الخلاصة - كتاب علوم الأرض و الفضاء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: 1. بين ما الطاقة النووية؟

الإجابة: هي الطاقة الناتجة عن نواة الذرة التي تتكون من البروتونات والنيوترونات.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لفهم هذا السؤال، نحتاج أولاً إلى معرفة مكونات الذرة. الذرة تتكون من نواة في المركز وإلكترونات تدور حولها. النواة نفسها مكونة من جسيمات أصغر تسمى البروتونات والنيوترونات. الطاقة النووية هي الطاقة المخزنة داخل هذه النواة، وتحديداً في القوى التي تربط البروتونات والنيوترونات معاً. عندما يتم تحرير هذه الطاقة، سواء عن طريق انشطار النواة (انقسامها) أو اندماجها (اتحاد نواتين)، فإنها تنتج كمية هائلة من الحرارة التي يمكن استخدامها. إذن الإجابة هي: **هي الطاقة الناتجة عن نواة الذرة التي تتكون من البروتونات والنيوترونات.**

سؤال 2: 2. كيف تتم عملية الانشطار النووي؟

الإجابة: تحدث عندما تنقسم نواة الذرة إلى نواتين أو أكثر ويصاحب ذلك انبعاث للطاقة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الانشطار النووي هو أحد العمليتين الرئيسيتين لإطلاق الطاقة النووية. نتذكر أن النواة مستقرة عادةً بسبب قوى ربط قوية. **الخطوة 2 (التطبيق):** تتم العملية عندما تصطدم نيوترون بطيء (نيوترون حر) بنواة ذرة ثقيلة غير مستقرة، مثل نواة اليورانيوم-235. هذا الاصطدام يجعل النواة مهتزة جداً وغير مستقرة. **الخطوة 3 (النتيجة):** نتيجة لهذا الاهتزاز، تنقسم النواة الثقيلة إلى نواتين أصغر (أو أكثر) تسمى نواتج الانشطار، ويصاحب هذا الانقسام تحرير كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة، بالإضافة إلى تحرير نيوترونات جديدة قد تستمر في التفاعل. لذلك الإجابة هي: **تحدث عندما تنقسم نواة الذرة إلى نواتين أو أكثر ويصاحب ذلك انبعاث للطاقة.**

سؤال 3: 3. علل: استخدام اليورانيوم 235 في المفاعلات النووية؟

الإجابة: لأن اليورانيوم 235 هو النظير الوحيد الذي يمكن أن يحدث له الانشطار بسهولة بالنيوترونات.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لفهم سبب استخدام اليورانيوم 235 تحديداً، نحتاج إلى معرفة أن اليورانيوم الطبيعي يحتوي على عدة نظائر، وأهمها اليورانيوم-238 (وهو الأكثر وفرة) واليورانيوم-235. الفرق بينهما هو في عدد النيوترونات في النواة، مما يجعل خصائصهما مختلفة. نواة اليورانيوم-235 لها خاصية مهمة: فهي "قابلة للانشطار" بسهولة. هذا يعني أنه عندما يصطدم بها نيوترون بطيء (حر)، فإن احتمال أن تمتصه النواة ثم تنشطر (تنقسم) هو احتمال كبير جداً. بالمقابل، نواة اليورانيوم-238 تميل إلى امتصاص النيوترونات دون أن تنشطر في معظم الحالات، مما لا ينتج تفاعلاً متسلسلاً فعالاً لتوليد الطاقة. ولذلك، ولضمان استمرار التفاعل المتسلسل في قلب المفاعل النووي لإنتاج الطاقة بشكل مستمر، نستخدم اليورانيوم-235 لأنه النظير الذي يضمن حدوث الانشطار بكفاءة. إذن الإجابة هي: **لأن اليورانيوم 235 هو النظير الوحيد الذي يمكن أن يحدث له الانشطار بسهولة بالنيوترونات.**

سؤال 4: 4. عدد ثلاثًا من فوائد استخدام الطاقة النووية.

الإجابة: 1. إنتاج الكهرباء. 2. استمرار المفاعل بالعمل. 3. توفير الوقود. 4. انبعاث حرارة قليلة جداً. 5. تكاليف منخفضة نسبياً.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** عند التفكير في فوائد الطاقة النووية، يمكننا النظر إليها من عدة جوانب مقارنة بمصادر الطاقة التقليدية مثل الوقود الأحفوري. أولاً، من ناحية الإنتاج: تستطيع محطة طاقة نووية واحدة إنتاج كمية هائلة من الكهرباء بشكل مستمر وموثوق، مما يساهم في تلبية الطلب المتزايد على الطاقة. ثانياً، من ناحية التشغيل: بعد بدء التشغيل، يمكن للمفاعل النووي أن يعمل لفترات طويلة جداً (قد تصل إلى سنة ونصف أو أكثر) دون الحاجة إلى إعادة تزويده بالوقود، وهذا يعني استمرارية في الإنتاج. ثالثاً، من ناحية الموارد: كمية الوقود النووي (اليورانيوم) المطلوبة لإنتاج كمية معينة من الطاقة أقل بكثير من كمية الفحم أو النفط اللازمة لإنتاج نفس الكمية، مما يعني توفيراً في استهلاك الموارد الطبيعية. إذن يمكن ذكر ثلاث فوائد هي: **1. إنتاج الكهرباء. 2. استمرار المفاعل بالعمل. 3. توفير الوقود.**

سؤال 5: 5. لخص كيف يتم توليد الكهرباء النووية.

الإجابة: تنتج محطات الطاقة النووية الكهرباء بطريقة مشابهة كثيرًا لمحطات الطاقة التقليدية.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي):** توليد الكهرباء في معظم المحطات يعتمد على نفس المبدأ: استخدام مصدر حرارة لتسخين الماء وتحويله إلى بخار عالي الضغط. **الخطوة 2 (مصدر الحرارة المختلف):** الفرق بين المحطة النووية والتقليدية (مثل محطات الفحم أو الغاز) يكمن في مصدر هذه الحرارة. في المحطة التقليدية، الحرارة ناتجة عن حرق الوقود. في المحطة النووية، الحرارة ناتجة عن التفاعل النووي (انشطار اليورانيوم) داخل قلب المفاعل. **الخطوة 3 (عملية التوليد):** بغض النظر عن مصدر الحرارة، فإن البخار الناتج يدير توربيناً ضخماً متصلاً بمولد كهربائي. دوران التوربين يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية. لذلك، يمكن تلخيص العملية بأنها: **تنتج محطات الطاقة النووية الكهرباء بطريقة مشابهة كثيرًا لمحطات الطاقة التقليدية، حيث تستبدل غرفة الاحتراق بقلب مفاعل نووي كمصدر للحرارة.**

سؤال 6: 6. صف كيفية استخدام معدن اليورانيوم لإنتاج الطاقة النووية.

الإجابة: يتم تخصيب اليورانيوم ورفع نسبة U-235، ويتم الوقود في المفاعل، وعند انشطاره تتحرر حرارة تستغل لتوليد الكهرباء.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المادة الخام):** يبدأ الأمر باستخراج خام اليورانيوم من الأرض. اليورانيوم الطبيعي يحتوي على نسبة قليلة جداً (حوالي 0.7%) من النظير القابل للانشطار U-235، بينما معظمه هو النظير U-238. **الخطوة 2 (التخصيب):** لجعل اليورانيوم صالحاً للاستخدام كوقود في مفاعل الطاقة، يجب رفع نسبة U-235 إلى حوالي 3-5% عبر عملية تسمى التخصيب. بعد التخصيب، يُصنع اليورانيوم على شكل أقراص صغيرة توضع داخل قضبان طويلة من سبيكة معدنية. **الخطوة 3 (التفاعل والاستغلال):** تُجمع هذه القضبان معاً في قلب المفاعل. عند بدء التشغيل، يبدأ تفاعل الانشطار المتسلسل، حيث تنشطر نوى U-235 محررة طاقة حرارية هائلة. تُستخدم هذه الحرارة في تسخين الماء في الدائرة الأولية للمفاعل. **الخطوة 4 (توليد الكهرباء):** الماء المسخن (أو بخاره) ينقل حرارته عبر مبادل حراري إلى دائرة ثانوية من الماء، يحوله إلى بخار. هذا البخار يدير التوربينات والمولدات لإنتاج الكهرباء. إذن الإجابة هي: **يتم تخصيب اليورانيوم ورفع نسبة U-235، ويوضع الوقود في المفاعل، وعند انشطاره تتحرر حرارة تستغل لتوليد الكهرباء.**

سؤال 7: 7. اكتب تقريرًا عن دور مدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة لاستخدام الطاقة الذرية في المملكة العربية السعودية.

الإجابة: تقوم مدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة بدور وطني في دعم تنويع مصادر الطاقة، عبر إعداد الدراسات لدمج الطاقة الذرية ضمن مزيج الطاقة، ودعم البحث والتطوير وتأهيل الكفاءات الوطنية، وضمان تطبيق معايير السلامة والأمن النوويين.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لفهم دور مدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة، يجب أولاً النظر إلى أهداف المملكة الاستراتيجية في قطاع الطاقة. المملكة تسعى إلى تنويع مصادر الطاقة لديها لضمان أمن الطاقة واستدامته على المدى الطويل، والحد من الاعتماد الكبير على النفط والغاز. في هذا الإطار، تقوم المدينة بدور محوري في تمكين استخدام الطاقة الذرية (النووية) بشكل آمن ومسؤول. هذا الدور يتجلى في عدة محاور: 1. **التخطيط والدراسات:** تقوم المدينة بإعداد الدراسات الفنية والاقتصادية الشاملة لتقييم جدوى إدخال الطاقة النووية ضمن "مزيج الطاقة" الوطني. أي تحديد كيف يمكن للطاقة النووية أن تكمل مصادر الطاقة الأخرى (مثل الشمسية والرياح والوقود الأحفوري) لتلبية احتياجات المملكة من الكهرباء وتحلية المياه. 2. **البحث والتطوير وتأهيل الكوادر:** الطاقة النووية مجال تقني عالي التخصص. لذلك، تدعم المدينة برامج البحث العلمي والتطوير التكنولوجي في هذا المجال. كما تعمل على تأهيل الكفاءات والكوادر الوطنية من خلال البرامج التعليمية والتدريبية، لبناء قاعدة بشرية سعودية قادرة على تشغيل وإدارة هذا القطاع الحيوي. 3. **السلامة والأمن:** ربما يكون هذا هو الجانب الأهم. تلتزم المدينة بتطبيق أعلى المعايير الدولية في مجال السلامة النووية (لحماية الناس والبيئة من الإشعاع) والأمن النووي (لمنع الاستخدام غير السلمي للمواد النووية). هذا يشمل وضع الأنظمة واللوائح ومراقبة التطبيق لضمان أن أي مشروع نووي في المملكة سيكون آمناً ومأموناً. باختصار، المدينة ليست مشغلاً للمحطات، بل هي الهيئة المسؤولة عن التأسيس العلمي والتقني والتنظيمي الآمن لمسار الطاقة النووية في المملكة. إذن الإجابة هي: **تقوم مدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة بدور وطني في دعم تنويع مصادر الطاقة، عبر إعداد الدراسات لدمج الطاقة الذرية ضمن مزيج الطاقة، ودعم البحث والتطوير وتأهيل الكفاءات الوطنية، وضمان تطبيق معايير السلامة والأمن النوويين.**

ما تعريف الطاقة النووية؟

الإجابة: هي الطاقة الناتجة عن نواة الذرة التي تتكون من البروتونات والنيوترونات.

الشرح: الطاقة النووية تختلف عن غيرها من أنواع الطاقة لأن مصدرها هو نواة الذرة وليس التفاعلات الكيميائية أو مصادر أخرى.

تلميح: فكر في مصدر هذه الطاقة وأين تتكون.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

كيف تتم عملية الانشطار النووي؟

الإجابة: تحدث عندما تنقسم نواة الذرة إلى نواتين أو أكثر ويصاحب ذلك انبعاث للطاقة.

الشرح: الانشطار النووي هو الأساس لتوليد الطاقة في المفاعلات النووية، حيث يؤدي انقسام النواة إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية.

تلميح: تذكر أن العملية تتضمن تقسيم شيء إلى أجزاء أصغر مع إطلاق شيء مهم.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما النظيران البدائيان لليورانيوم وأيهما يشكل الغالبية؟

الإجابة: اليورانيوم 238 واليورانيوم 235، ويشكل اليورانيوم 238 الغالبية.

الشرح: هذا التمييز بين النظيرين مهم لأن اليورانيوم 235 هو القابل للانشطار ويستخدم في المفاعلات، بينما اليورانيوم 238 هو الأكثر وفرة في الطبيعة.

تلميح: ركز على نظيرين من اليورانيوم واذكر أرقامهما الذرية.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: متوسط

اذكر ثلاث فوائد لاستخدام الطاقة النووية.

الإجابة: 1. تنتج محطات الطاقة النووية الكهرباء بطريقة مشابهة لمحطات الطاقة التقليدية. 2. تعد الطاقة الذرية طاقة منخفضة التكاليف. (ملاحظة: النص ذكر فائدتين فقط بشكل صريح)

الشرح: رغم أن السؤال يطلب ثلاث فوائد، إلا أن النص ذكر فائدتين رئيسيتين فقط: تشابه طريقة الإنتاج مع المحطات التقليدية وانخفاض التكاليف.

تلميح: فكر في المزايا الاقتصادية وطريقة الإنتاج.

التصنيف: ملخص | المستوى: سهل

كيف يتم توليد الكهرباء النووية؟

الإجابة: تنتج محطات الطاقة النووية الكهرباء بطريقة مشابهة كثيرًا لمحطات الطاقة التقليدية، حيث يتم استخدام الحرارة الناتجة عن الانشطار النووي لتوليد البخار الذي يدير التوربينات المولدة للكهرباء.

الشرح: التوليد النووي للكهرباء يعتمد على تحويل الطاقة النووية إلى حرارة، ثم تحويل الحرارة إلى طاقة ميكانيكية عبر البخار، وأخيراً إلى طاقة كهربائية عبر المولدات.

تلميح: فكر في التشابه بين المحطات النووية والتقليدية ودور الحرارة في العملية.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط