שתפו‬        

ד"ר דניאל מדר

ליצור את השמש בכדור הארץ

29 בפברואר 2016



 

היתוך גרעיני הוא פעולה הרבה יותר מסובכת לביצוע מאשר ביקוע גרעיני, וחוקרים מנסים לפצח את החידה הזו כדי שיוכלו להפיק אנרגיה בצורה מבוקרת. צילום: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Tino Schulz
היתוך גרעיני הוא פעולה הרבה יותר מסובכת לביצוע מאשר ביקוע גרעיני, וחוקרים מנסים לפצח את החידה הזו כדי שיוכלו להפיק אנרגיה בצורה מבוקרת. צילום: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Tino Schulz

 

תשכחו (לפחות לכמה דקות) מלוחות סולאריים, טורבינות רוח, אנרגיה גיאו-תרמית, מתקנים תרמו-סולאריים, קצירת אנרגיית גלי ים והשבת אנרגיה מביומסה. תחום המחקר היקר, השאפתני והמסובך ביותר כיום – השואף לפתור את בעיות האנרגיה שלנו – הוא ללא ספק המחקר בתחום היתוך המימן.

היתוך (fusion) הוא תהליך המאחה שני גרעינים של אטומי מימן, שלכל אחד מהם פרוטון אחד, ונוצר גרעין אחד של הליום שיש לו שני פרוטונים (ניתן גם לאחות אטומים אחרים). נשמע פשוט, נכון? אז זהו, שלא. תהליך זה מתרחש באופן טבעי בליבה של כוכבים (stars), הקרויים גם שמשות. הטמפרטורה שם מגיעה ל-15 מיליון מעלות צלזיוס, הלחץ הוא פי 200 מיליארד מזה השורר בגובה פני הים על כדור הארץ והצפיפות עומדת על פי 150 מזו של מים – והתנאים האלה מאפשרים את איחוי שני גרעיני המימן לגרעין אחד של הליום.

האיחוי גורם להפיכת חלק ממסת גרעיני המימן לכמות אנרגיה אדירה, והוא זה שגורם לשמש לזרוח ולשחרר קרינה כה חזקה. הקרינה כה חזקה עד שאנחנו מרגישים אותה על כדור הארץ כחום וכאור, במרחק של 150 מיליון ק"מ מהשמש. היתוך מימן גם מתבצע בתוך פצצת מימן (נשק תרמו-גרעיני) ומקנה לה את הכוח ההרסני ביותר מעשה ידי אדם. זה הפוך ממה שקורה בביקוע גרעיני, המתרחש בכור גרעיני ובפצצה גרעינית, שבו גרעינים של אטומים רדיואקטיביים מפוצלים לאטומים קטנים וקלים יותר.

יותר חשמל, פחות עמל

כוח הביקוע הגרעיני משמש להפקת אנרגיה בכורים כבר שישה עשורים. ההיתוך הגרעיני הרבה יותר מסובך לביצוע, וחוקרים מכל העולם מנסים להבין ולאלף את ריאקציית היתוך המימן לשם ייצור אנרגיה באופן מבוקר. אם זה יצליח, יהיה אפשר להפיק כמות אנרגיה עצומה לשימוש האדם –  תיאורטית, היתוך מלא של 10 טונות מימן יכול לספק לישראל את צריכת החשמל השנתית שלה.

כורי אנרגיה גרעינית משאירים בסיום התהליך פסולת גרעינית ורובם מצויים בסכנת התבקעות ושחרור חומרים רדיואקטיביים (למעט כורים מדור 4 שהם בטיחותיים יותר). בניגוד אליהם, כורי היתוך מימן מייצרים אנרגיה ללא סכנות זיהום.

הם מבוססים על כליאת פלזמה של גז מימן (אטומי מימן שאיבדו את האלקטרונים שלהם) באזור קטן יחסית וחימום שלה לטמפרטורה של 100 מיליון מעלות צלזיוס (פי 7 מהטמפרטורה בליבת השמש!). העלאת הטמפרטורה מציתה תגובה של היתוך מימן ומשחררת כמות אנרגיה עצומה, הגדולה בהרבה מכמות האנרגיה המושקעת בהפעלת הכור.

לפני כמה חודשים, לאחר שנה של בדיקות, הושק בגרמניה כור היתוך מימן מחקרי בינלאומי מסוג סטלרטור (stellarator). שמו Wendelstein 7-X (ובקיצור W7-X), והוא הכור הגדול ביותר מסוגו שנבנה עד כה. תכנון והקמת הכור נמשכו 20 שנים, והושקעו בו 1.1 מיליון שעות עבודה ומיליארד אירו (4.3 מיליארד ש"ח!) – פי שניים זמן וכסף מהמתוכנן.

בדצמבר 2015 ובפברואר 2016 התבצעו שני ניסויים ראשוניים חשובים, בראשון חיממו גז הליום ובשני גז מימן ל-1.8 מיליון מעלות צלזיוס והפכו אותם לפלזמה לשבריר שנייה. בשלבים הבאים של הפעלת הכור יהיה צורך להאריך את משך הזמן שהפלזמה מתקיימת בו ולהעלות את הטמפרטורה עוד.

הכור הזה לא יוכל לספק חשמל, אבל אם ידגימו בו איך מפיקים אנרגיה עודפת בתהליך היתוך מימן, כלומר כזו שכמותה עולה על זו שהושקעה בתהליך, תיסלל הדרך לפיתוח כור מסחרי. האם מכונה כה יקרה ומסובכת יכולה אי פעם להפוך יעילה אנרגטית? ימים יגידו. רוב ההמצאות הטכנולוגיות התחילו באב טיפוס מגושם, גדול, לא יעיל ויקר להחריד. אבל גם אם כור זה או דומים לו ינחלו הצלחה יעברו שני עשורים לפחות עד שהטכנולוגיה הזו תהיה מסחרית.

בניית הכור להיתוך מימן בגרמניה

[youtube height="HEIGHT" width="WIDTH"]https://www.youtube.com/watch?v=u-fbBRAxJNk[/youtube]

 




שתפו‬