تخصص الهندسة النووية

تعتبر الهندسة النووية أحد التخصصات الهامة في مجال الهندسة حيث تهتم الهندسة النووية بالتعامل مع علم وتطبيق العمليات النووية والإشعاعية والتي تشمل إطلاق ومراقبة واستخدام الطاقة النووية وإنتاج واستخدام الإشعاع والمواد المشعة في العديد من المجالات البحثية مثل مجالات الصناعة والطب والأمن القومي .

عند دراسة الهندسة النووية، نجد أنها تعتمد على المبادئ الأساسية لعلوم الفيزياء وعلوم الرياضيات، التي تصف التفاعلات النووية والنيوترونات. وتعتمد بشكل أساسي على نقل الحرارة وتدفق السوائل، والعديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في المواد تحت تأثير الإشعاع. وبالتالي، الهندسة النووية هي مجال متعدد التخصصات يعتمد على علوم الفيزياء والتفاعلات الكيميائية للمواد .

بداية ظهور الهندسة النووية

عند البحث عن بداية ونشأة الهندسة النووية، نجد أنها بدأت في الظهور منذ القرن العشرين، وتحديدا في عام 1939، عندما تم اكتشاف الانشطار النووي من قبل الكيميائيين الألمان أوتو هان وفريتز ستراسمان، وذلك عندما تم اكتشاف كمية الطاقة المتفجرة الهائلة باستخدام الانشطار النووي .

مع بداية الحرب العالمية الثانية، بني أول مفاعل نووي للولايات المتحدة عن طريق الفيزيائي الإيطالي إنريكو فيرمي، وتم تسمية هذا المشروع باسم مشروع مانهاتن، وتم تسمية المفاعل النووي في شيكاغو. ثم بنيت مفاعلات في هانفورد بولاية واشنطن واستخدمت لإنتاج البلوتونيوم المستخدم في صناعة الأسلحة النووية .

كانت المفاعلات التي تم بنائها في هانفورد ذات أنظمة معقدة تتطلب مواهب وجهود عدد كبير من المهندسين التقليديين من جميع التخصصات ، ولذلك تم التعاون بين الفيزيائيين وعلماء الرياضيات الذين فهموا جيداً الظواهر النووية المعقدة وأصبح في امكانهم العمل لتصميم وتحليل أنظمة المفاعل المبكر .

من أجل تلبية الحاجة المتزايدة لتطوير الغواصات النووية بنجاح من قبل البحرية الأمريكية بعد الحرب، تم إنشاء تخصص جديد في فروع الهندسة وهو الهندسة النووية. وكان يتطلب تصميم وتحليل المفاعلات النووية، سواء على الأرض أو داخل الغواصات، مع فهم الظواهر النووية المعقدة التي تحدث في المفاعلات، بالإضافة إلى المعرفة العملية بكيفية تجميع وتجميع الوقود وأنظمة التبريد. وهكذا، أدى الفهم المتزايد للفيزياء النووية داخل المفاعل ونقل الإشعاع داخله وخارجه إلى ظهور تخصص هندسي جديد وهو الهندسة النووية، والتي تتعامل مع معظم التخصصات الهندسية التقليدية الضرورية لتصميم وتحليل وبناء وتشغيل محطة المفاعل النووي .

في أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات، ومع ظهور العديد من الاستخدامات السلمية المحتملة للطاقة النووية، تم إنشاء مدارس تكنولوجيا المفاعلات بواسطة مختبر أوك ريدج في مدينة تينيسي ومختبر أرجون بالقرب من شيكاغو. وكانت هذه المدارس رائدة في الأقسام الأكاديمية الأولى وبرامج الدرجات التي تم تأسيسها في الخمسينيات والستينيات من قبل الكليات والجامعات في جميع أنحاء الولايات المتحدة، بما في ذلك جامعة ولاية نورث كارولينا وجامعة ولاية بنسلفانيا وجامعة ميشيجان. ونتيجة للنجاح الذي حققه استخدام المفاعلات النووية، زاد الطلب على الخريجين الذين درسوا الهندسة النووية .

تخصصات ومهام الهندسة النووية

عند البحث في الهندسة النووية نجد أنهت تشمل العديد من التخصصات والمهام التي يقوم بها المهندسون النوويون بما في ذلك البحوث النووية الأساسية والبحوث التطبيقية وتطوير الهندسة النووية والتصنيع والبناء والتشغيل للمفاعلات حيث تنطبق جميع هذه الوظائف والتخصصات على الطاقة النووية .

يقوم خريجو الهندسة النووية بأداء عدد من المهام المختلفة، مثل العمل في شركات الهندسة المعمارية، حيث يتم التعامل مع التصميم وتحليل السلامة وتنسيق المشروع والإشراف على البناء وضمان الجودة ومراقبة الجودة .

يعمل المهندس النووي بالمفاعلات النووية ومنظمات التصنيع الأخرى وذلك من أجل استمرار البحث والتطوير والتصميم والتصنيع والتركيب لمختلف مكونات الأنظمة النووية ، كما يعمل المهندس النووي لدى شركات المرافق الكهربائية والتي تتعامل مع الهندسة النووية من أجل التخطيط والإشراف على البناء ، وتحليل سلامة المفاعلات ، وإدارة الوقود النووي الأساسية ، والتحليل الاقتصادي لمفاعل الطاقة ، وتقييم الأثر البيئي ، وتدريب الموظفين ، وإدارة المصنع ، والإشراف على تحول العمليات والحماية من الإشعاع بالإضافة تخزين الوقود المستهلك وإدارة النفايات المشعة .

يعمل خريجي الهندسة النووية في المستشفيات والمراكز الطبية حيث تجري البحوث التطبيقية وكذلك تطوير وتنفيذ إجراءات الإشعاع التشخيصي والعلاجي على المرضى ، ذلك بالإضافة إلى الوكالات التنظيمية التي تتولى الترخيص ووضع القواعد ، وبحوث السلامة ، وتحليل المخاطر ، والتفتيش في الموقع وإدارة البحوث النووية .

تتخصص الهندسة النووية أيضاً في برامج الدفاع حيث تتخصص في تطوير برامج الدفع البحري والأسلحة النووية ، كما تهتم الجامعات بالمهندسين النوويين حيث يقومون بأبحاث الهندسة النووية الأساسية والتطبيقية ، ويعمل المندسين النوويين في المختبرات الوطنية ومعامل البحوث الصناعية ، حيث تجري البحوث الأساسية والتطبيقية والتطوير في مجموعة متنوعة من المواضيع ذات الصلة بالمجال النووي .

فروع الهندسة النووية

الطاقة النووية

تعد الطاقة النووية واحدة من أهم فروع الهندسة النووية حيث يشهد العالم نموا كبيرا في صناعة الطاقة النووية وتطوير محطاتها، حيث يتم توليد أكثر من 400 مفاعل نووي حول العالم في الوقت الحاضر. تتواجد هذه المفاعلات في العديد من البلدان، ومن بينها فرنسا واليابان وروسيا وكوريا الجنوبية والهند وكندا والمملكة المتحدة والصين. وبالتالي، تعد الطاقة النووية فرعا هاما من فروع الهندسة النووية .

يقوم المهندسون النوويون بتحليل ظواهر النقل الفيزيائية والإشعاعية المعقدة التي تحدث داخل وخارج المفاعل النووي خاصة الكثير من الظواهر المعقدة مثل نقل الحرارة ، وتدفق السوائل ، والتفاعلات الكيميائية واستجابة المواد للتفاعلات ، كما يعمل المهندسون النوويون مع المهندسين الميكانيكيين لتحديد نقل الحرارة وتدفق المبرد داخل المفاعل وعادةً ما يستخدمون رموز محاكاة معقدة لتحليل الظواهر الهيدروليكية والحرارية المركبة .

الأسلحة النووية

تعتبر الأسلحة النووية أيضاً من أهم فروع الهندسة النووية وتشمل هذه الأسلحة  القنابل الذرية وهي الأسلحة الانشطارية وأسلحة الاندماج أي القنابل الهيدروجينية ، وأسلحة الاندماج النووي حيث يشارك المهندسون النوويون العاملون في برامج الأسلحة في أنشطة متنوعة مثل البحث والتطوير والتصميم والتصنيع والإنتاج والاختبار والصيانة والمراقبة لمجموعة كبيرة من أنظمة الأسلحة النووية ، ونظرًا لأن السلاح النووي هو نظام هندسي معقد بالتالي توجد هناك حاجة إلى العلماء والمهندسين من العديد من المجالات لبناء وتشغيل الأسلحة النووية ، وعلى الرغم من ذلك إلا أن هناك القليل جداً من الدورات التدريبية والتعليمية حول الأسلحة النووية في منهج الهندسة النووية حيث أن هذا المجال مصنف بدرجة عالية من الخطورة ويخضع لقواعد الأمن الدولية .

النظائر المشعة

تعد النظائر المشعة أيضا من أهم فروع الهندسة النووية، حيث يتم إنتاج أكثر من 2000 نظير مشع في المفاعلات النووية، وعليه يشارك المهندسون النوويون في إنتاج واستخدام كل هذه النظائر. حيث أصبح إنتاج وتغليف وتطبيق العديد من هذه النظائر بمثابة صناعة كبيرة يتم استخدامها في أجهزة تنظيم ضربات القلب، والبحوث الطبية، وتعقيم الأدوات الطبية، وأجهزة التعقب الصناعية، ومعدات الأشعة السينية والحفاظ على الطعام، وأيضا كمصدر للطاقة في المولدات الكهربائية، وبالتالي يعتبر أهم استخدام للنظائر المشعة هو استخدامها في مجال الطب .