המרת אור השמש לחשמל: מה צופנת בשורת ההיתוך הגרעיני?

זה קרה השבוע: הצוות האמריקני שבמתקן ההצתה הלאומי (NIF) בליברמור שבקליפורניה, הודיע כי הצליח לראשונה לבצע היתוך גרעיני המפיק יותר אנרגיה מזו שהושקעה ביצירת ההיתוך | מה בדיוק המשמעות של ההישג, כמה הוא קרוב לביצוע מעשי – ומה התכניות להיתוך גרעיני בישראל?

מערכת הלייזרים להיתוך מבוקר ב-NIF | צילום: national ignition facility NIF

האם נמצא הפתרון שיביא לעולם אנרגיה נקיה וירוקה בכמות בלתי מוגבלת? התפתחות ממשית בחקר היתוך הגרעין מקדמת את העולם צעד נוסף למהפך בתחום ייצור האנרגיה. מדעני ומדעניות מתקן ההצתה הלאומי (NIF) שבמעבדה הלאומית של ארה"ב על שם לורנס ליברמור של משרד האנרגיה האמריקאי, בקליפורניה, הצליחו להפיק בתהליך של היתוך גרעיני יותר אנרגיה מזו שהושקעה בו והוכיחו כי מה שהוגדר רק כתיאוריה במשך עשרות שנים, אכן אפשרי. זהו צעד משמעותי בדרך להשגת מקורות כוח שאינם מזהמים כלל.

בכור ההיתוך

בתהליך היתוך גרעיני מתנגשים שני גרעיני אטומים זה בזה בכוח עצום, שגורם להם להתמזג לגרעין אחד, ש'משקלו' של הגרעין החדש, כבד יותר. התהליך המתבצע עבור כך, הוא מסוכן לביצוע, יקר מאוד – והתוצאה צריכה להיות בסופו של דבר משתלמת יותר מההשקעה. למעשה, השמש רוחשת בתוככי הליבה שלה, תהליכים של היתוך גרעיני, במסגרתם, גרעיני מימן מתנגשים אלה באלה ויוצרים גרעיני הליון. בהשוואה לדבר שאיננו מסוגלים לתפוס, אך ישבר את אוזננו, נדמיין פצצת מימן (פי כמה הרסנית מפצצת אטום) בכפולות של מיליארדים, שמתפוצצות בזו אחר זו לאורך שנים, ללא כל הפסק, בליבת השמש.

היתוך גרעיני, ממיר כמויות מזעריות של חומר והופך אותן למסת אנרגיה אדירה שיכולה – אם הייצור יהפוך המוני ומוצלח – להחליף את כל תצרוכת החשמל העולמית ועוד יישאר עודף. הישג כזה, עשוי להוביל בסופו של דבר ליצירת מקור חדש של אנרגיה מתחדשת, אך כפי שפתחנו ואמרנו בהחלט עוד צפויה דרך ארוכה עד למימוש היעד הגרנדיוזי.

גם בישראל הגיבו להתפתחות המשמעותית, פרופ׳ אבי דומב, מנהל פורום המדענים הראשיים והמדען הראשי במשרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה, התייחס לפריצת הדרך שהציג צוות מתקן ההצתה הלאומי (NIF) של משרד האנרגיה האמריקאי ואמר: "מדובר בהישג משמעותי, אשר מתווה כיוון שיעודד מדענים וממשלות, ובכלל זה ממשלת ישראל, להשקיע במחקר ופיתוח שיובילו בעתיד להפקת אנרגיה לא מזהמת והצלת העולם מנזקי גזי החממה.

תצלום של לבה שנוצרה במתקן להיתוך גרעיני באירופה | צילום: EUROfusion consortium

מחקר ישראלי

לאור חשיבות הנושא, יחידת המדען הראשי במשרד האנרגיה יזמה כבר לפני כשנתיים הקמה של קונסורציום מחקרי בתחום, בהשקעה של יותר מ-2 מיליון ש"ח, והשנה – בהקמה של מכון מחקר וירטואלי חדש בישראל.

המכון יעבוד בתקציב של כ-40 מליון ש"ח ל-5 שנים, מתוכם ישקיע המשרד 30 מליון ש"ח.  המכון יחזק את המחקר המדעי, כך שישראל תוכל לתרום לקידום טכנולוגיית ההיתוך בעולם. הכוונה להתמקד בהיתוך שאינו דורש השקעות וציוד כפי שיש ב-NIF או ב-ITER שהוא מיזם אירופאי עצום בטכנולוגיה שונה מזו שמשתמשים ב-NIF שצוין לעיל.

לדברי ד"ר גדעון פרידמן, המדען הראשי במשרד האנרגיה, "זו נקודת ציון חשובה שבה הופקה לראשונה יותר אנרגיה כתוצאה מהיתוך גרעיני מאשר אנרגיית הלייזר שהושקעה ביצירתו. במיוחד ראוי לציין התקדמות מהירה בשנים האחרונות, שהכפילה ב-5 השנים האחרונות פי 50 לערך את האנרגיה שהופקה מההיתוך".

עם זאת, מסייג פרידמן, "חשוב להבין כי המרחק לשימוש מסחרי בטכנולוגיה זו עדיין גדול מאוד, ולא ניתן על סמך תוצאות אלה לדעת אם הטכנולוגיה תבשיל לכדי מסחריות בטווח הנראה לעין. כך למשל אף שהופקה יותר אנרגיה משהכניסו הלייזרים, הרי שהאנרגיה שהושקעה בניסוי גדולה מזו שהופקה, משום שהאור שהלייזרים מפיקים מכיל רק חלק קטן מהאנרגיה הנדרשת להפעלת הלייזרים, כך שבחישוב כולל סך האנרגיה שהופקה בניסוי קטן מהאנרגיה שהושקעה בו".

בנוסף ציין, כי סך האנרגיה שהופקה בניסוי קטן – שווה ערך להפעלה של קומקום חשמלי ל-20 דקות – ולא ניתן להפיק את האנרגיה ברצף.

הוי אומר: יש עוד זמן עד שנראה את התוצאות בפועל. אבל למען הדורות הבאים, כדאי לפעול כבר עכשיו. עד אז, לפחות נשתדל לחסוך באנרגיה מזהמת…

כתיבת תגובה