ליצור את החשמל שמדליק את השמש

מיזם בינלאומי שאפתני מבקש לרתום את כוח ההיתוך הגרעיני לייצור אנרגיה נקייה. אם הכול יעבוד לפי התכניות, בעוד חמש שנים הוא יכנס לפעולה (ובעוד 15 שנה אולי אפילו יתחיל לייצר חשמל)

רחלי וקס, זווית – סוכנות ידיעות למדע ולסביבה

הדמיה של מתקן ההיתוך הגרעיני. תצלום: ITER
הדמיה של מתקן ההיתוך הגרעיני. תצלום: ITER

בימים אלה, כשהקיץ הופך לו בהדרגה למציאות בשטח, אנחנו נחשפים יותר ויותר לעוצמתה של השמש, שמייצרת מדי יום כמויות אדירות של אור וחום ושבלעדיה החיים על פני כדור הארץ, כפי שאנו מכירים אותם, לא היו מתאפשרים.

את קרינת השמש אנחנו מנצלים גם ליצירת אנרגיה סולארית, כמובן, אבל יש כאלו שמסמנים מטרה שאפתנית אפילו יותר: מזה כמה עשרות שנים נערכים במקומות שונים בעולם ניסיונות אנושיים לשחזר ביעילות את תהליך ההיתוך הגרעיני, המנגנון שדרכו נוצרת האנרגיה בליבת השמש, וכך לספק לאנושות כמויות בלתי נתפסות של חשמל בצורה נקייה. עד כה לא נרשמה הצלחה משמעותית בתחום הזה, אבל ITER, מיזם ענק בינלאומי שנוצר למטרה זו, נמצא כעת בשלבי בנייה מתקדמים, ואם הכול יתקדם בהצלחה על פי התכנון הוא עשוי להפוך את המדע הבדיוני למציאות – ולספק אנרגיה מהיתוך גרעיני כבר ב-2035.

היתוך גרעיני הוא התהליך ההפוך לביקוע גרעיני – המנגנון שמפעיל את פצצת האטום ושמשמש כיום לייצור חשמל בכורי אנרגיה גרעינית. בביקוע גרעיני מפוצל גרעין גדול של אטום גדול בודד ולא יציב (אורניום או פלוטוניום) לגרעיני אטומים קלים וקטנים יותר תוך פליטת נייטרונים לסביבתם, מה שמוביל לתגובת שרשרת שבה מבוקעים גרעיני אטומים רבים נוספים ומשתחררת כמות אדירה של אנרגיה שהייתה טמונה בהם.

בהיתוך גרעיני, לעומת זאת, שני גרעינים של אטומי מימן (שלכל אחד מהם פרוטון אחד) נפרדים מהאלקטרונים שלהם ומתאחים בעקבות תנאי הטמפרטורה, הצפיפות והלחץ האדירים שבליבת השמש לגרעין אטום אחד של הליום (שלו שני פרוטונים ושני נייטרונים). בתהליך המלאכותי שהמדענים מנסים ליצור נעשה שימוש באיזוטופים של מימן (צורונים כבדים של מימן בעלי מספר שונה של נייטרונים) דיטריום (פרוטון אחד ונייטרון אחד) וטריטיום (פרוטון אחד ושני נייטרונים). כך, בסיום תהליך ההיתוך הגרעיני מתקבלת מסה עודפת, שכן נותר נייטרון חופשי והאנרגיה הקינטית של הנייטרון הזה נקלטת במעטפת ליתיום עבה מאוד שמקיפה את תא ההיתוך. הפגיעה מפרקת חלק מהליתיום להליום וטריטיום (אשר משמש כדלק להמשך תהליך ההיתוך), המעטפת מתחממת ואנרגית אמורה לעבור ממנה באמצעות מערכת קירור פנימית אל תהליך ייצור החשמל. מנגנון דומה הוא שעומד גם בבסיס פעולתן של פצצות המימן (פצצות תרמו-גרעיניות), שעוצמתן גדולה פי אלף לפחות מזו של פצצות האטום שהוטלו על הירושימה ונגסאקי.

 

23 אלף טון ב-150 מיליון מעלות

לאורך המאה הקודמת והנוכחית נעשו ניסיונות לייצר אנרגיה מהיתוך גרעיני במעל 200 כורים שנבנו לשם כך, אך ללא הצלחה. ב-1985 קבעו נשיא ארצות הברית רונלד רייגן ומנהיג ברית המועצות מיכאיל גורבצ'וב שהנושא דורש מאמץ בינלאומי, והכריזו במשותף על הקמתו של ITER. בהתחלה היה השם ראשי תיבות של International Thermonuclear Experimental Reactor (כור ניסויי תרמו-גרעיני בינלאומי), ובהמשך בוטלו ראשי התיבות, והוחלט ש-ITER, המילה הלטינית ל"דרך", יהיה שמו המלא.

הכור, שבנייתו החלה ב-1988 ונמצאת כיום בעיצומה, ממוקם בעיירה סן פול לה דוראנס (Saint-Paul-lès-Durance) שבאזור פרובאנס, צרפת. עלותו הכוללת מוערכת כיום בכ-20 מיליארד אירו, שהושקעו על ידי 35 מדינות, והוא צפוי לשקול כ-23 אלף טון (פי שלושה ממגדל אייפל). חלקיו, שהכבד ביותר מביניהם ישקול כמעט 900 טון ושאורכו של הגדול ביותר מביניהם יעמוד על 10.6 מטר (כגובהו של בניין בן ארבע קומות), מובלים מהנמל הקרוב על גבי כביש באורך 104 קילומטר שהותאם במיוחד למשימה.

בכור ייעשה שימוש בדיטריום וטריטיום, איזוטופים של מימן שההיתוך ביניהם הוא היעיל ביותר להפקת אנרגיה, והטמפרטורה בו תעמוד על לא פחות מ-150 מיליון מעלות צלזיוס. על פי התכנון השאפתני הנוכחי, הכור יופעל ב-2025 ויתחמם בהדרגה, עד שב-2035 הוא יוכל להתחיל לספק אנרגיה.

מבט מלמעלה על המתקן הנמצא בשלבי הקמה. תצלום: ITER
מבט מלמעלה על המתקן הנמצא בשלבי הקמה. תצלום: ITER

הפתרון לכל בעיות האנרגיה?

המדענים של ITER הם לא היחידים שמנסים להפיק אנרגיה מהיתוך גרעיני. כמה חברות מסחריות נמצאות גם הן בשלבים שונים של חתירה לאותה מטרה, ביניהן הסטרט-אפ האמריקני CFS (Commonwealth Fusion Systems), שגייס לאחרונה 84 מיליון דולר ממשקיעים באירופה ובאסיה.

הן ITER והן החברות הפרטיות יאלצו להתמודד עם קשיים משמעותיים בדרך ליעד הנכסף. "היתוך גרעיני הוא תהליך מסובך מאוד", אומר ד"ר דניאל מדר, חוקר ויועץ מדעי וממייסדי חברת SP Interface. "כדי שהוא יצליח יש צורך בתנאים שדומים לאלה המתקיימים בליבה של כוכב כמו השמש, שכוללים לחץ וטמפרטורה גבוהים מאוד. קשה מאוד לייצר מצב כזה בכדור הארץ, כי זה דורש השקעה של כמויות עצומות של אנרגיה".

לדברי מדר, מדענים הצליחו לבצע היתוך גרעיני במתקני מחקר בעבר – אך כמות האנרגיה שהיה צריך להשקיע בתהליך הייתה גדולה בהרבה מזו שהופקה ממנו.

עם זאת, אם המאמצים שמתבצעים ב-ITER יצליחו למרות המכשולים הרבים, שוק האנרגיה העולמי ישתנה מאוד. "זה יפתור את כל בעיות האנרגיה", אומר מדר. "התהליך הזה מאפשר להפיק כמות אדירה של אנרגיה מכמות מזערית של חומר". לדבריו, חלק משמעותי מהפוטנציאל של התהליך מגיע מהעובדה שחומר הגלם שנדרש עבורו הוא מימן, היסוד הנפוץ ביותר ביקום, שקיים בכדור הארץ בתרכובות רבות (כמו מים). "מלאי הדלק שבו ניתן להשתמש הוא אינסופי", הוא אומר.

יתרון משמעותי אחר של ההיתוך הגרעיני, אם יצליח, הוא הבטיחות הגבוהה שלו בהשוואה לשיטות ייצור אנרגיה אחרות, ובראשן שריפת דלקי מאובנים (פחם, נפט וגז טבעי) – תהליך שגורם לפליטתן של כמויות אדירות של גזי חממה (ובעיקר פחמן דו-חמצני) לאטמוספירה, שמחריפות עוד ועוד את משבר האקלים, ושבעקבותיו נוצר גם זיהום אוויר נרחב בחלקיקים נשימים (PM2.5 PM10), תחמוצות חנקן וגופרית אוזון ומזהמים נוספים.

מעבר לכך, היתוך גרעיני גם בטוח בהרבה מביקוע גרעיני, שהיא כאמור השיטה שבה נעשה שימוש בתחנות כוח גרעיניות כיום, ושעלולה לגרום במקרי קיצון כאשר כל מערכות הבטיחות כושלות לאסונות טראומטיים (שהזכור מכולם הוא אסון צ'רנוביל). "בניגוד לביקוע גרעיני, בהיתוך גרעיני אין עיסוק ביסודות רדיואקטיביים מסוכנים, שמהווים סיכון לסביבה ולאדם אחרי שהתהליך מסתיים", אומר מדר. "אין סכנה של קרינה גרעינית ולא של פסולת גרעינית".

לא לחכות לניסים

על אף כל זאת, יש לזכור שהמין האנושי עדיין רחוק מאוד מייצור יעיל של אנרגיה מהיתוך גרעיני, וש-ITER הוא מיזם שאפתני מאוד שאין לדעת אם אכן יתממש כמובטח ב-2035. "אין צורך לבטל את שאר התוכניות לצמצום פליטות גזי החממה ולחכות רק לזה", אומר מדר. לדבריו, חשוב להמשיך ולהשקיע בפיתוח אנרגיות מתחדשות, כמו אנרגיה סולארית, שקיימות כבר היום ושיכולות לסייע משמעותית לצמצום ייצור החשמל מדלקי המאובנים המזהמים. "אסור לנו לחכות לניסים טכנולוגיים שאולי יקרו בעתיד, כשעלול כבר להיות מאוחר מדי", הוא מסכם.

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

4 תגובות

  1. הספקן
    גם ב2050 לא נראה לי שיהיו כורים מסחריים.
    אולי בתרחיש מאוד אופטימי אם לא יהיו בעיות אז יהיה ניתן לייצר אנרגיה בעזרת היתוך.
    אבל בשביל משהו מסחרי זה ממש לא מספיק, זה צריך להיות גם כלכלי.
    וזה לא פשוט בכלל.
    מדברים על הטכנולוגיה של היתוך כאילו היא איזה פתרון קסם, מין גביע קדוש.
    אבל האמת רחוקה מזה.
    כמה עלות תפעול של דבר כזה? כמה פסיקאים דבר כזה צריך, מה השחיקה של מתקן כזה, וכמה מערכות בטיחות הוא צריך.
    זה שאין הרבה כורים גרעיניים בעולם זה לא בגלל איכות הסביבה ולא בגלל מחסור בחומר גלם (אורניום באמת נדיר, אבל צריך כמות מאוד קטנה)
    העלות של הקמה ותפעול פשוט לרוב גבוהות מידי. מערכות הבטיחות , המומחים, הביקורות והבדיקות, זה עולה הרבה כסף.
    אם זה באמת היה כלכלי, היו משתמשים בזה ולא חושבים על זיהום.
    בכל מקרה גם בתרחיש הכי אופטימי מדובר בפתרון חלקי בלבד. כבר עכשיו ברור שאם אפשר להגיע ליעילות אנרגטית בהיתוך זה רק בתחנות מאוד גדולות.
    דבר נוסף, בשנים האחרונות העלות של אנרגיה סולרית יורדת.
    עיקר ההשקעה צריכה להיות בחיסכון באנרגיה ובאנרגיה מתחדשת

  2. פרוייקט safire מראה יותר תוצאות בעלות אפסית מכל הפרוייקטים המגלומניים האלה.
    "בעשרות השנים האחרונות.."
    כבר שבעים שנה שופכים כסף בלי הכרה כדי ליצור היתוך "כמו בשמש".
    אדינגטון טען שזה לא יהיה מסובך להבין איך השמש. כשהתאוריה כושלת, כל נסיון לבנות טכנולוגיה בעזרתה נידון לכישלון גם הוא.
    לא יודע עם שמעתם על ראלף יורגנס, האנס אלפוין. אם לא אז חבל.

  3. אם הכל יעבוד כמו שמקווים אז מה שהם יראו
    שזה ניתן לביצוע , יש שם גם הרבה מחקר בדרך
    והכור הזה לא מיועד לספק חשמל לרשת
    אלה רק היתכנות של טכנולוגית ההיתוך הכוונה שהוא יתן יותר אנרגיה ממה שמושקעת בו,
    השלב הבא זה יהיה לבנות אב טיפוס
    ואחריזה כורי היתוך פעילים
    כנראה חלק גדול מאלו שקוראים את הכתבה לא יהיו כבר פה כדי לראות את הכורי היתוך המסחרים מדובר על תאריכים של 2050,

  4. במאמר כתוב:
    "בהיתוך גרעיני, לעומת זאת, שני גרעינים של אטומי מימן (שלכל אחד מהם פרוטון אחד) נפרדים מהאלקטרונים שלהם ומתאחים בעקבות תנאי הטמפרטורה, הצפיפות והלחץ האדירים שבליבת השמש לגרעין אטום אחד של הליום (שלו שני פרוטונים ושני נייטרונים)". סוף ציטוט.
    צריך להיות כתוב: ארבע גרעינים של אטום מימן וכו' וכו'.
    כמו כן הם עוד לא יודעים כיצד זה יעבוד אבל כבר הם מבטיחים לנו שזה יהיה יותר בטוח משיטות היצור הקיימות כיום??
    לא מקובל עלי בלשון המעטה!
    אבל אני מאחל להם בהצלחה!
    יום טוב
    סבדרמיש יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן