אוספים

כוח היתוך גרעיני במאה ה -21

כוח היתוך גרעיני במאה ה -21

אחת הדרכים בהן אנו יכולים לייצר כמות אדירה של אנרגיה היא באמצעות תגובות גרעיניות. תחנות כוח גרעיניות משתמשות בתגובה גרעינית כדי לחמם מים לאדים, אשר בתורם מסתובבים טורבינות המייצרות חשמל.

ארצות הברית מייצרת יותר אנרגיה גרעינית מכל מדינה אחרת בעולם, וכמעט 20% מכלל צריכת האנרגיה של ארה"ב מתקיימת באמצעות אנרגיה גרעינית.

קשורים: Google מפתחת אלגוריתם חדש לזירוז מחקר היתוך גרעיני

ישנם שני סוגים של תגובות גרעיניות שבאמצעותם אנו יכולים לייצר אנרגיה - ביקוע גרעיני והיתוך גרעיני.

רבים מאמינים כי גם ביקוע גרעיני וגם מיזוג גרעיני משמשים בתחנות כוח גרעיניות לייצור אנרגיה. עם זאת, אנו משתמשים בביקוע גרעיני רק, גם כאשר אנו יודעים כי מיזוג גרעיני הוא אלטרנטיבה טובה בהרבה מבחינת זמינות הדלק והפקת האנרגיה.

אז מדוע אנו תלויים באופציה המסוכנת יותר של ביקוע גרעיני? בוא נדון.

לפני שנכנס לפרטים של ביקוע והתמזגות, עליכם להבין את ההבדל בין השניים.

ביקוע גרעיני: תהליך יצירת חום על ידי פיצול אטומים כבדים. פיצול האטומים מושג על ידי מכה באטום הכבד עם חלקיקים במהירות גבוהה, בדרך כלל נויטרונים.

היתוך גרעיני: תהליך יצירת חום על ידי חיבור שני אטומים קלים ליצירת אטום כבד יותר.

המחוללים הגרעיניים שיש לנו כיום משתמשים בביקוע גרעיני כדי לייצר חום. כור ביקוע גרעיני משתמש בכדורי קרמיקה של אורניום אוקסיד לליבותיו.

אטומי האורניום מפוצלים לאחר מכן על ידי הפצצתם בנויטרונים. הפיצול מביא לכמות אדירה של חום, ומשחרר יותר נויטרונים בתהליך.

נויטרונים חדשים אלה פגעו באטומי אורניום אחרים, אשר ממשיכים לייצר יותר חום ונויטרונים. זה נקרא תגובת שרשרת ואנחנו שולטים בקצב התגובה באמצעות מנחים כמו גרפיט או מים.

נוזל קירור מופץ כדי לספוג את החום ולמנוע מכור להתחמם מדי. זהו החום שהופך את נוזל הקירור (מים) לאדים ואז לאנרגיה שימושית.

התפוקה התרמית גדולה מאוד עבור כדורי האורניום בהם אנו משתמשים בכורים גרעיניים, מה שהופך את הכור לכלכלי במובן מסוים. רק 20 גרם של דלק אורניום יכולים לייצר אנרגיה כמו 400 ק"ג פחם.

רק שמונה כדורי אורניום יכולים להניע בית למשך שנה.

כאשר אנו משווים אנרגיה גרעינית עם צורות אחרות של דלקים מאובנים בכל הנוגע לייצור חום, אנרגיה גרעינית יוצאת נקייה בהרבה מכיוון שלא מפיקים CO2.

למרות שאנחנו משתמשים בביקוע גרעיני בכוח שלנו, זה למעשה יותר מזהם ומסוכן לעבוד בהשוואה לאיחוי גרעיני. השמש שלנו בוערת בהירה וחמה מהאנרגיה שמופקת מהיתוך גרעיני.

בתיאוריה, היתוך גרעיני יכול להיות מונע על ידי איחוד שני אטומי אור, ויש לנו את המועמדים המושלמים לתהליך כמו טריטיום ודאוטריום. היתרון בשימוש באיחוי גרעיני הוא שבניגוד לאורניום, יש לנו שפע של טריטיום ודאוטריום שכן הם האיזוטופים של מימן.

הפסולת הגרעינית שהתקבלה היא פחות רדיואקטיבית ממה שאנחנו מקבלים מביקוע גרעיני. יש גם אפשרות אפסית להתמוטטות כלשהי, מה שהופך איחוי גרעיני לעבודה הרבה יותר בטוח בהשוואה לביקוע.

עם היתוך גרעיני המציג פוטנציאל גדול מביקוע, מדוע איננו משתמשים בו? התשובה היא שהתנאים להקלת היתוך גרעיני הם קשים לשחזור.

דנו כי השמש עובדת על היתוך גרעיני, וזאת מכיוון שהטמפרטורה והלחץ בליבת השמש גדולים בהרבה ממה שנוכל לשחזר בכורים גרעיניים. אם היינו משכפלים הגדרות כאלה, עלינו להביא את טמפרטורת הכור לפי 6 מהטמפרטורה בליבת השמש, המקבילה לכ- 100 מיליון מעלות צלזיוס.

השמש יכולה להקל על היתוך עם 15 מיליון מעלות צלזיוס בלבד בגלל הלחץ הגבוה שלה שנשמר בליבה.

דרישת האנרגיה העצומה חייבת לעובדה כי היתוך גרעיני מפגיש בין שני אטומים חיוביים להתמזגות. מכיוון שמטענים דומים דוחים, עלינו לתת לאטומים כמויות אדירות של אנרגיה.

עם זאת, מדענים ניסו לפצח את הקוד כיצד להקל על תגובת היתוך על פני כדור הארץ.

הניסיון ליצור הגדרה כזו התאפשר לראשונה באמצעות מכשיר בשם Tokamak. זהו תא בצורת סופגנייה המשתמש בחשמל כדי להטעין את הגז בתוך הצינור.

כאשר הגז מקבל כמויות גדולות של מטען, הוא משנה את המצב לפלזמה.

מכיוון שהתא נמצא במצב של ואקום לפני שאיבת הגז פנימה, המדענים מסוגלים לחקות את הלחץ הגבוה ולהעלות את הטמפרטורה עוד יותר כדי לקיים תגובת היתוך. עם זאת, כדי להמשיך בתגובה, אנו זקוקים לטון חשמל ולתא שיכול להחזיק את הפלזמה זמן מה מבלי להמיס את כל החלקים.

הגבוה ביותר שיש לנו המכיל פלזמה בטמפרטורה גבוהה הוא 102 שניות, מתאפשר על ידי הכור המזרחי הממוקם בסין.

מדענים מרבים להתבדח שאנרגיית היתוך רחוקה 20 שנה בששת העשורים האחרונים.

עכשיו, זה לא אומר שאנחנו מוותרים על החלום של אנרגיה נקייה ובטוחה הרבה יותר. במקום זאת, 35 מדינות התכנסו, ואגדו משאבים של 25 מיליארד דולר ליצירת פרויקט המחקר הגדול ביותר אי פעם בהיסטוריה בשם ITER (כור ניסיוני תרמו-גרעיני).

מטרת הפרויקט היא ליצור אנרגיית היתוך בת-קיימא עד שנת 2035. ה- ITER הוא בעצם גרסה חזקה של הכור טוקמאק אשר יכול להחזיק פלזמה במשך יותר משעה, ומספיק להפעלת 50,000 בתי אב.

ITER נמצאת כעת בבנייה בסנט פול-לז-דוראנס, דרום צרפת.

בשנה שעברה, קבוצת חוקרים ממעבדת הפיזיקה לפריזמה בפרינסטון הצליחה לייצב את הפלזמה בכורי היתוך, במטרה למנוע תנודות בטמפרטורות ובצפיפות. פריצת דרך זו תסייע במניעת עצירת תגובות גרעיניות.

קשורים: מנגנון הפיוזין בינלאומי גרעיני מכריז שהם נמצאים בנקודת "חצי דרך"

אנו רואים גם עלייה של חברות סטארט-אפ רבות שרוצות להפעיל אנרגיית היתוך לפני 2035. דוגמה כזו היא מערכות היתוך של Commonwealth, חברה המתכננת להחזיק כור היתוך עובד עד 2025.

ניתן לומר כי ניתן בהחלט להתקדם בכל הקשור לטכנולוגיות היתוך. זה לא בוודאי באורך הזרוע, אבל בוודאי שהמימוש יהיה שווה לחכות.


צפו בסרטון: מי צריך אנרגיה גרעינית? - דר איילת ולטר (יָנוּאָר 2022).