מדענים מארצות הברית הכריזו היום (שלישי) על פריצת דרך בייצור אנרגיה בהיתוך גרעיני של מימן. המדענים סיפרו במסיבת עיתונאים כי הצליחו בפעם הראשונה לקבל בתהליך יותר אנרגיה מכפי שהושקעה בו.
היתוך גרעיני נוצר כשאטומים מוטחים זה בזה במהירות עצומה ויוצרים אטום גדול יותר. בתהליך משתחררת אנרגיה רבה וכעת המדענים מאמינים כי הצליחו להגיע למצב בו אפשר יהיה לנצל אנרגיה זו להפקת חשמל.
הניסוי הגדול בעולם | האזינו לעוד יום
"זו הפעם הראשונה שזה נעשה במעבדה. במילים פשוטות, מדובר באחת התגליות המדעיות המשמעותיות של המאה ה-21", אמרה נציגה מטעם משרד האנרגיה של ארצות הברית.
עם זאת, התהליך עדיין מאוד לא יעיל, ומעריכים שרק בעוד שנים רבות יהיה אפשר לייצר באמצעותו חשמל. אם יצליחו בכך, הפקת החשמל תיעשה ממקור בלתי מוגבל, ולא תהיה כרוכה בזיהום ובפליטת גזי חממה.
היתוך וביקוע
ד"ר יובל רוזנברג ממכון דוידסון לחינוך מדעי הסביר מה זה היתוך. כשמדברים על אנרגיה גרעינית, מתכוונים לרוב לתהליך ביקוע, שבו גרעינים של אטומים גדולים ולא יציבים, כמו אורניום, מתפרקים לגרעינים קטנים יותר, בתהליך שבו משתחררת אנרגיה רבה ונפלטים חומרים רדיואקטיביים. ביקוע גרעיני אלים מתרחש בפצצת אטום, אך בתנאים מבוקרים הוא מאפשר לייצר אנרגיה בטוחה. עם זאת, רבים חוששים מהפסולת הגרעינית שהתהליך יוצר, ומהסיכון לתאונה קטלנית או משימוש לרעה בחומר הרדיואקטיבי כנשק.
התהליך ההפוך לביקוע הוא היתוך גרעיני, שבו גרעינים של אטומים קלים מתלכדים ליצירת גרעינים כבדים יותר בתהליך נקי שמפיק אנרגיה עצומה בלי פליטה של חומרים רדיואקטיביים. זהו התהליך שמתרחש בשמש ובשאר הכוכבים. עם זאת, כאן בכדור הארץ קשה להשיג את תנאי הלחץ והטמפרטורה שדרושים להיתוך השוררים בליבת השמש, ועד כה האנושות הצליחה לנצל את אנרגיית ההיתוך הגרעיני לייצור פצצות בלבד. כל היתוך מבוקר דרש השקעה של יותר אנרגיה מזו שהוא ייצר, וכבר עשרות שנים שחלום כורי ההיתוך לייצור חשמל נשאר בגדר חלום.
תגובת שרשרת
כעת, מדענים במתקן ההצתה הלאומי של ארצות הברית (NIF) בקליפורניה הצליחו להצית תהליך היתוך גרעיני מבוקר שפלט יותר אנרגיה מזו שיצרה אותו. החוקרים יצרו תגובת שרשרת שבה האנרגיה שהשתחררה בהיתוך אחד הובילה להיתוך של אטומי מימן נוספים, שגרמו להיתוך של עוד אטומים וכן הלאה. ההצלחה הגיע לאחר התקדמות משמעותית של המעבדה בשנה שעברה, ולאחר קשיים לשחזר את ההתקדמות במשך זמן רב.
כדי להתחיל את התהליך, המדענים מיקדו 192 אלומות של הלייזר החזק בעולם על גליל שמכיל מטרה בגודל של אפון, המלאה באיזוטופים של מימן בשם דאוטריום וטריטיום. בניגוד לאטום מימן רגיל, שהגרעין שלו הוא פרוטון בלבד, דאוטריום וטריטיום מכילים גם נייטרונים, לכן קל יותר להשתמש בהם לייצור הליום. אלומות הלייזר גרמו לחום של יותר משלושה מיליון מעלות צלזיוס, שדחס מאוד את הדלק המימני, וגרם לו היתוך גרעיני מהיר להליום, תוך שבריר שניה.
בניסוי שבוצע ב-5 בדצמבר השנה, תהליך ההיתוך שיחרר אנרגיה בסך של 3.15 מגה-ג'ול (MJ), שהם כ-50% יותר מהאנרגיה של הלייזרים שכוונו אל עבר המטרה, 2.05 מגה-ג'ול. עם זאת, מדובר בניסוי מדעי, והוא רחוק מאוד מלהיות מודל לכור היתוך מסחרי. מערך הלייזרים דורש בניין שלם בן עשר קומות, והפעלתו כרוכה באיבוד עצום של אנרגיה. סך האנרגיה ששוחררה בהיתוך גדולה אמנם ממה שהושקע ישירות בחימום המטרה, אך קטנה בהרבה מזו שנדרשה להפעלת הלייזרים העוצמתיים.
לייזרים לעומת מגנטים
ההיתוך הגרעיני המהיר מתרחש לפני שהדלק מספיק להתפזר, וכך האנרגיה שהוא משחרר פוגעת באטומי מימן נוספים הארוזים בצפיפות, ויוצרת תגובת שרשרת של היתוכים. זאת לעומת מרבית טכנולוגיות ההיתוך שבפיתוח, שבהן מחממים את המימן למצב של פלזמה אנרגטית בצפיפות נמוכה. טכנולוגיות אלו דורשות ללכוד את הפלזמה בשדות מגנטיים חזקים מאוד לשניות ארוכות, עד שגרעיני המימן יתנגשו זה עם זה מספיק פעמים כדי ליצור את תגובת השרשרת של ההיתוך ולשחרר אנרגיה.
המתקן הגדול מסוגו להיתוך מבוקר בשיטה זו, ITER, עדיין נמצא בבנייה בדרום צרפת, ומעריכים כי יתחיל לפעול לקראת סוף העשור. הוא צפוי להפיק יותר אנרגיה ממה שיצרוך, אם כי אנרגיה זו לא תנוצל להפקת חשמל אלא רק להוכחת ההיתכנות של השיטה.
לפי ד"ר רובי סקוט (Scott), שמשתתף במחקר הלייזרים של NIF "אי אפשר להמעיט בחשיבות פריצת הדרך הזו למדע של היתוך גרעיני בלייזר". מדע ההיתוך חשוב לחקירת פצצות מימן, אך גם לפיתוח מקור אנרגיה נקי, בטוח וכמעט בלתי מוגבל. סקוט מוסיף כי "זה צעד חשוב המוכיח את נכונות התיאוריה הפיזיקלית של ההיתוך, אך נותרה הרבה עבודה כדי להפוך אותו למקור אנרגיה. הצעדים הבאים כוללים יצירה של אנרגיה רבה בהרבה, ופיתוח דרכים יעילות יותר ליצירת ההיתוך הראשוני". לכן, למרות ההתקדמות, עדיין אין מה לפתח תקוות לחשמל מכורי היתוך מסחריים בעתיד הקרוב.
