Skip to main content
Global

17.4: عواقب الطاقة النووية

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    169273

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    يمثل استخدام الطاقة النووية معضلة مثيرة للاهتمام. من ناحية أخرى، لا تنتج الكهرباء النووية أي انبعاثات كربونية، وهي ميزة مستدامة رئيسية في عالم يواجه تغير المناخ. من ناحية أخرى، هناك خطر بيئي يتمثل في تخزين الوقود المستهلك لآلاف أو مئات الآلاف من السنين، والمخاطر المجتمعية للانتشار النووي، وتأثير الإطلاق العرضي للإشعاع من المفاعلات العاملة. يجب على العلماء وصانعي السياسات والمواطنين المدروسين الموازنة بين هذه المزايا والعيوب.

    مزايا الطاقة النووية

    على عكس الوقود الأحفوري، فإن توليد الكهرباء من الطاقة النووية لا يلوث الهواء أو يساهم بشكل كبير في تغير المناخ (الشكل\(\PageIndex{a}\)). ومع استمرارنا في استنزاف الاحتياطيات العالمية من الوقود الأحفوري، فإن إمدادات الوقود النووي وفيرة. تشير التقديرات إلى أن إمدادات اليورانيوم ستستمر لأكثر من 200 عام، وهناك إمكانية لاستخدام نظائر مشعة أخرى أيضًا. علاوة على ذلك، تعتبر محطات الطاقة النووية أكثر موثوقية من أي مصدر آخر، بعامل قدرة يبلغ 93.5٪ (الشكل\(\PageIndex{b}\)). السعة هي كمية الكهرباء التي يمكن للمولد إنتاجها عند تشغيله بكامل طاقته، وعامل السعة هو مقياس لعدد المرات التي تعمل فيها المحطة بأقصى طاقة. (محطة توليد الطاقة ذات عامل السعة بنسبة 100٪ تعني أنها تنتج الطاقة طوال الوقت.)

    رسم بياني بياني يقارن الوفيات وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري للفحم والنفط والغاز الطبيعي والكتلة الحيوية والطاقة الكهرومائية والطاقة النووية والشمسية وطاقة الرياح
    الشكل\(\PageIndex{a}\): تتسبب الطاقة النووية في عدد أقل من الوفيات وتطلق غازات الدفيئة الضئيلة مقارنة بالوقود الأحفوري. تستكشف هذه الرسوم البيانية السؤال «ما هي أكثر مصادر الطاقة أمانًا وأنظفها؟». على اليسار يوجد معدل الوفيات من الحوادث وتلوث الهواء الذي يُقاس بعدد الوفيات لكل تيراواط/ساعة من إنتاج الطاقة. 1 تيراواط/ساعة هو استهلاك الطاقة السنوي لـ 27000 شخص في الاتحاد الأوروبي (EU). على اليمين توجد انبعاثات غازات الاحتباس الحراري المقاسة بأطنان مكافئ ثاني أكسيد الكربون المنبعثة لكل جيجاواط/ساعة (TCO 2 -EQ/GWh) من الكهرباء على مدى دورة حياة محطة الطاقة. 1 جيجاواط/ساعة هو استهلاك الكهرباء السنوي لـ 160 شخصًا في الاتحاد الأوروبي. تسبب الفحم في 24.6 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 25٪ من الطاقة العالمية، و 820 TCO 2 -EQ/GWh. استأثر النفط بـ 18.4 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 31٪ من الطاقة العالمية، و 720 TCO 2 -EQ/GWh. تسبب الفحم في 2.8 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 23٪ من الطاقة العالمية، و 490 طن من ثاني أكسيد الكربون - مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل جيجاوات ساعة. تسببت الكتلة الحيوية في 4.6 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 7٪ من الطاقة العالمية، و 78-230 طن من ثاني أكسيد الكربون - EQ/GWh. تسببت الطاقة الكهرومائية في 0.02 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 6٪ من الطاقة العالمية، و 34 TCO 2 - Eq/GWh. تسببت الطاقة النووية في 0.07 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 4٪ من الطاقة العالمية، و 4 TCO 2 -EQ/GWh. تسببت الرياح في 0.04 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 2٪ من الطاقة العالمية، و 4 TCO 2 -EQ/GWh. استأثر الفحم بنسبة 0.02 حالة وفاة/تيراواط ساعة، و 1٪ من الطاقة العالمية، و 5 TCO 2 -EQ/GWh. تسبب الفحم في وفيات تزيد بمقدار 1230 مرة عن الطاقة الشمسية، وتسبب النفط في وفيات تزيد بمقدار 263 مرة عن الطاقة النووية. كانت انبعاثات الفحم أعلى 273 مرة من الطاقة النووية، وكانت انبعاثات النفط أعلى بـ 180 مرة من الرياح. صورة من هانا ريتشي وماكس روزر/عالمنا في البيانات (CC-BY).

     

    رسم بياني شريطي لعوامل السعة لستة مصادر طاقة مختلفة. من الأعلى إلى الأدنى: الطاقة النووية والغاز الطبيعي والفحم والطاقة الكهرومائية والرياح والطاقة الشمسية.
    الشكل\(\PageIndex{b}\): عامل السعة لستة مصادر للطاقة في عام 2019. تمتلك الطاقة النووية أعلى عامل قدرة بنسبة 93.5٪ يليها الغاز الطبيعي (56.8٪) والفحم (47.5٪) والطاقة الكهرومائية (39.1٪) والرياح (34.8٪) والطاقة الشمسية (24.5٪). صورة من مكتب الطاقة النووية/وزارة الطاقة الأمريكية (ملكية عامة).

    الآثار السلبية للطاقة النووية

    على الرغم من فوائدها، فإن الطاقة النووية لها جوانب سلبية. يتطلب الماء أكثر من أي مصدر طاقة آخر. يتم إطلاق المياه المستخدمة للتبريد مرة أخرى إلى البيئة، وعلى الرغم من أنها لا تحتوي على مواد مشعة أو مواد كيميائية ضارة أخرى، إلا أنها أكثر دفئًا من ذي قبل. وهذا ما يسمى بالتلوث الحراري، ويمكن أن يضر بالحياة المائية، التي تتكيف مع درجات الحرارة الباردة. يؤدي التعدين السطحي لخام اليورانيوم إلى تدهور الموائل وإطلاق السموم من باطن الأرض (على غرار التعدين السطحي للفحم). محطات الطاقة النووية مكلفة في البناء والصيانة، وتتطلب كميات كبيرة من المعدن والخرسانة. يمكن استخدام اليورانيوم المخصب للوقود النووي إذا كان في أيد خاطئة لصنع أسلحة نووية (الشكل\(\PageIndex{c}\)). في حين أن الحوادث النووية نادرة، إلا أنها يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا وتأثيراتها طويلة الأمد. علاوة على ذلك، لا تزال مشكلة التخلص الآمن من الوقود النووي المستهلك بدون حل. تتم مناقشة الشاغلين الأخيرين بمزيد من التفصيل أدناه.

     

    ثلاثة مخططات دائرية توضح نسب تخصيب اليورانيوم في الطبيعة (< 0.72%) والوقود (< 20%) والأسلحة (20-85%).
    الشكل\(\PageIndex{c}\): مخططات دائرية توضح النسب النسبية لليورانيوم 238 (الأزرق) واليورانيوم 235 (الأحمر) عند مستويات مختلفة من التخصيب. تتطلب الأسلحة النووية يورانيوم عالي التخصيب أكثر مما هو مطلوب للوقود النووي. يتكون اليورانيوم الطبيعي (NU) من أكثر من 99.2٪ من U-238 و 0.72٪ أو أقل من U-235. يتكون اليورانيوم منخفض التخصيب (LEU) من أقل من 20% من اليورانيوم-235، مع اليورانيوم المستخدم في المفاعلات عادةً 2-5% من اليورانيوم-235. يتكون اليورانيوم عالي التخصيب (HEU) من 20-85٪ من U-235 بدرجة أسلحة لا تقل عن 85٪ من U-235. الصورة والتعليق (تم تعديلهما) بواسطة Fastfision (المجال العام).

    نفايات نووية

    يتمثل التحدي البيئي الرئيسي للطاقة النووية في النفايات بما في ذلك النفايات المشعة عالية المستوى والنفايات المشعة منخفضة المستوى ومخلفات مطاحن اليورانيوم. تتمتع هذه المواد بنصف عمر إشعاعي طويل وبالتالي تظل تهديدًا لصحة الإنسان لآلاف السنين.

    تتكون النفايات المشعة عالية المستوى (HLRW) من وقود المفاعل النووي المستخدم (قضبان الوقود النووي المستهلك). تحتوي هذه المنتجات على منتجات الانشطار النووي، وهي مواد مشعة بحد ذاتها. يتم تخزين HLRW مؤقتًا في حوض سباحة في محطة الطاقة النووية أو برميل جاف، وأسطوانات فولاذية داخل حاوية أخرى، مصنوعة من الفولاذ أو الخرسانة (الشكل\(\PageIndex{d}\)). تحتوي البراميل الجافة على غاز خامل (غير تفاعلي) وقد تكون موجودة في محطة الطاقة أو محطة توليد الطاقة المسحوبة من الخدمة أو موقع تخزين منفصل. لا يجوز نقل النفايات المشعة عالية المستوى إلى برميل جاف إلا بعد عام واحد من التبريد في حمام السباحة. لا تمتلك الولايات المتحدة مخزنًا طويل الأجل لـ HLRW، وبالتالي يظل الوقود المستهلك مخزنًا مؤقتًا.

    قضبان وقود طويلة في أسطوانة داخل أسطوانة أخرى، وهي أطول بثلاث مرات تقريبًا من الشخص
    الشكل\(\PageIndex{d}\): تقوم البراميل الجافة بإغلاق قضبان الوقود المستهلك في علبة محاطة ببرميل تخزين أكبر. توجد حزم من تجميعات الوقود المستخدمة في الداخل. الصورة من NRC (المجال العام).

    تم اقتراح جبل يوكا في نيفادا كموقع تخزين جيولوجي طويل الأجل، حيث يمكن دفن HLRW لمئات الآلاف من السنين. تم إنشاء مرفق التخزين، ولكن لم يتم استخدامه بسبب معارضة السكان المحليين والقلق بشأن سلامة نقل HLNW (الشكل\(\PageIndex{e}\))

    منظر طبيعي قاحل مع جبل طويل
    الشكل\(\PageIndex{e}\): جبل يوكا هو الموقع المقترح للتخزين طويل الأجل للنفايات المشعة عالية المستوى في الولايات المتحدة، ولكنه غير مستخدم بسبب الجدل السياسي. الصورة بواسطة whitehouse.gov (المجال العام).

    تقوم بعض البلدان بإعادة معالجة (إعادة تدوير) الوقود النووي المستهلك، ولكن لا يوجد مرفق لإعادة التدوير أو إعادة المعالجة أو مستودع النفايات الفيدرالي مرخص حاليًا في الولايات المتحدة. تؤدي إعادة المعالجة إلى فصل الجزء القابل للاستخدام من الوقود المستهلك وإعادة تدويره عبر المفاعل، باستخدام جزء أكبر من محتواه من الطاقة لإنتاج الكهرباء، وترسل النفايات عالية المستوى المتبقية إلى التخزين الجيولوجي الدائم.

    الدافع الأساسي لإعادة المعالجة هو زيادة استخدام موارد الوقود، واستخراج حوالي 25 في المائة من الطاقة أكثر من الدورة التي تتم مرة واحدة. الدافع الثانوي لإعادة التدوير هو انخفاض كبير في مساحة التخزين الجيولوجي الدائمة (إلى 20٪ أو أقل مما كان مطلوبًا بخلاف ذلك) والوقت (من مئات الآلاف من السنين إلى آلاف السنين). وفي حين تبدو هذه المزايا طبيعية وجذابة من منظور الاستدامة، إلا أنها معقدة بسبب خطر سرقة المواد النووية من دورة إعادة المعالجة لاستخدامها في إنتاج الأسلحة غير المشروعة أو غيرها من الأغراض غير المستدامة. في الوقت الحاضر، تنخرط فرنسا والمملكة المتحدة وروسيا واليابان والصين في شكل من أشكال إعادة المعالجة؛ ولا تقوم الولايات المتحدة والسويد وفنلندا بإعادة المعالجة.

    تشير النفايات المشعة منخفضة المستوى (LLRW) إلى العناصر التي تعرضت للإشعاع بما في ذلك الملابس والمرشحات والقفازات. يمكن احتواؤها بالخرسانة أو الرصاص (الذي لا يمكن للإشعاع المرور من خلاله؛ الشكل\(\PageIndex{f}\)). عادةً ما يتم تخزين النفايات منخفضة المستوى في محطة الطاقة النووية، إما حتى تتحلل ويمكن التخلص منها كقمامة عادية، أو حتى تصبح الكميات كبيرة بما يكفي لشحنها إلى أحد مواقع التخلص من LLRW الخمسة في الولايات المتحدة (الشكل\(\PageIndex{g}\)).

    أربعة جزيئات في ورق عمودي، يد شخص، ورقة معدنية، كوب من الماء، كتلة سميكة من الخرسانة، ورصاص سميك مستقيم.
    الشكل\(\PageIndex{f}\): يمكن للمياه والخرسانة السميكة والرصاص والصلب (غير موضح) إيقاف عدة أنواع من الإشعاع المنبعث من النفايات المشعة. لاحظ أن أشعة جاما يمكن أن تخترق إلى حد ما جميع هذه المواد، لكن الرصاص والخرسانة والصلب توفر درعًا جزئيًا. تظهر قدرة أنواع مختلفة من الإشعاع على المرور عبر المواد. من الأقل إلى الأكثر اختراقًا، فهي ألفا < بيتا < نيوترون < جاما. يتكون الجسيم العلوي المدرج من كرتين أبيضتين وكرتين خضرتين تم تسميتهما بعلامات إيجابية ويطلق عليهما اسم «ألفا». يؤدي السهم المتجه لليمين من هذا إلى الورق. والجسيم الثاني عبارة عن كرة حمراء تحمل اسم «Beta» ويتبعها سهم موجه لليمين يمر عبر الورق ويتوقف عند اليد. والجسيم الثالث عبارة عن كرة بيضاء تسمى «النيوترون» ويتبعها سهم موجه لليمين يمر عبر الورق واليد والمعدن ولكنه يتوقف عند كوب الماء. يظهر الجسيم الرابع بسهم متعرج ويمر عبر جميع المواد ولكنه يتوقف عند الرصاص. تشير المصطلحات الموجودة في الجزء السفلي إلى اليسار إلى اليمين إلى «الورق» و «المعدن» و «الماء» و «الخرسانة» و «الرصاص». صورة وتسمية توضيحية (معدلة) من فلاورز، وثيوبولد، ولانغلي/أوبنستاإكس (CC-BY). قم بالتنزيل مجانًا في CNX.
    قسم من منشأة التخلص من النفايات المشعة منخفضة المستوى
    الشكل\(\PageIndex{g}\): رسم تخطيطي (أعلى) وصورة (أسفل) لموقع التخلص من النفايات المشعة منخفضة المستوى (LLRW أو LLW). في الرسم التخطيطي، توجد نفايات منخفضة المستوى في عبوات داخل خزائن خرسانية. هذا محاط بالطين غير المنفذ والردم. يمنع نظام الصرف النفايات من تلويث المياه الجوفية. مرفق التخلص بأكمله تحت الأرض، وطبقة من التربة العلوية فوقه. يقبل موقع التخلص الموجود في الصورة النفايات من الدول المشاركة في اتفاقية التخلص الإقليمية. يتم ختم النفايات في عبوات ودفنها بشكل سطحي. الصورة من NRC (المجال العام).

    ينتج تخصيب اليورانيوم سداسي فلوريد اليورانيوم المستنفد (DUF 6)، أو مخلفات مطاحن اليورانيوم، كمنتج ثانوي، لا يحتوي على تركيزات عالية بما يكفي من 235 U لاستخدامه كوقود نووي ولكنه لا يزال محفوفًا بالمخاطر. تمثل المخلفات أكبر نسبة من النفايات النووية من حيث الحجم، وهناك أكثر من 200 مليون طن من مخلفات المطاحن المشعة في الولايات المتحدة. تحتوي المخلفات على العديد من العناصر المشعة بما في ذلك الراديوم، الذي يتحلل لإنتاج غاز الرادون، وهو غاز مشع. يتم تخزينها في مستودعات وحفر مبطنة في الأرض تغمرها المياه في المناطق النائية. يتضمن التفكيك معالجة المخلفات كيميائيًا لتقليل مخاطرها بحيث يمكن تخزينها كـ LLRW.

    الكوارث النووية

    هناك العديد من الاحتياطات التنظيمية الأخرى التي تحكم السماح بمحطات الطاقة النووية وبنائها وتشغيلها وإيقاف تشغيلها بسبب مخاطر التفاعل النووي غير المنضبط. إن احتمال تلوث الهواء والماء والغذاء مرتفع في حالة حدوث تفاعل غير متحكم فيه. حتى عند التخطيط لأسوأ السيناريوهات، هناك دائمًا مخاطر الأحداث غير المتوقعة. أثارت الحوادث النووية في جزيرة ثري مايل، وتشرنوبيل (انظر الفصل هوك)، وفوكوشيما مخاوف بشأن سلامة الطاقة النووية.

    وقع حادث ثري مايل آيلاند في ولاية بنسلفانيا عام 1979. لقد كان انصهارًا جزئيًا نتج عن عطل كهربائي وأخطاء في التشغيل. لم تكن هناك وفيات مباشرة. بحثت الدراسات في إمكانية التعرض للإشعاع من الحادث الذي تسبب بشكل غير مباشر في الوفيات من خلال زيادة معدلات الإصابة بالسرطان أو غيره من الأمراض، ولكن لم يكن هناك دليل على ذلك. في المقابل، كان انهيار عام 1986 في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية في ما يعرف الآن بأوكرانيا مسؤولاً عن 50 حالة وفاة مباشرة. حدثت هذه الكارثة من اختبار لأنظمة الطوارئ التي حدثت بشكل خاطئ. تتراوح تقديرات الوفيات غير المباشرة من التعرض للإشعاع من 4,000 إلى 60,000.

    تأثر النقاش العالمي بشأن الطاقة النووية بشدة بالزلزال الذي وقع في مارس/آذار 2011 والتسونامي اللاحق الذي ضرب اليابان مما أدى إلى انهيار المفاعلات في محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية مما تسبب في أضرار جسيمة للمنطقة المحيطة. أدت الكارثة إلى تعطيل نظام التبريد لمجمع الطاقة النووية، مما تسبب في نهاية المطاف في انصهار جزئي لبعض نوى المفاعل وإطلاق إشعاع كبير. أدى تصميم المفاعلات (مفاعلات الماء المغلي) إلى زيادة صعوبة تنفيس النظام دون إطلاق إشعاع. أدى تبريد الوقود المشع إلى توليد كمية كبيرة من المياه الملوثة، وبلغت تكلفة الكارثة 300 مليار دولار على الأقل. في حين لم تكن هناك وفيات فورية، توفي شخص واحد في وقت لاحق من السرطان الذي يعزى إلى التعرض للإشعاع. مات الآلاف نتيجة الإجهاد المرتبط بالإجلاء، وحوالي 20٪ من أكثر من 160،000 شخص تم إجلاؤهم لم يعودوا بعد إلى ديارهم حتى عام 2019.

    تم رسم أربعة مفاعلات في كارثة فوكوشيماعرض جوي للمفاعلات النووية التي تنفيس البخار
    الشكل\(\PageIndex{g}\): على اليسار: رسم تخطيطي (تقريبي) لحوادث محطة فوكوشيما 1 للطاقة النووية. (1) الوحدة 1: انفجار، سقف متفجر في 12 مارس. (2) الوحدة 2: انفجار في 15 مارس؛ مياه ملوثة في خندق تحت الأرض، تسرب محتمل من غرفة الإخماد. (3) الوحدة 3: انفجار، معظم تم تدمير مبنى خرساني في 14 مارس/آذار، مع احتمال تسرب البلوتونيوم. (4) حريق في 15 مارس/آذار؛ تمت استعادة مستوى المياه في أحواض الوقود المستهلك جزئيًا. (5) خنادق متعددة: تم إيقاف مصدر محتمل للمياه الملوثة، جزئيًا تحت الأرض، في 6 أبريل. على اليمين: محطة فوكوشيما 1 للطاقة النووية بعد زلزال وتسونامي توهوكو 2011. المفاعل 1 إلى 4 من اليمين إلى اليسار. الصورة اليسرى والتعليق (تم تعديلها) بواسطة Sodacan (CC-BY). الصورة اليمنى والتعليق بواسطة ديجيتال غلوب (CC-BY-SA).

    عنصر تفاعلي

    يقدم هذا الجزء الذي يستغرق ثلاث دقائق بعنوان «كيف يبدو التعافي في اليابان بعد نحو عقد من كارثة فوكوشيما النووية»، معلومات مستكملة عن الأشخاص الذين تم إجلاؤهم من كارثة فوكوشيما النووية.

    الإسناد

    تم تعديله بواسطة Melissa Ha من المصادر التالية: