האם סוף סוף נעבור לאנרגיה הנקיה של היתוך גרעיני?

משרד האנרגיה האמריקני הכריז על פריצת דרך משמעותית לאחר שנים של מחקר בתחום ההיתוך הגרעיני, “הגביע הקדוש” של ייצור האנרגיה

האפשרות לבצע היתוך גרעיני כמקור לאנרגיה נקייה כמעט בלתי מוגבלת הוא תחום שנחקר לפחות מאז שנות ה-30 של המאה ה-20.  מיליארדי דולרים הושקעו בחיפוש אחר  “הגביע הקדוש” של מקור האנרגיה נטול הפחמן אבל עד כה ללא הצלחה.

חוקרים במעבדה הלאומית לורנס ליברמור בקליפורניה מפריצת דרך  משמעותית. שרת האנרגיה של ארה”ב ג’ניפר גרנהולם הודיעה כי לראשונה חוקרים הפיקו רווח אנרגטי נטו מכור היתוך ניסיוני.

היתוך גרעיני יספק אנרגיה אמינה ונקייה למעשה לנצח

היתוך גרעיני, אותה צורת יייצור אנרגיה המניעה את השמש,  יספק אנרגיה בלתי מוגבלת במהותה, ללא החסרונות.  שריפת דלקי מאובנים מייצרת גזי חממה, כורי ביקוע  גרעיני מייצרים פסולת רדיואקטיבית ואנרגיות מתחדשות אינן יכולות לייצור אנרגיה רציפה ללא אגירה.

בניגוד לביקוע גרעיני שבו אטום מתפצל ותוך כדי כך נפלטות כמויות עצומות של אנרגיה, היתוך גרעיני גורם לשני אטומים להתמזג יחד כדי ליצור אטום כבד יותר. גם תהליך זה משחרר כמויות עצומות של אנרגיה. עם זאת, כדי שזה יקרה, נדרשות כמויות עצומות של אנרגיה כדי להעלות את הטמפרטורה של גרעיני האטומים לטמפרטורה של 100 מיליון מעלות צלזיוס.

החוקרים בכור ההיתוך הניסיוני במעבדה הלאומית לורנס ליברמור בקליפורניה, השתמשו בכ-200 לייזרים שתופסים שטח של  שמודדים את גודלם של שלושה מגרשי כדורגל, המפציצים כדור זעיר של מימן כבד כדי ליזום את תגובת ההיתוך בחומר שהופך לפלסמה.

על מנת שהתהליך יהיה בר קיימא מבחינה מסחרית, האנרגיה המיוצרת על ידי תגובת ההיתוך (ואשר היתה חבויה בתוך האטומים) צריכה להיות גדולה בערך פי 100 ממה שהושקע כדי לשחררה. החוקרים הצליחו לייצר רווח אנרגטי נטו של 120 אחוזים, אם כי הממצאים היו ראשוניים.

“טכנולוגית ההיתוך החדשה מאפשרת לנו לשכפל בפעם הראשונה תנאים מסוימים שנמצאים רק בכוכבים כמו השמש”, אמרה גרנהולם במסיבת עיתונאים בוושינגטון. “אבן דרך זו מקרבת אותנו צעד משמעותי אחד קרוב יותר לאפשרות של אנרגיית היתוך נקיה.”

 ישראל משקיעה במחקר בתחום ההיתוך הגרעיני

פרופ׳ אבי דומב, מנהל פורום המדענים הראשיים והמדען הראשי במשרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה, התייחס לפריצת הדרך שהציג צוות מתקן ההצתה הלאומי (NIF) של משרד האנרגיה האמריקאי בליברמור, קליפורניה, ואמר: ״מדובר בהישג משמעותי, אשר מתווה כיוון שיעודד מדענים וממשלות, ובכלל זה ממשלת ישראל, להשקיע במחקר ופיתוח שיובילו בעתיד להפקת אנרגיה לא מזהמת והצלת העולם מנזקי גזי החממה.״

״משרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה חתום על עשרות הסכמים לשיתופי פעולה מדעיים-טכנולוגיים עם מדינות וארגונים בינ״ל, מרכז את השימוש בתשתיות בינלאומיות, כולל מעבדות רלוונטיות לתחום האנרגיות הגבוהות. מכיוון שהאמצעים הנדרשים למחקר היתוך מימן גדולים מיכולתה של מדינה לממן, המדענים הישראלים כמו גם חבריהם ממדינות שונות משתמשים במתקנים משותפים לביצוע ניסיונות. הגישה לתשתיות מחקר תאפשר לחוקרים ישראלים לקחת חלק משמעותי במחקר בתחום זה, ואין ספק שיתרמו למאמץ העולמי לפתרון משבר האנרגיה. תגלית זו צפויה לקבל גם ביטוי בסדרי העדיפויות של מענקי המחקר שמעניק משרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה למחקרים יישומיים פורצי דרך.״

עוד הוסיף פרופ׳ דומב, כי: ״תהליך הפקת אנרגיה מהיתוך של אטומי מימן הוא כנראה הנקי והיעיל ביותר, אך עד כה האנרגיה הנדרשת לאתחל את תהליך ההיתוך גדולה יותר מהאנרגיה המופקת. התהליך דורש הפקת חום של מיליוני מעלות, וזה אתגר גדול. באירופה הולך ונבנה מתקן ניסויים להיתוך מימן בעלות של עשרות מיליארדי אירו שיאפשר ביצוע ניסויים מדעיים רק בעוד מספר שנים. המעבדה בארה״ב הוכיחה שמעשית ניתן להפיק אנרגיה מהיתוך מימן אך הדרך ליישום עדיין רחוקה.״

התקדמות של פי 50 בחמש שנים

ד”ר גדעון פרידמן המדען הראשי במשרד האנרגיה כי זו נקודת ציון חשובה שבה הופקה לראשונה יותר אנרגיה כתוצאה מהיתוך גרעיני מאשר אנרגיית הלייזר שהושקעה ביצירתו. במיוחד ראוי לציין התקדמות מהירה בשנים האחרונות, שהכפילה ב-5 השנים האחרונות פי 50 לערך את האנרגיה שהופקה מההיתוך. עם זאת חשוב להבין כי המרחק לשימוש מסחרי בטכנולוגיה זו עדיין גדול מאוד, ולא ניתן על סמך תוצאות אלה לדעת אם הטכנולוגיה תבשיל לכדי מסחריות בטווח הנראה לעין. כך למשל אף שהופקה יותר אנרגיה משהכניסו הלייזרים, הרי שהאנרגיה שהושקעה בניסוי גדולה מזו שהופקה, משום שהאור שהלייזרים מפיקים מכיל רק חלק קטן מהאנרגיה הנדרשת להפעלת הלייזרים, כך שבחישוב כולל סך האנרגיה שהופקה בניסוי קטן מהאנרגיה שהושקעה בו. בנוסף סך האנרגיה שהופקה בניסוי קטן – שווה ערך להפעלה של קומקום חשמלי ל-20 דקות – ולא ניתן להפיק את האנרגיה ברצף.

לאור חשיבות הנושא, יחידת המדען הראשי במשרד האנרגיה יזמה כבר לפני כשנתיים הקמה של קונסורציום מחקרי בתחום, בהשקעה של יותר מ-2 מליון ש”ח, והשנה בהקמה של מכון מחקר וירטואלי חדש בישראל. המכון יעבוד בתקציב של כ-40 מליון ש”ח ל-5 שנים, מתוכם ישקיע המשרד 30 מליון ש”ח.  המכון יחזק את המחקר המדעי, כך שישראל תוכל לתרום לקידום טכנולוגיית ההיתוך בעולם. הכוונה להתמקד בהיתוך שאינו דורש השקעות וציוד כפי שיש ב-NIF או ב-ITER שהוא מיזם אירופאי עצום בטכנולוגיה שונה מזו שמשתמשים ב-NIF שצוין לעיל.

עוד בנושא באתר הידען:

• שיפור דפנות כורי ההיתוך הגרעיני – התקדמות לעבר פתרונות אנרגיה חדשים
• מדענים בארה”ב עשו צעד חשוב לקראת היתוך גרעיני מבוקר
• רעיונות שישנו את העולם: היתוך קל