במרחק של 8 דקות אור מאיתנו ישנו כור גרעיני עצום, לו אנחנו קוראים "שמש". השמש שלנו לא מיוחדת יותר מאשר כל אחת השמשות האחרות ביקום, אך התהליכים שמתרחשים בה, מעבר להיותם אחראיים על קיומנו על פני כדור הארץ, גם נותנים השראה למדעני המאה ה-21 ליצירת טכנולוגיות מעניינות וחשובות לעתיד האנושות.
אתמול (14.12.22), אנשי ה- National Ignition Facility at California's Lawrence Livermore National Laboratory בארצות הברית דיווחו על פריצת דרך משמעותית ביותר בתחום ייצור האנרגיה – חשמל מהיתוך גרעיני. ננסה להבין בקצרה מה משמעות ההצהרה שלהם, ואיך היא קשורה למה שקורה בשמש.
חלק משמעותי מאנרגיית הקרינה והחום שנוצרות בשמש מיוצרות על ידי תגובות גרעיניות. תגובה גרעינית שונה משמעותית מתגובות כימיות שאנחנו מכירים מעולם המדע והטכנולוגיה הקונבנציונליים, ודורשת הסבר קצר.
תגובות כימיות, קונבנציונליות, הן תגובות שבבסיסן חיבור וניתוק קשרים חשמליים בין אלקטרונים שסובבים את גרעין האטומים. פעולת יצירתם ופירוקם של קשרים אנרגטיים אלה דורשת השקעה של אנרגיה או מעורבת בשחרור אנרגיה. TNT לדוגמא, היא מולקולה עתירת אנרגיה. פירוק הקשרים האלקטרוניים (חשמליים) שלה משחרר אנרגיה לסביבה, וכך אם משתמשים במספיק חומר אפשר לייצר מטעני נפץ.
תגובות גרעיניות, בשונה לחלוטין מתגובות כימיות, הינן תגובות המבוססות על הרעיון המדעי של תורת היחסות של איינשטיין. גרעין האטום מורכב מחלקיקים ששמם פרוטונים וניוטרונים הנקראים בכללותם "נוקלאונים" (למעשה הנוקלאונים מורכבים מתת חלקיקים קטנים יותר, אך ננסה לפשט את המצב כרגע). חלקיקים אלה קשורים גם הם זה לזה. הקשרים שלהם עתירי אנרגיה עד כדי כך שמסת האטומים שונה משמעותית מסך מרכיביה (לפי תורת היחסות). ההבנה הזו, היא שגרמה להתקדמות המדעית שהכריעה את מלחמת העולם השניה. בפצצות שהונחתו על הירושימה ונאגאסאקי, ובאופן כללי בעולם הטכנולוגיה הגרעינית, משתמשים בביקוע גרעיני כדי לייצר אנרגיה בצורה יעילה ונקיה יחסית. הביקוע הינו תהליך בו לוקחים אטומים כבדים שגרעיניהם לא יציבים ומבקיעים אותם בעזרת תהליך מבוקר. בביקוע של האטום לחלקים קטנים יותר משתחררת אנרגיה רבה אותה אפשר לרתום לצרכים שונים, כמו הרתחת מים לסיבוב טורבינה וייצור חשמל.
יצירת אנרגיה בעזרת ביקוע גרעיני אפשרית, ואף נמצאת בשימוש ברחבי העולם, אך יש לה חסרונות. התוצרים של התגובות הללו רדיואקטיביים ודורשים טיפול והרחקה, כדי לא לזהם ולסכן את החי והצומח (כפי שקרה בצ'רנוביל), קשה להשיג את החומרים היקרים הדרושים לביקוע, והתגובה יעילה, אך יש סוג "טוב" יותר של תגובות גרעיניות.
סוג זה מתרחש גם הוא בשמש ונקרא "היתוך". בתגובת היתוך, במקום לקחת אטומים כבדים ולבקע אותם, ניתן לקחת אטומים קלים מאוד ולהתיך אותם זה לזה לקבלת אטום גדול יותר. תגובה זו משחררת כמות גדולה מאוד של אנרגיה, ותוצריה אינם רדיואקטיביים.
לפי הדיווח מאתמול, הצליחו במעבדת היתוך גרעיני ליצור תגובת היתוך בה האנרגיה שנפלטה היתה גדולה בכמותה ב50% מהאנרגיה שהושקעה (רווח אנרגטי). כדי לעשות זאת השתמשו במכשיר שנמצא כבר מספר עשורים במחקר ופיתוח. במכשיר הנ"ל קפסולה קטנה מלאה באיזוטופים של מימן מוחזקת במיקום קבוע. ברגע קצר מאוד, כמות עצומה של קרינה (באמצעות לייזרים) פוגעת בקפסולה ודוחסת אותה, כך שהגז נדחס ללחצים עצומים (בדומה לתהליכים המתרחשים בשמש), ותוך כדי כך מותך. האיזוטופים מתחברים ויוצרים אטומי הליום. בתגובה גרעינית זו משתחררת אנרגיה רבה.
הרגע ההיסטורי הזה מביא איתו בשורה משמעותית. אם יצליחו המדענים לשפר את הטכנולוגיות של היתוך הגרעיני כך שיהיה רווח כספי ואנרגטי בתהליך, נוכל לקבל טכנולוגיה יעילה, נקיה ומתקדמת לייצור חשמל ולשימושים נוספים.
תמונה:
https://pixabay.com/photos/nuclear-power-plant-cooling-tower-3997515/
