סיקור מקיף

שיפור דפנות כורי ההיתוך הגרעיני – התקדמות לעבר פתרונות אנרגיה חדשים

ההיתוך הגרעיני מגיע לציון דרך הודות לדפנות כור טובות יותר – ההתפתחות ההנדסית הזאת מובילה לכורים של העתיד, אומרים חוקרים בעקבות הצלחה בניסוי בבריטניה

מאת: דיוויד דונובן, פרופסור חבר להנדסה גרעינית, אוניברסיטת טנסי וליביה קזאלי, עוזרת פרופסור להנדסה גרעינית, עמיתה בפקולטה לפיזיקה ע"ש זינקל, אוניברסיטת טנסי

כורי היתוך גורמים להתנגשויות של  שני איזוטופים של מימן (למעלה) כך שהםמתמזגים ויוצרים הליום ואלקטרון עתיר אנרגיה (למטה). Wykis/WikimediaCommons
כורי היתוך גורמים להתנגשויות של שני איזוטופים של מימן (למעלה) כך שהםמתמזגים ויוצרים הליום ואלקטרון עתיר אנרגיה (למטה). Wykis/WikimediaCommons

מדענים במעבדה באנגליה ניפצו שיא בכמות האנרגיה שהופקה בתגובת היתוך מבוקרת המקיימת את עצמה. תפוקת האנרגיה של 59 מגה-ג'אול במשך חמש שניות בניסוי JET באנגליה כונתה באמצעי תקשורת "פריצת דרך" וגרמה להתרגשות רבה בקרב הפיזיקאים. אבל מקובל לטעון לגבי ייצור חשמל בהיתוך שהוא "תמיד 20 שנה בעתיד".

אנחנו פיזיקאי גרעין ומהנדסת גרעין שחוקרים איך לפתח היתוך גרעיני מבוקר כדי להפיק חשמל.

התוצאות של JET מראות התקדמות ראויה לציון בהבנת הפיזיקה של ההיתוך. הן גם מראות, וזה חשוב באותה מידה, שהחומרים החדשים המשמשים לבניית הדפנות הפנימיות של הכור פועלים כפי שנועדו. העובדה שהמבנה החדש של הדפנות פעל בהצלחה כפי שפעל היא שמבדלת את התוצאות האלה מציוני דרך קודמים ומקדמת את ההיתוך המגנטי בעוד צעד מחלום למציאות.

היתוך גרעיני הוא מיזוג של שני גרעיני אטומים לגרעין מורכב אחד של בריליום. לאחר מכן הגרעין הזה מתפרק ומשחרר אנרגיה בצורת אטומים וחלקיקים חדשים שנעים במהירות. תחנת כוח היתוכית תלכוד את החלקיקים הנעים ותשתמש באנרגיה שלהם כדי להפיק חשמל.

יש כמה דרכים שונות לשלוט באופן בטוח בהיתוך בכדור הארץ. המחקר שלנו מתמקד בגישה שבה נקטו ב-JET – שימוש בשדות מגנטיים חזקים כדי לתחום אטומים עד שהם מתחממים לטמפרטורה גבוהה מספיק כדי שהם יתגברו על הדחיה האלקטרומגנטית שלהם  ויתמזגו.

הדלק לכורים עכשוויים ועתידיים הוא שני איזוטופים שונים של מימן – כלומר יש להם פרוטון אחד אבל מספר שונה של ניטרונים – בשם דאוטריום וטריטיום. בגרעין של מימן רגיל יש פרוטון אחד ואין ניטרונים. לדאוטריום יש פרוטון אחד וניטרון אחד ולטריטיום פרוטון אחד ושני ניטרונים.

ניסוי ההיתוך המגנטי של JET הוא הטוקמק הגדול ביותר בעולם. EFDA JET/WikimediaCommons, CC BY-SA
ניסוי ההיתוך המגנטי של JET הוא הטוקמק הגדול ביותר בעולם. EFDA JET/WikimediaCommons, CC BY-SA

כדי שריאקציית היתוך תצליח, אטומי הדלק צריכים תחילה להתחמם עד כדי כך שהאלקטרונים ישתחררו מהגרעינים. זה יוצר פלזמה — אוסף של אלקטרונים ויונים חיוביים. לאחר מכן צריך להמשיך לחמם את הפלזמה הזאת עד שהיא תגיע לטמפרטורה של יותר ממאה מיליון מעלות צלזיוס. אז צריך לשמור את הפלזמה הזאת בחלל תחום בצפיפות גבוהה במשך זמן ארוך מספיק כך שאטומי הדלק יתנגשו ויתמזגו ביחד.

כדי לשלוט בהיתוך בכדור הארץ, החוקרים פיתחו מכשיר בצורת בייגלה בשם טוקומק שמשתמש בשדות מגנטיים כדי להכיל את הפלזמה. קווי שדה מגנטי שעוטפים את פנים הבייגלה פועלים כמו מסילות רכבת שהיונים והאלקטרונים נעים לאורכן. על ידי הזרקת אנרגיה לתוך הפלזמה וחימומה, אפשר להאיץ את חלקיקי הדלק למהירויות גבוהות כאלה שכשהם מתנגשים, במקום להתפזר ככדורי בליארד גרעיני המימןק מתמזגים. כשזה קורה, הם משחררים אנרגיה, בעיקר בצורת ניטרונים שנעים במהירות.

בתהליך ההיתוך, חלקיקי דלק בהדרגה נסחפים החוצה מהליבה החמה והצפופה ובסופו של דבר מתנגשים בדופן הפנימית של כלי הקיבול של ההיתוך. כדי למנוע שיתוך של הדפנות בגלל ההתנגשויות האלה – שגם מזהמות את דלק ההיתוך – כורים נבנים כך שהם מפנים את החלקיקים התועים אל תא מאוד משוריין שנקרא מסיט. זה שואב החוצה את החלקיקים המוסטים ומסלק כל חום עודף כדי להגן על הטוקומק.

למאמר ב-The Conversation

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

3 תגובות

  1. האם היתוך גרעיני בכמויות גדולות לא יגרום לחימום כדור הארץ?
    נראה שאנרגיה סולרית היא פתרון הרבה יותר טוב.

  2. אפילו יפתרו בעיות של היתוך גרעיני עדיין יש בעיה של החום שייפלט ועלול לגרום לחימום כדור הארץ. נראה שאנרגיה סולרית היא פתרון הרבה יותר טוב.

  3. העיקר בכותרת מדברים על החידוש שבדפנות הכור, אבל בגוף הכתבה לא נרשמה מילה על כך, רק מיחזרו איזה הסבר כללי לגבי הפיזיקה של היתוך גרעיני.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן