במעבדה בשם KSTAR בדרום קוריאה נשבר שיא: החוקרים הצליחו להגיע לטמפרטורה של 100 מיליון מעלות צלסיוס למשך עשרים שניות במערך ניסוי שנערך במקום בכך יצרו, הלכה למעשה, שמש עלי אדמות.
ה"שמש המלאכותית" הקוריאנית הינה, למעשה, כור גרעיני לצרכי מחקר מסוג "טוקאמאק". ישנם מספר כורי טוקאמאק בעולם, רובם מופעלים בשיתוף פעולה של מספר מדינות. הגדול ביותר אמור להיבנות בחצי העשור הקרוב בצרפת. כורים אלה מתבססים על אנרגיה של שדות מגנטיים הלוכדים ומחממים פלסמה (מצב צבירה דומה לגז בו גרעינים האטומים מנותקים מהאלקטרונים בשל האנרגיה הרבה) לטמפרטורות מפלצתיות. לשיא שנשבר יש משמעות מוראלית בעיקר, והוא מהווה צעד קטן בדרך ארוכה שהחלה לפני מספר עשורים, במטרה להוכיח היתכנות ליצירת אנרגיה זמינה, זולה ונקייה יותר משלל המקורות הקיימים נכון לשנת 2021.
כיום, השימוש באנרגיה מתחדשת הופך להיות שכיח יותר ויותר. חלק מהטכנולוגיות מאפשרות ייצור ישיר של חשמל, כמו לדוגמא בתאים פוטו-וולטאיים המותקנים על גגות בתים או בחוות סולאריות. סוגים אחרים של אנרגיה מתחדשת מתבססים על יצירת חשמל באופן עקיף, על ידי הנעה מכנית,
לפי עקרונות החשמל והמגנטיות. זרימת מים או אוויר בטבע יכולה לספק את התנועה המכנית הנדרשת וכך להפיק חשמל באופן עקיף. למרות יתרונותיה, יצירת אנרגיה מתחדשת דורשת טכנולוגיות חומרים מתקדמות, עלויות ייצור והרכבה שיכולות להיות גבוהות, תחזוקה רבה ועוד. בנוסף, הפוטנציאל לייצור אנרגיה בעזרת אור או תנועה טבעיים תלוי מאוד בתנאים הסביבתיים. לא ניתן לעשות זאת בכל רגע ובכל מקום.
אופציה זולה יותר ליצור את התנועה המכנית המפיקה חשמל היא הזרמת מים רותחים (קיטור), בעוצמה גבוהה על גבי טורבינות, וכך לגרום לסיבובן. אנו מכירים את השיטה הזו לייצור חשמל. זוהי השיטה הישנה והקונבנציונלית בישראל ובעוד הרבה מקומות בעולם. על מנת להרתיח את המים שורפים פחמימנים כגון גז טבעי או מוצרי נפט כאלה או אחרים, אלה נשרפים ובתורם פולטים חום שעובר אל המים ומרתיח אותם. השיטה הזו זולה לשימוש אך משתמשת במשאבים טבעיים לא מתחדשים, ויש לה חיסרון גדול בפן הקיימות והוא כרוך בזיהום שנוצר מפליטת הגזים הפחמימניים.
שיטות נקיות ויעילות יותר לייצור אנרגיית החום הדרושה לאידוי המים כרוכות במקורות אנרגיה גרעיניים. תגליות רבות במאה הקודמת הובילו לכך שמדע הגרעין התקדם והפך לנחלתן של מדינות רבות. לפי תיאוריית היחסות של איינשטיין, ניתן להפיק מגרעיני אטומים אנרגיה רבה. ההבדל המרכזי בין שיטה זו לבין שיטות שריפת הפחממנים היא שתגובות גרעיניות מתרחשות בין גרעיני אטומים בניגוד לתגובות כימיות המתרחשות בין האלקטרונים המקיפים את גרעין האטום.
ישנן שתי תגובות מרכזיות שיכולות להתרחש. התגובה הראשונה נקראת ביקוע גרעיני. בתהליך ביקוע גרעיני, גרעין של אטום לא יציב מתפרק לגרעינים קטנים יותר, ובתהליך זה נפלט חום רב, ויחסי לתגובת שריפה עבור אותה מסת חומר. לדוגמא, ניתן "להפציץ" גרעין אורניום בנויטרונים כך שיקלוט נויטרון ויהפוך ללא יציב. הגרעין החדש, הלא יציב יתפרק לגרעין בריום, גרעין קריפטון ושלושה נויטרונים שיוכלו בתורם להגיע לגרעיני אורניום נוספים ולהמשיך את התגובה בקצב שניתן לקבוע מראש. זאת אחת האפשרויות ליצור פצצת גרעין, והייתה בשימוש במלחמת העולם השנייה. בכורים גרעיניים ברחבי העולם משתמשים בטכניקה זו של היתוך גרעיני מבוקר ליצור אנרגיית חום יעילה וזולה וכך לייצר חשמל. [טענתה העיקרית של איראן בשנים האחרונות באשר לפרויקט הגרעין שלה הינה שהוא נועד לתכנון ויצירת כורים גרעיניים לצורכי אנרגיה ולא ליצירת כלי נשק. הכל תלוי בריכוז המגיבים הגרעיניים ופוטנציאל הפקת האנרגיה הוא עצום אך מסוכן].
לכורים גרעיניים מבוססי ביקוע יש מוניטין רע שאינו בהכרח מוצדק. ראשית, הטכנולוגיה מקושרת ישירות כזיכרון קולקטיבי לאירועים הקשים ביותר במלחמת העולם השנייה. שנית, ואולי חשוב יותר, כורים גרעיניים מייצרים גם הם פסולת. הפסולת הגרעינית הינה רדיואקטיבית, משמע יש לה השפעות סביבתיות ארוכות טווח בשל זמן מחצית החיים הארוך של התוצרים, ועל כן תקלות בכורים גרעיניים יכולות להיות קטלניות, וההימנעות מהן דורשת השקעה אדירה של משאבים בפיתוח ובניה של הכור.
האפשרות השנייה לתגובה גרעינית הינה תגובת היתוך. בהיתוך גרעיני שני גרעינים מתחברים ליצירת גרעין אחד. תגובות אלה פולטות, גם הן, לרוב, אנרגיה רבה, אך ישנו יתרון משמעותי בהן על פני תגובות ביקוע בכך לא נוצרת פסולת בתהליך, וגם אם כן, מדובר בפסולת עם זמן מחצית חיים נמוך שלא משאיר משקעים רדיואקטיביים למשך שנים רבות. דוגמא לתגובת היתוך כזו היא בין גרעין דאוטריום (איזוטופ מימן בעל פרוטון ונויטרון) לגרעין טריטיום (איזוטופ מימן בעל פרוטון ושני נויטרונים). בתגובה כזו התוצרים הם גרעין הליום יציב ונויטרון בודד. שום חומר רדיואקטיבי לא נשאר. הבעיה ביצירת סוג כזה של תגובה הוא שאנרגיית האקטיבציה שלה עצומה. אנרגיית אקטיבציה הינה אנרגיית ביניים לה נדרשים המגיבים בשלב המקדים להפיכתם לתוצרים. עבור תגובת היתוך מהסוג המתואר, יש צורך באנרגיה גבוהה ביותר. כאשר מחממים גז או פלסמה, ככל שעולה הטמפרטורה, לפי תיאוריית בולצמן, המהירות הממוצעת של חלקיקי הגז עולה. טמפרטורת גז גבוהה משמעה מהירות גבוהה של חלקיקי הגז, וכך ההתנגשויות בין החלקיקים עוצמתיות יותר.
כאן אנו חוזרים להישג המרשים של מדעני KSTAR בקוריאה. כדי לייצר תנאים בהם האנרגיה של התנגשות בין שני חלקיקים תאפשר היתוך גרעיני, יש צורך בטמפרטורות באזור ה-100 מיליון מעלות צלסיוס. בליבתן של שמשות, כוח הכבידה האדיר של השמש דוחס את הגזים כך שהטמפרטורות עולות למדדים הגבוהים הללו, וכך מתרחשות תגובות היתוך גרעיניות. תגובות היתוך מהסוג הזה הן אלה שהופכות את השמש למפעל אנרגיה עצום. לאורך מספר עשורים מנסים מדעני הגרעין ליצור מערכות ניסוי ארציות שתאפשרנה הגעה לטמפרטורות הללו בעזרת השדות המגנטים שתוארו קודם, לייזרים, ואמצעים מכניים אחרים, כדי להתנסות בתגובות היתוך גרעיני ולבנות תשתית שתאפשר להתקדם טכנולוגית לעבר הגביע הקדוש של ייצור האנרגיה- היתוך גרעיני זמין, בטיחותי וכדאי. אתגרים רבים עוד עומדים בפני המדענים, ביניהם אתגר הנצילות. נכון להיום האנרגיה המושקעת ביצירת תנאים להיתוך, גבוהה מהאנרגיה שמתקבלת בפועל מפעולת ההיתוך. אתגר זה, ועוד רבים אחרים, יעמוד במרכז המחקר בעשורים הקרובים. אך בינתיים חשוב לומר כי היכולת לשמור על טמפרטורה מתאימה להיתוך גרעיני של איזוטופי מימן למשך 20 שניות הינה הישג מרשים בדרך להשגת היעד הנכסף.
