سلاسل في الأعداد العقدية

 الأعداد العقدية :

• سلسلة رقم 1 : -------------- مشاهدة ---------------تحميل
• سلسلة رقم 2 : -------------- مشاهدة ---------------تحميل 
• سلسلة رقم 3 : -------------- مشاهدة ---------------تحميل
• سلسلة رقم 4 : -------------- مشاهدة ---------------تحميل
• سلسلة رقم 5 : -------------- مشاهدة ---------------تحميل 
• سلسلة رقم 6 : -------------- مشاهدة ---------------تحميل  
 

Read more »

Math2, TD M2,

{[['']]}

سلاسل في الحساب التكاملي

 حساب التكامل :

• سلسلة رقم 1 : ----------- مشاهدة ------------  تحميل
• سلسلة رقم 2 : ----------- مشاهدة ------------  تحميل
• سلسلة رقم 3 : ----------- مشاهدة ------------  تحميل
• سلسلة رقم 4 : ----------- مشاهدة ------------  تحميل

 

Read more »

Math2, TD M2,

{[['']]}

إدارة النفايات المشعّة

 إن الهدف الأساس لأي برنامج لإدارة النفايات المشعة والتحكم فيها، هو الوصول إلى الوضع الذي يضمن حماية الإنسان والبيئة من مضار تلك النفايات، وقد يعني ذلك لاسيما في بعض حالات النفايات ذات المستوى الإشعاعي المنخفض معالجتها ثم إطلاقها في البيئة، حيث إن معالجتها أو حفظها أو كليهما قد تؤدي إلى خفض مستواها الإشعاعي إلى حد يقل عن مستواها الإشعاعي الطبيعي في البيئة، لأن غير ذلك قد يعني الاضطرار إلى حفظ تلك النفايات لمئات أو آلاف السنين، ويبرز ذلك جلياً في حالة النفايات ذات المستوى الإشعاعي العالي.
ولا يعني اصطلاح "حماية الإنسان والبيئة" بالضرورة عدم احتمال وجود الخطر، ولكن قد يعني أن ذلك الاحتمال قابل للمواجهة والمعالجة، أو أن الفائدة للمجتمع من تحمل وجوده تبرر بقاءه.
ويمكن التخلّص من النفايات المشعّة حسب مستواها الإشعاعي كما يلي:
1 النفايات ذات المستوى العالي:
هناك عدة طرق مقترحة لحفظ النفايات ذات المستوى الإشعاعي العالي، وإضافة إلى أن الكثير منها لا يزال في طور التجربة فهي باهظة التكاليف، ومن هذه الطرق ما يلي:
(أ) الدفن في مطامير دائمة في أعماق مختلفة وفي تكونيات جيولوجية مستقرة.
(ب) تغيير التركيب الذري من خلال قذف النفايات بجسيمات في معجلات أو مفاعلات نووية. 
(ج) الدفن تحت الجليد في أعماق بعيدة تحت المحيط المتجمد.
(د) الطرح في الفضاء الخارجي.
(ه) الدفن تحت قاع المحيطات.
ومن الجدير ذكره أن الدفن في تكوينات جيولوجية مستقرة لايزال هو الطريقة التي تحظى باهتمام كثيرين في الوقت الحاضر، ويجب عند تبني هذه الطريقة الأخذ في الحسبان عوامل عديدة، مثل: نوع الصخور، ونشاط الزلازل في المنطقة، والتكوينات المائية الموجودة في المنطقة أو القريبة منها، بالإضافة إلى العوامل النفسية وتقبّل الرأي العام لوجود مثل هذه المدافن.
وللتدليل على مدى تأثير العوامل النفسية وتأثير الرأي العام في مثل هذا المجال، يجدر بالذكر هنا أنه لا يوجد في الولايات المتحدة الأمريكية في الوقت الحاضر أي مدافن دائمة للنفايات، حيث لاتزال تحفظ بصورة مؤقتة في (60) موقعاً تمثل مواقع محطات للقوى النووية، ويتوقع أن يصل هذا الرقم إلى أكثر من (40) ألف طن في عام 2010م.
2 النفايات ذات المستوى الإشعاعي المتوسط والمنخفض:
يمكن التخلُّص من أثرها الإشعاعي حسب حالتها، سواء أكانت سائلة أم صلبة، حسب ما يلي:
(أ) النفايات المشعة السائلة:
تحدد عادة الجهة المختصة بالحماية من الإشعاع في كل دولة مستوى النشاط الإشعاعي الذي يجب أن تصل إليه النفايات المشعة السائلة قبل السماح بإلقائها في شبكة الصرف الصحي العامة، وتمر عملية إدارة النفايات المشعة السائلة بالخطوات والمراحل التالية:
التجميع: ويعمل به في حالة كون النفايات المشعّة السائلة ذات مستوى إشعاعي منخفض ولكنه أعلى من المسموح به من الجهة المختصة لإلقائه في شبكة الصرف الصحي العامة، فإنه يتم تجميعها في أوعية من البلاستيك ذات أحجام مختلفة، أو أوعية زجاجية في حالة وجود مواد عضوية عالقة، ويتم بعد ذلك القياس الدوري لمستوى الإشعاع، وعند وصوله إلى المستوى المسموح به فإنه يتم تصريف النفايات من خلال شبكة الصرف الصحي.
وعندما يكون حجم النفايات كبيراً جداً يتم حفظها في خزانات متصلة بعضها ببعض، وعندما يمتلئ أحد الخزانات يتم تحويل النفايات إلى خزان آخر، وتتم مراقبة المستوى الإشعاعي في الخزانات السابقة.
المعالجة: في حالة احتواء النفايات السائلة على نويدات ذات عمر نصفي طويل، فإن ذلك يستدعي معالجتها قبل التخلّص منها، والمعالجة الكيميائية هي الأكثر شيوعاً، وتستخدم في معالجة المياه، مثل الترسيب والتبخير والتبادل الأيوني، وتتميز هذه الطرق بكلفتها القليلة وإمكان معالجة عدد كبير من النويدات المشعة.
(ب) النفايات المشعة الصلبة:
فيما يتعلق بالنفايات المشعة الصلبة، فإنها تمر بالمراحل التالية:
التجميع والفصل: حيث يتم تحديد مركز للتجميع تجلب إليه النفايات الصلبة، ومن ثم يتم فرزها وتصنيفها من حيث قابليتها للاحتراق من عدمه، ومن حيث قابليتها لانكماش الحجم، وذلك لتسهيل المعالجة والتخلّص، كما يتم فرز تلك التي لا تزال نشطة إشعاعياً من غيرها.
المعالجة: وتشمل ما يلي:
l المعالجة المؤقتة: وذلك في حالة النفايات التي تشمل نويدات ذات عمر نصفي قصير، والتي يمكن حفظها حتى وصول نشاطها الإشعاعي إلى الحد المسموح به من قِبَل الجهة المختصة لاعتبارها مادة غير نشطة.
l الحرق: ويؤدي إلى تخفيض شديد في حجم هذه المواد، وبالتالي إلى سهولة الحفظ، إلاّ أن ذلك لا يخفض من المحتوى الإشعاعي الكلي.
l الدفن: ويعدّ أكثر الطرق شيوعاً بالنسبة للمواد الصلبة التي يصعب اعتبارها أو تحويلها إلى نفايات عادية، ويتم الدفن في مدافن مغلقة قريبة من السطح

Read more »

Cours SVT,

{[['']]}

تخزين ومعالجة النفايات النووية

المفاعلات النووية والقنبلة النووية
النفايات النووية ومصادرها
تصنيف النفايات النووية
خيارات التعامل مع النفايات النووية
معالجة النفايات الثقيلة
خيارات التخزين
خلاصة

ازدهرت الأبحاث النووية قبيل الحرب العالمية الثانية وأدت قنبلة هيروشيما وناغازاكي إلى توسع سريع في هذه الأبحاث وما فتئت الحرب الباردة تغذيه حتى سقوط الاتحاد السوفياتي.

كان الهدف تكديس وتطوير السلاح النووي الفتاك ردعا للعدو وتأمينا للنفوذ من بين أهداف أخرى لا تخفى على القارئ الكريم.

وبموازاة هذا التسلح، انتشرت مفاعلات توليد الطاقة الكهربائية وتناثرت على خريطة الدول المتقدمة موفرة لها الدفء والطاقة الرخيصة.

ولأن أعمار هذه المحطات (رخص نشاطها) تتراوح بين 40 و60 سنة، فإن كثيرا من المفاعلات النووية إما أن يكون قد توقف عن العمل وفكك وإما أن يكون في طريقه إلى التفكيك. وهكذا، خلفت الأنشطة النووية مدنية وعسكرية عبئا ثقيلا (من النفايات) على الحرث والنسل لمّا يوجد له حل مطمئن حتى الآن.

وقبل الحديث عن تخزين ومعالجة النفايات النووية, لا بد من الحديث عن مدى الهلاك والدمار الذي يمكن أن تسببه هذه النفايات من أجل استيعاب أهمية تخزينها ومعالجتها بطريقة تمنع ضررها عن هذا الكوكب الذي نعيش عليه.

المفاعلات النووية والقنبلة النوويةكنا قد بينا في مقال سابق مكونات المفاعل النووي وبينا أن فشل نظام التبريد أو التحكم يؤدي إلى تحرير غاز الهيدروجين الذي لايفتأ يزداد حجما وضغطا حتى تنفجر الكبسولة ويشتعل هذا الغاز بمجرد ملامسة الأكسجين.

إن الانفجارات التي تسببت في كوارث مفاعلات نووية، على خطورتها، كانت غالبا من هذا النوع ولم يحصل فيها انفجار نووي. وذلك أن مستوى التخصيب للوقود النووي حوالي 5% فقط، وهو أخف بكثير من أقل مجزئ للانفجار.

"الانفجارات التي تسببت في كوارث مفاعلات نووية، كانت غالبا بسبب فشل نظام التبريد, ولم يحصل فيها انفجار نووي"

فإذا عرفت حجم الأخطار التي تهدد العالم من سوء تسيير الوقود النووي قبل استعماله وبعده، مع أن نسبة تخصيبه قليلة، فما بالك بما يمكن أن يسببه السلاح النووي؟

ولنأخذ القنلة النووية مثالا. فهذه جسم انسيابي يحتوي في حوصلته على وزن من اليورانيوم 235 مخصبا بنسبة لا تقل عن 90% (عادة تكون 95%) وفي مؤخرته، ذرات قليلة من نفس اليورانيوم موصولة بمولد شرارة (مادة متفجرة مثل TNT) بمثابة زناد البندقية. عند إلقاء القنبلة تتولد شرارة تنشط ذرات اليورانيوم المجاورة لها فتنطلق من هذه الذرات نونترنات تصيب الحوصلة فيقع الانفجار النووي!

النفايات النووية ومصادرهانقصد بها ما يبقى من كل مادة نووية مشعة بعد أداء الغرض الذي أعدت له أو انتهاء الأجل (الصلاحية) المحدد لاستعمالها.

وتأتي هذه النفايات من ثلاثة مصادر أساسية: الاستعمالات والأبحاث الطبية والمدنية والعسكرية. فالنفايات الطبية هي التي تنتج من استعمال الأشعة في التشخيص والعلاج. أما الاستعمال المدني فيكاد ينحصر في إنتاج الطاقة الكهربائية، ولا يتعداها إلا إلى الجامعات ومراكز البحث الناشطة في هذا الميدان. أما الاستعمالات العسكرية (يسمونها أحيانا أبحاث الدفاع) فهي أكثر المصادر وأخطرها نفايات.

تصنيف النفايات النوويةويتحكم عاملان في تصنيف النفايات وهما غزارة الإشعاع ونصف العمر. وجدير بالذكر أن نصف العمر يتراوح بين جزء صغير من الثانية وبلايين السنين.

فكلما زادت كمية الإشعاع وطال نصف العمر، كلما كانت المادة أشد خطورة وأكثر تدميرا للإنسان والبيئة. ويمكن تسمية هذا الصنف النفايات الثقيلة وبالمقابل، فالإشعاعات الخفيفة ذات العمر القصير تعد قليلة الضرر.

وبين هذه وتلك نفايات متوسطة إما لنصف عمرها أو لإشعاعها. فلنتناول الآن كل صنف بشيء من التفصيل والتبسيط.

النفايات الخفيفة: ومثالها نفايات المستشفيات والمختبرات كملابس الفنيين المباشرين للأنشطة الإشعاعية وأدواتهم وما إلى ذلك مما يحوي كميات بسيطة من المواد المشعة ذات العمر القصير.

وهذا النوع من النفايات قليل الضرر، ويمكن التعامل معه دون أقنعة واقية من الإشعاع ولا يسبب إصابات ولكن لابد من التخلص منه بطريقة سليمة. وعادة ما يدفن في الموقع الذي أنتجه لفترة كافية لانتهاء النشاط الإشعاعي.

ويمكن تخفيف حجم هذه النفايات قبل دفنها وذلك بالتكديس تحت الضغط أو الحرق الموجه الذي يتخلص من المواد العضوية دون العناصر المشعة. وهذا النوع من النفايات يمثل حوالي 90% من مجموع النفايات النووية حجما ولكنه لا يتجاوز 1% إشعاعا.

النفايات المتوسطة: وهي أكثر إشعاعا وأطول عمرا من النفايات الخفيفة ومن أمثلتها قطع المفاعلات وأنابيب مياه لب المفاعل والمواد التي تتلوث جراء التعرض المباشر لإشعاعات هائلة مثل ما يحصل عند تفكيك المفاعلات أو صيانتها.

ولا بد من اتخاذ إجراءات سلامة جادة لحماية من يتعاملون مع هذه الإشعاعات كالملابس والأقنعة الواقية. وإجمالا تمثل هذه الفئة 7% من حجم النفايات النووية في العالم وإن كانت لا تساهم إلا بـ4% من إشعاعاتها. وهذه تُكفّن في خرسانة إسمنت مسلح قبل دفنها من أجل منع تسرب الإشعاع.

"النفايات الثقيلة هي الغزيرة الإشعاع الطويلة العمر, ورغم أن حجمها الإجمالي لا يتجاوز 3% من نفايات العالم، فإنها تحتوي على 95% من التلوث الإشعاعي"

النفايات الثقيلة: وهي النفايات الغزيرة الإشعاع الطويلة العمر، ورغم أن حجمها الإجمالي لا يتجاوز 3% من نفايات العالم، فإنها تحتوي على 95% من التلوث الإشعاعي. ومن هنا يتطلب التعامل معها مزيدا من الحيطة والحذر.

وهذه النفايات تشمل الوقود النووي المستعمل ونواتج الانشطار الثانوية وكثيرا من العناصر الثقيلة ذات الأعمار الطويلة. وبسبب طبيعة النشاط النووي لهذه المواد، فإن كمية من الحرارة لا تنفك تنبعث منها جاعلة من التبريد ضرورة أثناء التعامل معها.

وكما يستخدم الإسمنت كفنا للنفايات المتوسطة، تكبس النفايات الثقيلة في الزجاج (البوليسيليكات أو البيركس) منعا للتسرب قبل دفنها أو نقلها. ولا بد كذلك من تعبئتها في حاويات خاصة تمنع التسرب وتقاوم كل شكل من أشكال التصدع أثناء النقل.

خيارات التعامل مع النفايات النوويةونقتصر هنا على مناقشة النفايات المتوسطة والثقيلة لأن الخفيفة يمكن التخلص من شرها بمجرد دفنها سنوات قليلة وهي أصلا قليلة الضرر كما أسلفنا.

هناك ثلاث إستراتيجيات تقليدية للتعامل:

1- التركيز والاحتواء: ومثاله التكفين والدفن الذي قدمنا.

2- التخفيف والتشتيت: وهو عكس التركيز والاحتواء. ويقوم على تخفيف تركيز المادة المشعة حتى ينخفض إلى مستوى مقبول في البيئة، وعندها يُشتت ليدخل الهواء الجوي. وهذا الخيار قد يناسب الإشعاعات المنخفضة أو القريبة من المستويات البيئية.

3- التخزين والتحلل: وذلك بحفظ المادة المشعة بعيدا في مكان آمن ومعزول وانتظار أن تتحلل وتتحول إلى عناصر مستقرة.

والواقع أنه يندر الاقتصار على إستراتيجية واحدة وإنما يشيع الجمع بينها جميعا بحسب الكم ومستوى الإشعاع وعمره. فما من نفايات نووية نصف عمرها يزيد على عام إلا تخضع لشيء من المعالجة قبل التخزين.

معالجة النفايات الثقيلةويمكن تقسيمها إلى نوعين:1- التَّصناع: ونقصد به انتشال ما يمكن من الوقود النووي وتخصيبه أو تركيزه من أجل إعادة استخدامه وكذلك استخلاص المواد الأخرى التي يمكن الاستفادة منها وإعادة استخدامها في الصناعات النووية.

2- التحويل: ونعني به تحويل النفايات المتبقية بعد التصناع إلى مواد أقصر عمرا أو أخف إشعاعا أو أقل ضررا على البيئة.

ولكن رغم هذه الجهود يبقى جزء ولو يسير في حالته الأولى لم يستجب للتصناع وأعجز مهندسي التحويل وينضاف إليه كثير من نواتج التحويل فتحصل من كل ذلك أطنان من النفايات الخبيثة التي لا يملك الإنسان وسيلة لاتقاء شرها إلا بتخزينها بعيدا عنه وعن بيئته التي يعيش فيها.

ولأن أعمار هذه الإشعاعات تصل ملايين السنين فلا بد من دراسة خيارات التخزين وسلامته بشكل دقيق. على أن الإنسان مهما بذل من جهد لن يستطيع حساب كوارث المستقبل القريب وتفاديها فكيف بالأزمنة الجيولوجية! وحسبك أن الزلازل لا يمكن التنبؤ بها على نحو دقيق.

خيارات التخزين

"عند تخزين النفايات يجب أن تكون معزولة عزلا تاما عن المياه الجوفية والتربة حتى لا تتسرب إلى السلاسل الغذائية والنظم البيئية"

لأن الإشعاع يتناقص مع الزمن بعلاقة أسية، فإن كمية الإشعاع المفقودة في السنوات العشر الأولى لا يفقد مثلها إلا في المائة عام التالية وهكذا. لذلك فإن النفايات الثقيلة تخزن في موقع إنتاجها بين 10 سنوات و50 سنة قبل نقلها إلى محطات المعالجة.

ثم ما استعصى على المعالجة يهيأ لتخزين أبدي فيكبس في الزجاج ثم في الإسمنت ثم في أسطوانات شبيهة بقنينات غاز الطبخ المنزلي من حيث الشكل ولكنها أكثر تحملا للضغط والحرارة وأشد مقاومة للصدأ، بحيث لا تستطيع قوة بشرية أو صناعية معروفة أن تكسر هذه الأسطوانات، أو هكذا يراد لها على الأقل. وأخيرا، تطلى هذه الأسطوانات بخزف مانع من تسرب الماء إليها.

ثم يلزم أن يكون التخزين في مكان آمن من الزلازل والبراكين وما شابهها من الظواهر الجيوفيزيائية التي تؤثر على تضاريس الأرض.

ولابد كذلك أن يكون بمنأى عن أيدي الإنسان التي لا تفتأ تفسد في الأرض. ويتحتم أن تكون هذه النفايات معزولة عزلا تاما عن المياه الجوفية والتربة حتى لا تتسرب إلى السلاسل الغذائية والنظم البيئية. ولا تنس أن كل هذه الشروط يجب توفرها على امتداد أزمان جيولوجية من ملايين السنوات!! أين المفر إذن؟

يبدو أن الفضاء الخارجي خيار مناسب لبعده عن الأرض ثم إن الإشعاعات ليست غريبة عليه ولن تشكل خطرا على رواد الفضاء (ولا سواحه) لأنهم يلبسون بذلات واقية من الإشعاع الكوني.

ولكن هل تثبت هذه الإشعاعات في مكان معين أم تترك عائمة في مدار فضائي؟ التثبيت يحتاج إنشاء محطة مع ما يكلف ذلك من جهد ومال ولو تركت عائمة فقد تعود إلى الأرض ولو بعد حين، وستكون شرّ غائب ينتظر بعد الدجال.

وقبل هذه الخيارات، كيف السبيل إلى نقلها أصلا؟؟ تكلفة باهظة جدا وخطر كبير. ماذا لو حدث خلل أثناء الإقلاع أو قبل خروج المركبة من مجال جاذبية الأرض؟؟

هذه بعض موانع اللجوء إلى الفضاء الخارجي لتخزين النفايات النووية. وربما وجد من يقول بإمكانيته ولكن ذلك لن يتأتى حتى يكون السبيل إلى الفضاء سالكا فيعرفه الناس كما يعرفون مناكب الأرض.

"تعد الصخور تحت قيعان البحار أكثر ثباتا واستقرارا وأقل تعرضا للزلازل, لذا فهي مناسبة غير أن تكلفتها عالية وهذا ما يمنع من الإقدام على مثل هذه المغامرة"

وتعد الصخور تحت قيعان البحار أكثر ثباتا واستقرارا وأقل تعرضا للزلازل كما أن المياه فيها نادرة وهو ما يقلل احتمال التسرب الإشعاعي إلى المياه الجوفية. ولكن الحفر تحت قيعان البحار ربما لا يقل تكلفة عن خيار الفضاء الخارجي وهذا ما يمنع من الإقدام على مثل هذه المغامرة.

لم يبق إذن إلا البحث عن مناطق مستقرة جيولوجيا ومعزولة عن الأنظمة البيئية. وهنا يتداخل العلمي بالسياسي فتسمع عن دفن نفايات نووية لدول الشمال في مناطق "مناسبة" في دول الجنوب ضمن صفقات مريبة ومشبوهة. ولكن لا يخفى ما تقدمه هذه الصفقات من حلول لأصحاب النفايات وخاصة أن القوانين تتجه أكثر فأكثر إلى حماية البيئة والتشديد على النشاطات الضارة بالحشرات وما تحتها من الكائنات فكيف بالبشر.

ففي أميركا مدفن وحيد مخصص لهذا الغرض في جبال يوكا (ولاية نيفادا) عمقه يقارب 300 متر ولا تصل إليه مياه الأمطار ولا المياه الجوفية. وقد اختير هذا الموقع لثباته الجيولوجي.

وهو غير بعيد كذلك من مواقع تجريب التفجيرات النووية. وفي دول أخرى تستخدم بعض المناجم المهجورة مخبأ لهذه النفايات. وتمول مشاريع التخزين من أسعار الكهرباء بواقع 0.1 سنت لكل kWh في أميركا وبزيادة طفيفة في أوروبا.

خلاصةوخلاصة، فإن أخف النفايات النووية هي الناتجة عن أكثر الأنشطة نفعا للإنسان وهي التطبيقات الطبية. وأسوأها وأكثرها ضررا على البيئة والكائنات الحية هي النفايات العسكرية وهي التي يمكن القول –في عالم مثالي- أن لا ضرورة لها أصلا.

وأما نفايات الطاقة فمنها الخفيف والثقيل ونفعها أكبر من ضرها فهي نقية بالمقارنة مع ما تنتجه محطات الفحم الحجري والغاز من ثاني أكسيد الكربون ثم إنها أرخص بكثير.

وقد آن لهذه الطاقة أن تتاح للعالم الثالث ليكون من العدل تقاسم مدافنها، لا أن يستأثر القوي بالدفء والنور والحركة ويتخذ من أرض جاره الضعيف مرمى للنفايات.

Read more »

Cours SVT,

{[['']]}

الطاقة المتجددة والغير متجددة

الطاقة هي كل ما يمدّ بالنور ويعطينا الدفء وينقلنا من مكان الى آخر   وهي تتيح لنا استخراج طعامنا من الارض وتحضيره   وكذلك هي التي تضع الماء بين ايدنا وتدير عجلة الآلات التي تخدمنا.

فقد عرف الانسان الطاقة كيف يتحكّم بالماء والريح   وقد خطا خطوات في مجال تسخير الطاقة   فاخترع الآلة البخاريّة مهيئاً بذلك وسيلة لاستغلال الطاقة ترتبّ عليها تحقيق عدد كبير من المنجزات في مجال الصناعة ثم اكتشف مصادر هائلة من النفط .

حيث اننا نجد الطاقة في اشكالها المختلفة سواءً اكانت فحماً او غازاً او نفطاً او كهرباء.

فاصبح بعد ذلك النفط من المصادر الرئيسية للطاقة الغير متجددة في هذا الوقت   ولكن نجد ان مصادر هذه الطاقة قابلة للنضوب على الرغم من وجود احتياطي كبير .

وبالتالي لابد من البحث عن مصادر جديدة للطاقة المتجددة والغير متجددة  .

لذلك قد بدا العلماء في البحث عن بدائل للوقود الاحفوري سميت بالطاقة المتجددة تتميز عن الوقود الاحفوري بانها لا تنضب مقارنة مع النفط الذي يتوقع له ان ينضب خلال القرن القادم .

كما ان استغلال الطاقة النووية في توليد الكهرباء محفوف بالمخاطر البيئية اضافة الى ان مصادر اليورانيوم في العالم محدودة ولكن تكفي لمدة طويلة .

واستغلال الطاقة المتجددة ومنها الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية وطاقة المساقط المائية والطاقة الحرارية وطاقة المدّ والجزر وطاقة الهيدروجين .

ربما تفي ببعض احتياجات البشر من الطاقة لفترة طويلة من الزمن   وان كانت مساهمة هذه الانواع في توليد الطاقة من اجمالي الطاقة المستهلكة في العالم لا يزال محدوداً لان هذه الانواع من الطاقة المتجددة تحتاج الى مزيد من التطور التقني لتحسين التكلفة الاقتصادية وبالتالي يتوقع ان تساهم الطاقة المتجددة بصورة فعّآلة في ترشيد الكهرباء وكذلك في التنقل .

وقد تطرقنا في هذا البحث عن مصادر الطاقة وانواعها وكيفية الاستفادة من الطاقة المتجددة وطرق البحث عن تلك الطاقة الغير ناضبة .

اولاً:

تعريف الطاقة

لقد فكر الانسان بثلاث مراحل كبيرة في تصوره للطاقة وهي :

المرحلة الاولى :

كان مفهوم الطاقة ممزوجاً مع الطاقة الروحية كما هو في مفهوم النفس والروح.

المرحلة الثانية :

راى الانسان ان بعض المواد الجامدة قادرة على ان تنشا الحركة دون تكوين الحياة .

المرحلة الثالثة :

بدات بعد انشتاين وتلامذته   فالطاقة ليست بالنسبة لنا مادة خاصة وانما هي صفة ملازمة لكل مادة جامدة او حية تجعلها قادرة على ان تتحول وان تتغير وان تولد حالات فيزيائية وكيميائية جديدة , وان تؤثر على غيرها من المواد في هذه العملية .

ففي مرحلة انشتاين , اختفت الحدود بين المادة الجامدة والحياة , وتركت المجال لعدد كبير من الحالات المبهمة .

اذاً الطاقة هي كيان مجرد لا يُعرف الا من خلال تحولاته .

وتعرف الطاقة بانها هي عبارة عن كمية فيزيائية تظهر على شكل حرارة او على شكل حركة ميكانيكية او كطاقة ربط في انويه الذرة بين البروتون والنيترون .

وكذلك يمكن حساب الطاقة الناتجة من تحويل الكتلة الى طاقة وذلك حسب علاقة انشتاين النسبية كالتالي:

الطاقة = الكتلة × مربع السرعة

حيث ان E هي الطاقة .

وm كتلة المادة التي يمكن تحويلها الى طاقة .

وc سرعة الضوء وتساوي .

وتقاس الطاقة بوحدات متعددة ففي الوحدات الدولية SI تقاس بالجول   حيث ان الطاقة لا تستحدث ولا تفنى وانما تتحول الى شكل آخر سواء كلياً او جزئياً   اي بمعنى آخر اذا تغيرت الطاقة الداخلية لمجموعة معزولة فان الطاقة الداخلية الكلية تظل ثابتة   فعند تشغيل جهاز كهربي مثل المضخة فان الطاقة الكهربية تتحول الى طاقة ميكانيكية بالاضافة الى طاقة حرارية وهو عبارة عن جزء ضئيل يعمل على تسخين تلك المضخة .

انواع الطاقة :

تصنف الطاقة الى عدة انواع وهي :

1- طاقة كيميائية .

2- طاقة ميكانيكية.

3- طاقة حرارية.

4- طاقة شمسية.

5- طاقة نووية.

6- طاقة كهربية .

7- طاقة ضوئية.

ومن الملاحظ ان هذه الاشكال من الطاقة يستلزم جميعها الحركة   فالحرارة هي عبارة عن هياج للجزيئات   والتفاعلات الكيميائية تقتضي اتحاد او تفكك الذرات والالكترونات التي تربط بينها ,اي انها حركة , وكذلك الطاقة النووية هي اعادة تنظيم للنويات التي تدخل الى نواة الذرة او تخرج منها , وبالتالي فالطاقة تُنقل وتُحمل بشكل حركة او اصطدامات تعطي الحركة بشكل دائم   وكل شيء في الكون هو عبارة عن حركة .

فنور الشمس يتحول الى حرارة بعدما كان قد تخزن داخل المواد بشكل كيميائي   والجدير بالذكر ان كل ما استعمله الانسان من طاقة حتى اليوم كان ناتجاً عن هذا التحول .

والطاقة النووية بحد ذاتها تقسم الى شكلين مختلفين هما :

الانشطار والانصهار , ويمثل الانشطار التحول النووي – النووي  اما الانصهار فيمثل الانصهار التحول الحراري – النووي .

لقد اصبح من البديهي ان نسبة نمو السكان الحالية على الارض لن تستطيع ان تحافظ على معدل ثابت وبالتالي يؤدي ذلك الى زيادة الطاقة   فتظهر الحاجة هنا الى البحث عن مصادر بديلة عن مصادر الطاقة الغير متجددة .

1- الطاقة الكيميائية :

هذا النوع من الطاقة متوفر في الطبيعة ومن اهم انواع الوقود الموجود مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي وكذلك الخشب   والطاقة الكيميائية هي الطاقة التي تربط بين ذرات الجزيء الواحد بعضها ببعض في المركبات الكيميائية او مكونات النواة في العناصر التي تدخل ضمن تفاعلات الانشطار والاندماج النووي .

وتتم عملية تحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة حرارية عن طريق احداث تفاعل كامل بين المركب الكيميائي وبين الاكسجين لتتم عملية الحرق وينتج من ذلك الحرارة . وحيث ان كل جزيء في اي مركب لديه مخزون من الطاقة يسمى بالمحتوى الحراري وهو عبارة عن مجموعة من طاقة الجهد الناتجة عن قوى التجاذب والطاقة الحركية الناتجة عن الحركة الانتقالية للجزيئات .

فان جميع المواد الهيدروكربونية يرافق تفاعلها مع الاكسجين انبعاث حراري وهي تصلح وقوداً.

2- الطاقة الميكانيكية :

وهي الطاقة الناتجة من حركة الاجسام من مكان الى آخر حيث انها قادرة نتيجة لهذه الحركة على بذل شغل ويصاحب هذا الانتقال اختلاف في طاقة الوضع Potential Energy   وطاقة حركية Kinetic Energy   والامثلة الطبيعية لهذا النوع من الطاقة هي :

حركة الرياح   و ظاهرة المد والجزر   ويمكن ان تنشا الطاقة الميكانيكية بتحويل نوع من الطاقة الى آخر   فقد تستخدم المروحة الكهربية في تحويل الطاقة الكهربية الى طاقة ميكانيكية .

ووحدة قياس الطاقة الميكانيكية هي الجول. ويوجد هناك نوع آخر من الطاقة الميكانيكية هي:

الطاقة الصوتية ويحدث الصوت عند اهتزاز مصدر صوتي بتردد معين   وتنتقل طاقة منه الى وسط مادي مجاور بصورة دورية حتى تصل الى اذن السامع   والصوت لا ينتقل في الفراغ وانما يحتاج الى وسط مادي لكي تنتقل الموجة الميكانيكية .

والصوت ينتشر على شكل امواج ميكانيكية تؤثر في الوسط الذي ينتشر فيه مما ينتج عنه اضطراب دوري تتولد تبعاً لذلك طاقة صوتية .

وللطاقة الصوتية لها استخدامات كثيرة فيمكن ان تستخدم في المجال العسكري لاحداث ضوضاء في البنية التحتية   ويحاول الانسان حالياً استخدام الطاقة الصوتية للهجوم العسكري.

وكذلك تستخدم الطاقة الصوتية في المجال الطبي .

3- الطاقة الحرارية :

تعتبر الطاقة الحرارية من الصور الاساسية للطاقة التي يمكن ان تتحول كل صور الطاقة اليها   والطاقة الحرارية هي عبارة عن الطاقة الحركية التي تمتلكها جزيئات وذرات المادة .

فعند تشغيل الآلات المختلفة باستخدام الوقود الهيدروكربونية تكون اول خطوة هي حرق الوقود   والحصول على طاقة حرارية تحول بعد ذلك الى طاقة ميكانيكية او الى اي نوع من انواع الطاقة.

ولا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة الا في مصادر الحرارة الجوفية   ومن المعروف ان جزيئات المادة لها كتلة وسرعة   ومن ثم تكون لها طاقة حركية وطاقة وضع ومجموع هاتين الطاقتين تعرف بالطاقة الداخلية له .

وكذلك الاستفادة من الطاقة الحرارية من اشعة الشمس ويتم ذلك عن طريق تحويل الطاقة الاشعاعية الى طاقة حرارية .

والطاقة الحرارية لها القدرة على الاختراق والنفاذ خلال الاوساط المادية التي تنقسم الى ثلاثة انواع وهي :

ا  وسط شفاف حراري : وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ الاشعاعات الحرارية .

ب  وسط نصف شفاف: وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ بعض الاشعاعات الحرارية وتستخدم هذه الظاهرة في تشييد البيوت المحمية التي تستخدم في زراعة بعض المحاصيل الزراعية التي تكون مصنوعة من الزجاج الذي يسمح بنفاذ بعض من تلك الاشعاعات الحرارية .

ج  وسط معتم حرارياً : وهو الوسط الذي لا تنفذ منه الاشعاعات الحرارية بل يمتص معظمها من الاجسام الساخنة المحيطة به . وترتفع درجة حرارته مما يؤدي ذلك الى زيادة في الطاقة الداخلية   التي بدورها تتحول الى طاقة حرارية ويصبح مصدراً لانبعاث الاشعاعات الحرارية .

4-  الطاقة الشمسية :

الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة لا ينضب ولكنها تصل الينا بشك مبعثر اذ يبلغ منها بواسطة الاشعاع او الانعكاس اكثر من 77% وبالتالي لا يمكن الا استرجاع قسم ضئيل منها .

والطاقة الشمسية طاقة نظيفة فلا ينتج عن استعمالها غازات او نواتج ضارة بالبيئة كما هي الحال في انواع الوقود التقليدي .

5-  الطاقة النووية :

هي الطاقة التي تربط بين مكونات النواة اي   بروتونات او نيترونات   وهي تنتج نتيجة تكسر تلك الرابطة وتؤدي الى انتاج طاقة حرارية كبيرة جداً وذلك حسب علاقة انشتاين كما تقدم .

6-  الطاقة الكهربية :

لا يوجد مصدر طبيعي للكهرباء   والسبب في ذلك ان جميع المواد تكون متعادلة كهربائياً   والطاقة الكهربية لا تنشا الا بتحويل نوع من انواع الطاقة الى طاقة كهربية .ومثال على ذلك تحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربية كما هو الحال في المولد الكهربائي.

كما توجد انواع اخرى لتوليد الطاقة الكهربية بتحويل الطاقة النووية الى طاقة كهربية   او استخدام الطاقة الشمسية وذلك عن طريق الخلايا الكهروضوئية   او تحويل الطاقة الكيميائية كما هو في البطاريات .

7-  الطاقة الضوئية :

يتم تحويل الطاقة الضوئية الى انواع اخرى من الطاقة وذلك حسب الحاجة المراد بها  مثل الطاقة الكهربية في الخلايا الضوئية   او الطاقة الحرارية في عمليات التسخين الحراري كما هو الحال في تسخين المياه .

ويستخدم النبات الطاقة الضوئية مباشرة لعمليات التمثيل البنائي لانتاج مركبات عضوية تختزن طاقة كيميائية .

والطاقة الضوئية هي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية تحتوي كل منها على حزم من الفوتونات تعطى بالعلاقة التالية :

حيث ان هي الطاقة .

و ثابت بلانك ويساوي

و تردد الحركة الموجية المصاحبة لحركة الفوتون .

وتختلف الموجات الكهرومغناطيسية في خواصها الفيزيائية باختلاف الاطوال الموجية   فمثلاً نجد ان الموجات ذات الطول الموجي الذي يتراوح بين عدة كيلومترات الى عدة سنتيمترات يستخدم في الدوائر الالكترونية ومحطات الارسال والاستقبال التلفزيوني   بينما يشغل الطيف المرئي للعين البشرية طولا موجياً يتراوح بين الى .

وتتميز الاشعة السينية x-ray واشعة جاما بتردد عالي جداً وبالتالي تكون ذات طاقة عالية لها القدرة على النفاذ خلال الاوساط المادية .

الاشعة السينية : وهي عبارة عن اشعة غير مرئية ذات طول موجي قصير جداً   وتستخدم في المجال الطبي وكذلك في دراسة البلورات لمعرفة خصائصها .

اشعة جاما : وهي عبارة عن اشعة لا تتاثر بالمجالات الكهربية او المغناطيسية ولها القدرة على النفاذ وهي تعتبر من الاشعة الخطرة .

ثانياً :

تقسيم مصادر الطاقة

من خلال تعريف الطاقة نجد ان مصادر الطاقة يمكن ان تقسم الى مصدرين رئيسيين هما:

1- مصادر غير متجددة . 2- مصادر متجددة

اولاً :

مصادر الطاقة الغير متجددة :

وهي عبارة عن المصادر الناضبة اي انها سوف تنتهي عبر زمن معين لكثرة الاستخدام   وهي متوفرة في الطبيعة بكميات محدودة وغير متجددة وتشمل الوقود الاحفوري مثل النفط والغاز والفحم بكل الانواع التي تكونت عبر السنين الماضية في جوف الارض .

وهي ذات اهمية لانها تختزن طاقة كيميائية من السهل اطلاقها كطاقة حرارية اثناء عملية الاحتراق .

وتشمل هذه المصادر الطاقة النووية التي تستخدم في عملية توليد الكهرباء عن طريق استخدام الحرارة الناتجة عن عمليات الانشطار النووي في المفاعلات النووية .

وكذلك نجد ان مصادر هذه الطاقة بجانب انها ناضبة فانها ملوثة للبيئة .

ثانياً :

مصادر الطاقة المتجددة :

وهي عبارة مصادر طبيعية دائمة وغير ناضبة ومتوفرة في الطبيعة سواء اكانت محدودة او غير محدودة ولكنها متجددة باستمرار   وهي نظيفة لا ينتج عن استخدامها تلوث  بيئي ومن اهم هذه المصادر الطاقة الشمسية التي تعتبر في الاصل هي الطاقة الرئيسية في تكوّن مصادر الطاقة وكذلك طاقة الرياح وطاقة المد والجزر والامواج والطاقة الحرارية الجوفية والطاقة وطاقة المساقط المائية وطاقة البناء الضوئي والطاقة المائية للبحار والمحيطات .

وكذلك نلاحظ ان المصادر المائية وطاقة المد والجزر وطاقة الرياح هي عبارة مصادر طبيعية للطاقة الميكانيكية .

وسوف نتكلم عن تلك المصادر بالتفصيل

المصادر الغير متجددة

اولاً:

الوقود الاحفوري:

وهو يشمل النفط والغاز الطبيعي والفحم وتعرف بمصادر غير متجددة لانها ناضبة .

والوقود الاحفوري هو عبارة المركبات العضوية الناتجة عن عمليات البناء الضوئي حيث ان المواد العضوية للنباتات والحيوانات لم تتحلل تحليلاً كامل   بل طمرت تحت طبقات من التربة الرملية والطينية والجيرية   مما نتج عنه تكوّن النفط والغاز الطبيعي والفحم الحجري وطاقة الوقود الاحفوري هي طاقة كيميائية كامنة في البترول والغاز الطبيعي والفحم المخزون في باطن الارض وهذه الطاقة هي اصلاً من الطاقة الشمسية التي قامت عليها النباتات بواسطة عملية البناء الضوئي منذ ملايين السنين .

وقد كان الفحم من اهم المصادر الطبيعية للطاقة خلال القرن الماضي ومازال يستعمل حتى يومنا هذا   ويساهم حالياً بحوالي 28 % من الطاقة من الاستهلاك العالمي .

حيث يقدر الفحم الموجود داخل الارض بعدة مئات من البلايين من الاطنان .

الفحم الحجري :

وهو من اهم مصادر الطاقة الاحفورية من حيث حجم احتياطه   فالفحم الحجري يتكون داخل باطن الارض على مدى ملايين السنين وذلك بسبب تحلل مصادر نباتية بسب العمليات البيولوجية في اماكن ذات الضغط الشديد والحرارة ومعزولة عن الهواء .

ويعتبر النفط ا كبر منافس للفحم الحجري   ومن اسباب قلة استخدام الفحم الحجري مصدراً للطاقة هو ان مصادره تتركز في عدد قليل من الدول .

كما ان استخدام الفحم الحجري وقوداً مباشرة يستلزم اموال باهظة التكلفة لمحطات التوليد . ومن الاسباب في عدم استخدام الفحم على نطاق واسع هو اثره السيء على البيئة والانسان اذ انه مصدر رئيسي لتلوث  الهواء وما يسببه من مشاكل صحية .

والتعدين السطحي للفحم الحجري يخلّف وراءه اراضي وعرة مما تؤدي الى تشويه التربة وعدم صلاحيتها للزراعة كما ان احتراق الفحم الحجري قد يؤدي الى تجمع غاز ثاني اكسيد الكربون الذي يؤدي الى ارتفاع درجة حرارة الجو وهي تعتبر من المشاكل الرئيسية التي تواجه سكان العالم وذلك بسبب ما يعرف بالاحتباس الحراري                    

Read more »

Cours SVT,

{[['']]}