباء للصناعة، فقد برزت اليوم مسألة تأثير محطات الطاقة على البيئة والناس إلى الواجهة. تتسبب الطاقة الحديثة في أضرار جسيمة للبيئة، ويتعين على الدول أن تختار بين محطات الطاقة الحرارية والنووية والكهرومائية.

محطات الطاقة الحرارية - "مرحبا" من الماضي

في بداية القرن العشرين، اعتمدت بلادنا بشكل خاص على محطات الطاقة الحرارية. في ذلك الوقت، كان لديهم ما يكفي من المزايا، ولكن لم يتم التفكير كثيرًا في تأثير هذا النوع من إنتاج الطاقة على البيئة. تعمل محطات الطاقة الحرارية بالوقود الرخيص الذي تزخر به روسيا، كما أن بنائها ليس باهظ الثمن مقارنة ببناء محطات الطاقة الكهرومائية أو محطات الطاقة النووية. لا تحتاج محطات الطاقة الحرارية إلى مساحات كبيرة ويمكن بناؤها في أي منطقة. إن عواقب الحوادث التكنولوجية في المحطات الحرارية ليست مدمرة كما هي الحال في محطات الطاقة الأخرى.

تعد حصة محطات الطاقة الحرارية في نظام الطاقة المحلي هي الأكبر: في عام 2011، أنتجت محطات الطاقة الحرارية في روسيا 67.8٪ (أي 691 مليار كيلوواط ساعة) من إجمالي الطاقة في البلاد. وفي الوقت نفسه، تسبب محطات الطاقة الحرارية الضرر الأكبر للبيئة مقارنة بمحطات الطاقة الأخرى.

في كل عام، تطلق محطات الطاقة الحرارية كميات هائلة من النفايات في الغلاف الجوي. وفقا لتقرير الدولة "حول حالة وحماية البيئة في الاتحاد الروسي في عام 2010"، فإن أكبر مصادر انبعاثات الملوثات في الهواء كانت محطات توليد الطاقة في المناطق الحكومية - محطات الطاقة الحرارية الكبيرة. في عام 2010 وحده، أطلقت 4 محطات توليد كهرباء في منطقة الولاية مملوكة لشركة OJSC Enel OGK-5 - محطات توليد الطاقة في منطقة الولاية Reftinskaya وSredneuralskaya وNevinnomyssk وKonakovskaya - 410360 طنًا من الملوثات في الغلاف الجوي.

عند حرق الوقود الأحفوري، تتشكل منتجات الاحتراق التي تحتوي على أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريتيك والكبريت وجزيئات الوقود المسحوق غير المحترق والرماد المتطاير والمنتجات الغازية للاحتراق غير الكامل. عندما يتم حرق زيت الوقود، تتشكل مركبات الفاناديوم، وفحم الكوك، وأملاح الصوديوم، وجزيئات السخام، وتحتوي الانبعاثات الصادرة عن محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم على أكاسيد الألومنيوم والسيليكون. وجميع محطات الطاقة الحرارية، بغض النظر عن الوقود المستخدم، تنبعث منها كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون، الذي يسبب ظاهرة الاحتباس الحراري.

يزيد الغاز تكلفة الكهرباء بشكل كبير، لكن حرقه لا ينتج رمادًا. صحيح أن أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين يدخلان أيضًا إلى الغلاف الجوي، كما هو الحال عند حرق زيت الوقود. ومحطات الطاقة الحرارية في بلادنا، على عكس المحطات الأجنبية، غير مجهزة بأنظمة فعالة لتنقية غاز المداخن. في السنوات الأخيرة، تم تنفيذ عمل جاد في هذا الاتجاه: يتم إعادة بناء الغلايات ومحطات جمع الرماد، والمرسبات الكهربائية، ويتم إدخال الأنظمة الآلية للرصد البيئي للانبعاثات.

إن مسألة النقص في الوقود عالي الجودة لمحطات الطاقة الحرارية حادة للغاية. تضطر العديد من المحطات إلى العمل بوقود منخفض الجودة، حيث يؤدي احتراقه إلى إطلاق كمية كبيرة من المواد الضارة في الغلاف الجوي مع الدخان.

المشكلة الرئيسية لمحطات الطاقة الحرارية بالفحم هي مقالب الرماد. فهي لا تشغل مساحات كبيرة فحسب، بل تعد أيضًا نقاطًا ساخنة لتراكم المعادن الثقيلة ولها نشاط إشعاعي متزايد.

علاوة على ذلك، تقوم محطات الطاقة الحرارية بتصريف المياه الدافئة في الخزانات وبالتالي تلويثها. ونتيجة لذلك، ينتهك توازن الأكسجين وتنمو الطحالب، مما يشكل تهديدًا للإكثيوفونا. المسطحات المائية ومياه الصرف الصناعي الناتجة عن محطات الطاقة الحرارية، والتي تحتوي على منتجات بترولية، تلوث المسطحات المائية. علاوة على ذلك، في محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالوقود السائل، يكون تصريف المياه الصناعية أعلى.

على الرغم من الرخص النسبي للوقود الأحفوري، إلا أنه لا يزال موردا طبيعيا لا يمكن تعويضه. مصادر الطاقة الرئيسية في العالم هي الفحم (40%)، والنفط (27%)، والغاز (21%). ووفقاً لبعض التقديرات، في ظل معدلات الاستهلاك الحالية، سوف تستمر الاحتياطيات العالمية لمدة 270 و50 و70 عاماً على التوالي.

محطة الطاقة الكهرومائية - عنصر "مروض".

بدأوا في ترويض عنصر المياه في نهاية القرن التاسع عشر، وتزامن بناء محطات الطاقة الكهرومائية على نطاق واسع في جميع أنحاء البلاد مع تطور الصناعة وتطوير مناطق جديدة. إن بناء محطات الطاقة الكهرومائية لم يحل مشكلة توفير الكهرباء للصناعات الجديدة فحسب، بل أدى أيضًا إلى تحسين ظروف الملاحة واستصلاح الأراضي.

تساعد القدرة على المناورة لمحطات الطاقة الكهرومائية على تحسين تشغيل نظام الطاقة، مما يسمح لمحطات الطاقة الحرارية بالعمل في الوضع الأمثل مع الحد الأدنى من استهلاك الوقود والحد الأدنى من الانبعاثات لكل كيلوواط ساعة من الكهرباء المنتجة.

إحدى المزايا الرئيسية للطاقة الكهرومائية هي أنها تسبب أضرارًا أقل للبيئة مقارنة بمحطات الطاقة الأخرى. لا تستخدم محطات الطاقة الكهرومائية الوقود، مما يعني أن الكهرباء التي تولدها أرخص بكثير، ولا تعتمد تكلفتها على تقلبات أسعار النفط أو الفحم، كما أن إنتاج الطاقة لا يصاحبه تلوث الهواء والماء. يوفر توليد الكهرباء في محطات الطاقة الكهرومائية وفورات سنوية قدرها 50 مليون طن من الوقود القياسي. إمكانات التوفير هي 250 مليون طن.

الماء مصدر متجدد للكهرباء، وعلى عكس الوقود الأحفوري، يمكن استخدامه مرات لا حصر لها. الطاقة الكهرومائية هي أكثر أنواع مصادر الطاقة المتجددة تطورًا، فهي قادرة على توفير الطاقة لمناطق بأكملها. ميزة أخرى، بما أن محطات الطاقة الكهرومائية لا تحرق الوقود، فلا توجد تكاليف إضافية للتخلص من النفايات والتخلص منها.

في الوقت نفسه، محطات الطاقة الكهرومائية لديها أيضا عدد من العيوب من وجهة نظر بيئية. عند بناء محطات الطاقة الكهرومائية على الأنهار المنخفضة، يجب غمر مساحات كبيرة من الأراضي الصالحة للزراعة. يؤدي إنشاء الخزانات إلى تغيير كبير في النظام البيئي، مما يؤثر ليس فقط على الإكثيوفونا، ولكن أيضًا على عالم الحيوان. صحيح، كما لاحظ بعض علماء البيئة، مع تنفيذ مجموعة من التدابير البيئية، من الممكن استعادة النظام البيئي في غضون بضعة عقود.

محطة الطاقة النووية – طاقة المستقبل؟

تم اكتشاف الطاقة النووية مؤخرًا نسبيًا، وبدأت أول محطة للطاقة النووية في العالم عملها في عام 1954 في أوبنينسك. اليوم، تتطور الصناعة النووية بوتيرة نشطة، لكن مأساة فوكوشيما أجبرت العديد من الدول على إعادة النظر في وجهات نظرها بشأن مستقبل محطات الطاقة النووية.

وفي نظام الطاقة المحلي، تمثل محطات الطاقة النووية جزءا صغيرا من الطاقة المنتجة. في عام 2011، أنتجت محطات الطاقة النووية في البلاد 172.9 مليار كيلوواط ساعة، أي 16.9٪ فقط. ومع ذلك، فإن شركة روساتوم الحكومية لديها خطط جادة لتطوير الصناعة النووية في روسيا وخارجها.

محطات الطاقة النووية، على الرغم من ارتفاع تكلفة بنائها، مربحة اقتصاديا: فالكهرباء التي تنتجها رخيصة نسبيا. ومن وجهة نظر بيئية، تتمتع محطات الطاقة النووية بعدد من المزايا.

لا تطلق محطات الطاقة النووية الرماد والمواد الخطرة الأخرى في الغلاف الجوي الناتجة عن احتراق الوقود. تأتي الحصة الرئيسية من انبعاثات الملوثات في الغلاف الجوي من غرف الغلايات المبتدئة وبيوت الغلايات الخاصة بالمستوصفات ومحطات توليد الديزل الاحتياطية التي يتم تشغيلها بشكل دوري. وفقًا لتقرير الدولة، في عام 2010، أطلقت جميع محطات الطاقة النووية في البلاد 1559 طنًا فقط من الملوثات في الغلاف الجوي (للمقارنة، أطلقت محطات الطاقة الأربع المذكورة أعلاه في الولاية 410360 طنًا). كانت حصة محطات الطاقة النووية في الحجم الإجمالي لانبعاثات الملوثات في الهواء الجوي من قبل جميع الشركات في البلاد لسنوات عديدة أقل من 0.012٪.

هناك احتياطيات من الوقود النووي - اليورانيوم - أكبر بكثير من أنواع الوقود الأخرى. تمتلك روسيا 8.9% من احتياطي اليورانيوم المؤكد في العالم، وتحتل المركز الرابع في القائمة الشاملة.

ولكن على الرغم من المزايا الواضحة، فقد تخلت دول مثل ألمانيا وسويسرا وإيطاليا واليابان وعدد من الدول الأخرى عن الطاقة النووية. وفي ألمانيا تبلغ حصة محطات الطاقة النووية في نظام الطاقة 32%، ولكن بحلول عام 2022 سيتم إغلاق آخر محطة في البلاد. السبب الرئيسي هو سلامة محطات الطاقة النووية على البيئة والسكان. يمكن لذرة مسالمة في لحظة أن تصبح مسؤولة عن الموت والمرض الخطير لملايين البشر والحيوانات، وتسبب أضرارًا لا يمكن إصلاحها للبيئة. إن العواقب الكارثية للحوادث في محطات الطاقة النووية تلغي على الفور كل هذه المزايا.

علاوة على ذلك، أثناء تشغيل المفاعلات النووية، يتم إنشاء النفايات المشعة، والتي يجب تخزينها لمئات الآلاف من السنين حتى تصبح آمنة إلى حد ما للبيئة. ولم يجد العالم حتى الآن حلاً لجعل تخزينها آمنًا. يتم إرسال جزء من النفايات النووية للمعالجة (التجديد) مع الاستخراج الجزئي لليورانيوم والبلوتونيوم للاستخدام اللاحق (ولكن نتيجة للمعالجة، يتم إنشاء نفايات جديدة، يتجاوز الحجم الكمية الأصلية للنفايات بآلاف المرات)، أو للدفن في الأرض. كما أن عملية استخراج اليورانيوم وتحويله إلى وقود نووي معيبة أيضًا من الناحية البيئية.

ومن الجدير بالذكر أنه حتى في محطات الطاقة النووية التي تعمل بشكل صحيح، فإن بعض المواد المشعة تدخل الهواء والماء. وعلى الرغم من أن هذه جرعات صغيرة، فمن الصعب التنبؤ بتأثيرها على البيئة على المدى الطويل.

إن التقدم لا يزال قائماً ومن الصعب أن نقول بالضبط كيف سيكون شكل قطاع الطاقة في المستقبل. ولكن يجب أن نفهم أن الطاقة، مثل أي نشاط بشري آخر، لها تأثير سلبي معين على البيئة. ولسوء الحظ، من المستحيل تجنبه تماما. ولكن من الممكن تمامًا بذل كل جهد ممكن لتقليل الأضرار التي لحقت بالطبيعة. على سبيل المثال، اختر تلك التقنيات (حتى باهظة الثمن منها) الأكثر ملاءمة للبيئة. وبالتالي، فإن الطاقة الكهرومائية، وهي الوحيدة على هذا النطاق التي تستخدم مصدرًا متجددًا للطاقة - الماء - على الرغم من عدد من العيوب من الناحية البيئية، لا تزال تسبب أضرارًا طفيفة للبيئة مقارنة بمنشآت الطاقة الكهربائية الأخرى.

تم الانتهاء من العمل من قبل طلاب الصف الحادي عشر V. Seliverstov، N. Rudenko.

الحاجة إلى الطاقة النووية.

• لقد تعلمنا الحصول على الطاقة الكهربائية من الموارد غير المتجددة - النفط والغاز، ومن الموارد المتجددة - الماء والرياح والشمس. لكن طاقة الشمس أو الرياح ليست كافية لضمان الحياة النشطة لحضارتنا. لكن محطات الطاقة الكهرومائية ومحطات الطاقة الحرارية ليست نظيفة واقتصادية بالقدر الذي يتطلبه إيقاع الحياة الحديث

الأسس الفيزيائية للطاقة النووية.

نوى بعض العناصر الثقيلة - على سبيل المثال، بعض نظائر البلوتونيوم واليورانيوم - تضمحل في ظل ظروف معينة، وتطلق كميات هائلة من الطاقة وتتحول إلى نوى نظائر أخرى. وتسمى هذه العملية بالانشطار النووي. كل نواة، عند الانقسام، "على طول السلسلة" تشمل جيرانها في الانقسام، ولهذا السبب تسمى العملية بالتفاعل المتسلسل. تتم مراقبة تقدمه بشكل مستمر باستخدام تقنيات خاصة، لذلك يتم التحكم فيه أيضًا. كل هذا يحدث في المفاعل، مصحوبًا بإطلاق طاقة هائلة. تعمل هذه الطاقة على تسخين المياه، مما يؤدي إلى تشغيل توربينات قوية تولد الكهرباء.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية

الطاقة النووية العالمية.

• إن المنتجين الرائدين للطاقة النووية في العالم هم تقريبًا جميع الدول الأكثر تقدمًا من الناحية الفنية: الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وبريطانيا العظمى وفرنسا وبالطبع روسيا. ويوجد حاليًا حوالي 450 مفاعلًا نوويًا عاملاً حول العالم.

• محطات الطاقة النووية المهجورة: ألمانيا، السويد، النمسا، إيطاليا.

محطات الطاقة النووية الروسية.

• بالاكوفسكايا

• بيلويارسكايا

• فولجودونسكايا

• كالينينسكايا

• كولا

• كورسك

• لينينغرادسكايا

• نوفوفورونيجسكايا

• سمولينسكايا

الطاقة النووية الروسية.

بدأ تاريخ الطاقة النووية في روسيا في 20 أغسطس 1945، عندما تم إنشاء "اللجنة الخاصة لإدارة العمل باليورانيوم"، وبعد 9 سنوات تم بناء أول محطة للطاقة النووية، أوبنينسك. ولأول مرة في العالم، تم ترويض الطاقة الذرية ووضعها في خدمة الأغراض السلمية. بعد أن عملت بشكل لا تشوبه شائبة لمدة 50 عامًا، أصبحت محطة أوبنينسك للطاقة النووية أسطورة، وبعد استنفاد مدة خدمتها، تم إيقاف تشغيلها.

• يوجد حاليًا في روسيا 31 وحدة للطاقة النووية تعمل في 10 محطات للطاقة النووية، والتي توفر الطاقة لربع إجمالي مصابيح الإضاءة في البلاد.

بالاكوفسكايا الذرية.

بالاكوفسكايا الذرية.

بالاكوفو NPP هي أكبر منتج للكهرباء في روسيا. وتنتج أكثر من 30 مليار كيلووات سنويا. ساعة من الكهرباء (أكثر من أي محطة أخرى للطاقة النووية والحرارية والكهرومائية في البلاد). توفر محطة بالاكوفو للطاقة النووية ربع إنتاج الكهرباء في منطقة الفولغا الفيدرالية وخمس إنتاج جميع محطات الطاقة النووية في البلاد. يتم توفير الكهرباء بشكل موثوق للمستهلكين في منطقة الفولغا (76٪ من الكهرباء التي توفرها)، والمركز (13٪)، وجبال الأورال (8٪) وسيبيريا (3٪). الكهرباء من محطة بالاكوفو للطاقة النووية هي الأرخص بين جميع محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية في روسيا. ويبلغ عامل استغلال القدرة المركبة (IUR) في محطة بالاكوفو للطاقة النووية أكثر من 80 بالمائة.

تحديد.

• نوع المفاعل VVER-1000 (V-320)

• وحدة توربينية من النوع K-1000-60/1500-2 بقدرة مقدرة تبلغ 1000 ميجاوات وسرعة دوران تبلغ 1500 دورة في الدقيقة؛

• مولدات من نوع TVV-1000-4 بقدرة 1000 ميجاوات وجهد 24 كيلو فولت.

• يزيد توليد الكهرباء السنوي عن 30-32 مليار كيلووات (2009 - 31.299 مليار كيلووات في الساعة.

• ويبلغ عامل الاستفادة من القدرة المركبة 89.3%.

تاريخ محطة بالاكوفو للطاقة النووية.

• 28 أكتوبر 1977 – وضع الحجر الأول.

• 12 ديسمبر 1985 – إطلاق أول وحدة طاقة.

• 24 ديسمبر 1985 - الحالي الأول.

• 10 أكتوبر 1987 - وحدة الطاقة الثانية.

• 28 ديسمبر 1988 – وحدة الطاقة 3.

• 12 مايو 1993 - وحدة الطاقة 4.

مزايا محطات الطاقة النووية:

• صغر حجم الوقود المستخدم وإمكانية إعادة استخدامه بعد معالجته.

• طاقة الوحدة العالية: 1000-1600 ميجاوات لكل وحدة طاقة؛

• انخفاض تكلفة الطاقة نسبياً، وخاصة الطاقة الحرارية؛

• إمكانية التنسيب في مناطق بعيدة عن موارد الطاقة المائية الكبيرة، والودائع الكبيرة، في الأماكن التي تكون فيها فرص استخدام الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح محدودة؛

• على الرغم من أنه أثناء تشغيل محطة الطاقة النووية، يتم إطلاق كمية معينة من الغاز المتأين في الغلاف الجوي، إلا أن محطة الطاقة الحرارية التقليدية، إلى جانب الدخان، تطلق كمية أكبر من انبعاثات الإشعاع بسبب المحتوى الطبيعي للعناصر المشعة في الفحم.

عيوب محطات الطاقة النووية:

• الوقود المشعع خطير: فهو يتطلب إجراءات معالجة وتخزين معقدة ومكلفة وتستغرق وقتا طويلا؛

• إن تشغيل الطاقة المتغيرة غير مرغوب فيه بالنسبة لمفاعلات النيوترونات الحرارية؛

• ومن الناحية الإحصائية، فإن وقوع حوادث كبيرة أمر مستبعد للغاية، ولكن عواقب مثل هذا الحادث تكون شديدة للغاية، مما يجعل من الصعب تطبيق التأمين المستخدم عادة للحماية الاقتصادية ضد الحوادث؛

• استثمارات رأسمالية كبيرة، خاصة، لكل 1 ميجاوات من القدرة المركبة للوحدات التي تقل طاقتها عن 700-800 ميجاوات، والعامة، اللازمة لبناء المحطة وبنيتها التحتية، وكذلك للتخلص لاحقًا من الوحدات المستخدمة ;

• نظرًا لأنه من الضروري بالنسبة لمحطات الطاقة النووية توفير إجراءات تصفية دقيقة بشكل خاص (بسبب النشاط الإشعاعي للهياكل المشععة) وخاصة مراقبة النفايات على المدى الطويل - وهي فترة أطول بشكل ملحوظ من فترة تشغيل محطة الطاقة النووية نفسها - فإن هذا يجعل التأثير الاقتصادي لمحطة الطاقة النووية غامض وحسابه الصحيح صعب.

لقد تبين أن استخدام الطاقة النووية في العالم الحديث مهم للغاية لدرجة أنه إذا استيقظنا غدًا واختفت الطاقة الناتجة عن التفاعل النووي، فمن المحتمل أن يتوقف العالم كما نعرفه عن الوجود. يشكل السلام أساس الإنتاج الصناعي والحياة في بلدان مثل فرنسا واليابان وألمانيا وبريطانيا العظمى والولايات المتحدة وروسيا. وإذا كان البلدان الأخيران لا يزالان قادرين على استبدال مصادر الطاقة النووية بالمحطات الحرارية، فإن هذا أمر مستحيل بالنسبة لفرنسا أو اليابان.

استخدام الطاقة النووية يخلق العديد من المشاكل. في الأساس، ترتبط كل هذه المشاكل بحقيقة أن استخدام الطاقة الملزمة للنواة الذرية (والتي نسميها الطاقة النووية) لصالح الفرد، يتلقى الشخص شرًا كبيرًا في شكل نفايات شديدة الإشعاع لا يمكن التخلص منها ببساطة. يجب معالجة النفايات الناتجة عن مصادر الطاقة النووية ونقلها ودفنها وتخزينها لفترة طويلة في ظروف آمنة.

إيجابيات وسلبيات، فوائد ومضار استخدام الطاقة النووية

دعونا نفكر في إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة الذرية وفوائدها وأضرارها وأهميتها في حياة البشرية. ومن الواضح أن الطاقة النووية اليوم لا تحتاج إليها إلا الدول الصناعية. أي أن الطاقة النووية السلمية تستخدم بشكل أساسي في منشآت مثل المصانع ومحطات المعالجة وما إلى ذلك. إن الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة والبعيدة عن مصادر الكهرباء الرخيصة (مثل محطات الطاقة الكهرومائية) هي التي تستخدم محطات الطاقة النووية لضمان وتطوير عملياتها الداخلية.

لا تحتاج المناطق والمدن الزراعية كثيرًا إلى الطاقة النووية. من الممكن تمامًا استبدالها بالمحطات الحرارية وغيرها. وتبين أن إتقان الطاقة النووية وحيازتها وتطويرها وإنتاجها واستخدامها يهدف في معظمها إلى تلبية احتياجاتنا من المنتجات الصناعية. دعونا نرى أي نوع من الصناعات هي: صناعة السيارات، والإنتاج العسكري، والمعادن، والصناعة الكيميائية، ومجمع النفط والغاز، وما إلى ذلك.

هل يريد الإنسان المعاصر قيادة سيارة جديدة؟ هل ترغب في ارتداء المواد التركيبية العصرية وتناول المواد التركيبية وتعبئة كل شيء بالمواد التركيبية؟ هل تريد منتجات ملونة بأشكال وأحجام مختلفة؟ هل تريد جميع الهواتف وأجهزة التلفاز وأجهزة الكمبيوتر الجديدة؟ هل ترغب في شراء الكثير وتغيير المعدات من حولك في كثير من الأحيان؟ هل ترغب في تناول طعام كيميائي لذيذ من العبوات الملونة؟ هل تريد أن تعيش في سلام؟ هل تريد سماع خطابات حلوة من شاشة التلفزيون؟ هل يريد أن يكون هناك الكثير من الدبابات والصواريخ والطرادات والقذائف والبنادق؟

ويحصل على كل شيء. ولا يهم أن التناقض بين القول والفعل يؤدي في النهاية إلى الحرب. لا يهم أن إعادة التدوير تتطلب طاقة أيضًا. في الوقت الراهن الرجل هادئ. يأكل ويشرب ويذهب إلى عمله ويبيع ويشتري.

وكل هذا يتطلب الطاقة. وهذا يتطلب أيضًا الكثير من النفط والغاز والمعادن وما إلى ذلك. وكل هذه العمليات الصناعية تتطلب الطاقة النووية. لذلك، بغض النظر عما يقوله أي شخص، حتى يتم تشغيل أول مفاعل اندماج نووي حراري صناعي، فإن الطاقة النووية لن تتطور إلا.

يمكننا أن ندرج بأمان كل ما اعتدنا عليه كمزايا للطاقة النووية. الجانب السلبي هو الاحتمال المحزن للوفاة الوشيكة بسبب انهيار استنزاف الموارد، ومشاكل النفايات النووية، والنمو السكاني وتدهور الأراضي الصالحة للزراعة. بمعنى آخر، أتاحت الطاقة النووية للإنسان أن يبدأ في السيطرة على الطبيعة بشكل أكبر، واغتصابها إلى أبعد الحدود إلى درجة أنه في غضون بضعة عقود تجاوز عتبة إعادة إنتاج الموارد الأساسية، وأطلق عملية انهيار الاستهلاك بين عامي 2000 و2000. و 2010. هذه العملية لم تعد تعتمد بشكل موضوعي على الشخص.

سيتعين على الجميع أن يأكلوا أقل ويعيشوا أقل ويستمتعوا بالبيئة الطبيعية بشكل أقل. وهنا يكمن زائد أو ناقص آخر للطاقة النووية، وهو أن البلدان التي أتقنت استخدام الذرة سوف تكون قادرة على إعادة توزيع الموارد الشحيحة بشكل أكثر فعالية لأولئك الذين لم يتقنوا الذرة. علاوة على ذلك، فإن تطوير برنامج الاندماج النووي الحراري فقط هو الذي سيسمح للبشرية بالبقاء على قيد الحياة ببساطة. الآن دعونا نشرح بالتفصيل أي نوع من "الوحش" هو - الطاقة الذرية (النووية) وما الذي يتم تناوله به.

الكتلة والمادة والطاقة الذرية (النووية).

كثيرا ما نسمع العبارة القائلة بأن "الكتلة والطاقة هما نفس الشيء"، أو مثل هذه الأحكام التي تجعل التعبير E = mc2 يفسر انفجار قنبلة ذرية (نووية). الآن بعد أن حصلت على فهم أولي للطاقة النووية وتطبيقاتها، سيكون من غير الحكمة حقًا أن نخلط بينك وبين عبارات مثل "الكتلة تساوي الطاقة". وعلى أية حال، فإن هذه الطريقة في تفسير الاكتشاف العظيم ليست الأفضل. ومن الواضح أن هذا مجرد ذكاء الإصلاحيين الشباب، "جليليي العصر الجديد". في الواقع، فإن تنبؤ النظرية، والذي تم التحقق منه من خلال العديد من التجارب، يقول فقط أن الطاقة لها كتلة.

سنشرح الآن وجهة النظر الحديثة ونقدم لمحة موجزة عن تاريخ تطورها.
عندما تزيد طاقة أي جسم مادي فإن كتلته تزداد، ونعزو هذه الكتلة الإضافية إلى زيادة الطاقة. على سبيل المثال، عند امتصاص الإشعاع، يصبح الممتص أكثر سخونة وتزداد كتلته. ومع ذلك، فإن الزيادة صغيرة جدًا لدرجة أنها تظل خارج نطاق دقة القياسات في التجارب العادية. على العكس من ذلك، إذا أصدرت المادة إشعاعًا، فإنها تفقد قطرة من كتلتها، والتي يحملها الإشعاع بعيدًا. يطرح سؤال أوسع: أليست كتلة المادة بأكملها تحددها الطاقة، أي ألا يوجد احتياطي ضخم من الطاقة موجود في كل المادة؟ منذ سنوات عديدة، استجابت التحولات الإشعاعية بشكل إيجابي لهذا. عندما تتحلل ذرة مشعة، تنطلق كمية هائلة من الطاقة (معظمها على شكل طاقة حركية)، ويختفي جزء صغير من كتلة الذرة. القياسات تظهر ذلك بوضوح. وبالتالي، فإن الطاقة تحمل الكتلة معها، وبالتالي تقلل كتلة المادة.

وبالتالي فإن جزءًا من كتلة المادة قابل للتبديل مع كتلة الإشعاع والطاقة الحركية وما إلى ذلك. ولهذا نقول: "الطاقة والمادة قادرتان جزئيًا على التحولات المتبادلة". علاوة على ذلك، يمكننا الآن إنشاء جسيمات من المادة لها كتلة ويمكن أن تتحول بالكامل إلى إشعاع له كتلة أيضًا. يمكن لطاقة هذا الإشعاع أن تتحول إلى أشكال أخرى، وتنقل كتلتها إليها. وعلى العكس من ذلك، يمكن للإشعاع أن يتحول إلى جسيمات المادة. لذا بدلًا من عبارة "الطاقة لها كتلة"، يمكننا أن نقول "جسيمات المادة والإشعاع قابلة للتحويل فيما بينها، وبالتالي فهي قادرة على التحول مع أشكال أخرى من الطاقة". هذا هو خلق وتدمير المادة. مثل هذه الأحداث المدمرة لا يمكن أن تحدث في عالم الفيزياء والكيمياء والتكنولوجيا العادية، بل يجب البحث عنها إما في العمليات المجهرية ولكن النشطة التي تدرسها الفيزياء النووية، أو في بوتقة القنابل الذرية ذات درجة الحرارة العالية، في الشمس والنجوم. ومع ذلك، سيكون من غير المعقول أن نقول إن "الطاقة هي الكتلة". نقول: "الطاقة، مثل المادة، لها كتلة".

كتلة المادة العادية

نقول إن كتلة المادة العادية تحتوي في داخلها على قدر هائل من الطاقة الداخلية، يساوي حاصل ضرب الكتلة في (سرعة الضوء)2. لكن هذه الطاقة موجودة في الكتلة ولا يمكن إطلاقها دون اختفاء جزء منها على الأقل. كيف جاءت هذه الفكرة المذهلة ولماذا لم يتم اكتشافها من قبل؟ لقد تم اقتراحه من قبل - التجربة والنظرية بأشكال مختلفة - ولكن حتى القرن العشرين لم يتم ملاحظة التغير في الطاقة، لأنه في التجارب العادية يتوافق مع تغير صغير بشكل لا يصدق في الكتلة. لكننا الآن واثقون من أن الرصاصة الطائرة تتمتع بكتلة إضافية بسبب طاقتها الحركية. حتى عند سرعة 5000 متر/ثانية، فإن الرصاصة التي تزن 1 جرام بالضبط في حالة السكون سيكون لها كتلة إجمالية تبلغ 1.00000000001 جرام. البلاتين الأبيض الساخن الذي يزن 1 كجم سيضيف فقط 0.000000000004 كجم ولن يتمكن أي وزن عمليًا من تسجيل هذه الكتلة. التغييرات. فقط عندما يتم إطلاق احتياطيات هائلة من الطاقة من النواة الذرية، أو عندما يتم تسريع "المقذوفات" الذرية إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء، تصبح كتلة الطاقة ملحوظة.

من ناحية أخرى، حتى الاختلاف الدقيق في الكتلة يشير إلى إمكانية إطلاق كمية هائلة من الطاقة. وبالتالي، فإن ذرات الهيدروجين والهيليوم لها كتل نسبية تبلغ 1.008 و4.004. إذا أمكن دمج أربع نوى هيدروجين في نواة هيليوم واحدة، فإن كتلة 4.032 ستتغير إلى 4.004. والفرق صغير، فقط 0.028، أو 0.7%. ولكنه يعني إطلاقًا هائلاً للطاقة (بشكل رئيسي في شكل إشعاع). 4.032 كجم من الهيدروجين سينتج 0.028 كجم من الإشعاع، والذي سيكون له طاقة تبلغ حوالي 600000000000 كالوري.

قارن هذا بالـ 140.000 سعرة حرارية التي يتم إطلاقها عندما تتحد نفس الكمية من الهيدروجين مع الأكسجين في انفجار كيميائي.
تساهم الطاقة الحركية العادية بشكل كبير في كتلة البروتونات السريعة جدًا المنتجة في السيكلوترونات، وهذا يخلق صعوبات عند العمل مع مثل هذه الآلات.

لماذا لا نزال نعتقد أن E=mc2

الآن نحن نعتبر هذا نتيجة مباشرة للنظرية النسبية، لكن الشكوك الأولى نشأت في نهاية القرن التاسع عشر، فيما يتعلق بخصائص الإشعاع. بدا من المحتمل حينها أن للإشعاع كتلة. وبما أن الإشعاع يحمل، كما لو كان على الأجنحة، بسرعة مع الطاقة، أو بالأحرى هو في حد ذاته طاقة، فقد ظهر مثال للكتلة التي تنتمي إلى شيء "غير مادي". تنبأت القوانين التجريبية للكهرومغناطيسية بأن الموجات الكهرومغناطيسية يجب أن يكون لها "كتلة". ولكن قبل إنشاء النظرية النسبية، كان الخيال الجامح فقط هو الذي يمكنه توسيع النسبة m=E/c2 إلى أشكال أخرى من الطاقة.

جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي (موجات الراديو، والأشعة تحت الحمراء، والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية، وما إلى ذلك) تشترك في بعض السمات المشتركة: فهي جميعها تنتشر في الفراغ بنفس السرعة وجميعها تنقل الطاقة والزخم. نحن نتخيل الضوء والإشعاعات الأخرى على شكل موجات تنتشر بسرعة عالية لكن محددة c = 3*108 م/ث. عندما يسقط الضوء على سطح ماص، يتم إنتاج الحرارة، مما يشير إلى أن تيار الضوء يحمل الطاقة. يجب أن تنتشر هذه الطاقة مع التدفق بنفس سرعة الضوء. في الواقع، يتم قياس سرعة الضوء بهذه الطريقة بالضبط: في الوقت الذي يستغرقه جزء من الطاقة الضوئية للسفر مسافة طويلة.

عندما يضرب الضوء سطح بعض المعادن، فإنه يطرد الإلكترونات التي تطير للخارج تمامًا كما لو أنها ضربت بكرة مدمجة. ويبدو أنه يتم توزيعه في أجزاء مركزة، والتي نسميها "الكميات". هذه هي الطبيعة الكمومية للإشعاع، على الرغم من أن هذه الأجزاء تنشأ على ما يبدو بواسطة الموجات. كل قطعة من الضوء لها نفس الطول الموجي لها نفس الطاقة، أي "كم" معين من الطاقة. تندفع هذه الأجزاء بسرعة الضوء (وهي في الواقع خفيفة)، وتنقل الطاقة والزخم (الزخم). كل هذا يجعل من الممكن أن نعزو كتلة معينة للإشعاع - يتم تخصيص كتلة معينة لكل جزء.

عندما ينعكس الضوء من المرآة، لا يتم إطلاق أي حرارة، لأن الشعاع المنعكس يحمل كل الطاقة، لكن المرآة تتعرض لضغط مماثل لضغط الكرات المرنة أو الجزيئات. إذا اصطدم الضوء بسطح أسود ممتص بدلاً من المرآة، يصبح الضغط بمقدار النصف. يشير هذا إلى أن الشعاع يحمل مقدار الحركة التي تدورها المرآة. ولذلك، فإن الضوء يتصرف كما لو كان له كتلة. ولكن هل هناك أي طريقة أخرى لمعرفة أن شيئًا ما له كتلة؟ هل الكتلة موجودة بذاتها، مثل الطول أو اللون الأخضر أو ​​الماء؟ أم أنه مفهوم مصطنع يحدده سلوك مثل الحياء؟ والواقع أن القداس معروف لنا في ثلاثة مظاهر:

• أ. عبارة غامضة تصف كمية "المادة" (الكتلة من وجهة النظر هذه متأصلة في المادة - كيان يمكننا رؤيته أو لمسه أو دفعه).
• ب. بعض البيانات التي تربطها بكميات فيزيائية أخرى.
• ب. الكتلة محفوظة.

يبقى تحديد الكتلة من حيث الزخم والطاقة. ومن ثم فإن أي شيء متحرك له زخم وطاقة يجب أن يكون له "كتلة". يجب أن تكون كتلتها (الزخم)/(السرعة).

نظرية النسبية

أدت الرغبة في ربط سلسلة من المفارقات التجريبية المتعلقة بالمكان والزمان المطلقين إلى ظهور النظرية النسبية. أعطى نوعان من التجارب مع الضوء نتائج متضاربة، وأدت التجارب مع الكهرباء إلى تفاقم هذا الصراع. ثم اقترح أينشتاين تغيير القواعد الهندسية البسيطة لإضافة المتجهات. وهذا التغيير هو جوهر "نظريته النسبية الخاصة".

بالنسبة للسرعات المنخفضة (من أبطأ حلزون إلى أسرع الصواريخ)، تتفق النظرية الجديدة مع النظرية القديمة.
عند السرعات العالية، التي تضاهي سرعة الضوء، يتم تعديل قياسنا للأطوال أو الوقت من خلال حركة الجسم بالنسبة للراصد، وعلى وجه الخصوص، تصبح كتلة الجسم أكبر كلما تحرك بشكل أسرع.

ثم أعلنت النظرية النسبية أن هذه الزيادة في الكتلة كانت عامة تمامًا. في السرعات العادية لا يوجد أي تغيير، وفقط عند سرعة 100.000.000 كم/ساعة تزداد الكتلة بنسبة 1%. أما بالنسبة للإلكترونات والبروتونات المنبعثة من الذرات المشعة أو المعجلات الحديثة فتصل إلى 10، 100، 1000%…. توفر التجارب التي أجريت على مثل هذه الجسيمات عالية الطاقة تأكيدًا ممتازًا للعلاقة بين الكتلة والسرعة.

وعلى الطرف الآخر يوجد إشعاع ليس له كتلة ساكنة. إنها ليست مادة ولا يمكن أن تبقى في حالة راحة؛ فهو ببساطة يمتلك كتلة ويتحرك بسرعة c، لذا فإن طاقته تساوي mc2. نتحدث عن الكميات كفوتونات عندما نريد أن نلاحظ سلوك الضوء كتيار من الجسيمات. كل فوتون لديه كتلة معينة m، وطاقة معينة E=mс2 والزخم (الزخم).

التحولات النووية

في بعض التجارب على النوى، لا يصل مجموع كتل الذرات بعد الانفجارات العنيفة إلى نفس الكتلة الإجمالية. كما أن الطاقة المنطلقة تحمل جزءًا من الكتلة بعيدًا؛ يبدو أن القطعة المفقودة من المادة الذرية قد اختفت. ومع ذلك، إذا خصصنا الكتلة E/c2 للطاقة المقاسة، نجد أن الكتلة محفوظة.

إبادة المادة

لقد اعتدنا على التفكير في الكتلة باعتبارها خاصية حتمية للمادة، وبالتالي فإن انتقال الكتلة من المادة إلى الإشعاع - من المصباح إلى شعاع الضوء الهارب - يبدو تقريبًا مثل تدمير المادة. خطوة أخرى - وسوف نفاجأ باكتشاف ما يحدث بالفعل: الإلكترونات الموجبة والسالبة، جزيئات المادة، المرتبطة ببعضها البعض، تتحول بالكامل إلى إشعاع. وتتحول كتلة مادتهما إلى كتلة متساوية من الإشعاع. هذه حالة اختفاء المادة بالمعنى الحرفي للكلمة. كما هو الحال في التركيز، في ومضة من الضوء.

تظهر القياسات أن (الطاقة، الإشعاع أثناء الفناء)/c2 تساوي الكتلة الكلية لكلا الإلكترونين - الموجب والسالب. يتحد البروتون المضاد مع بروتون ويفني، وعادة ما يطلق جسيمات أخف ذات طاقة حركية عالية.

خلق المادة

الآن بعد أن تعلمنا كيفية إدارة الإشعاع عالي الطاقة (الأشعة السينية ذات الموجات القصيرة جدًا)، يمكننا تحضير جسيمات المادة من الإشعاع. إذا تم قصف هدف بمثل هذه الأشعة، فإنها تنتج أحيانًا زوجًا من الجسيمات، على سبيل المثال، الإلكترونات الموجبة والسالبة. وإذا استخدمنا الصيغة m=E/c2 مرة أخرى لكل من الطاقة الإشعاعية والحركية، فسيتم حفظ الكتلة.

ببساطة عن المجمع – الطاقة النووية (الذرية).

• معرض الصور والصور والصور.
• الطاقة النووية، الطاقة الذرية - الأساسيات، الفرص، الآفاق، التنمية.
• حقائق مثيرة للاهتمام، معلومات مفيدة.
• الأخبار الخضراء – الطاقة النووية، الطاقة الذرية.
• روابط للمواد والمصادر – الطاقة النووية (الذرية).