במסיבת עיתונאים חגיגית השבוע הכריזו מדענים במחלקת המדינה האמריקנית שהשיגו לראשונה תגובת היתוך גרעיני שיצרה כמות אנרגיה גדולה יותר מזו שהוזרמה אליה. ההודעה החגיגית מציינת התקדמות חשובה במרדף העולמי אחר מקור חדש ושופע לאנרגיה נקייה. אך כמה חשובה הייתה ההכרזה הזו באמת, ומה זה אומר על האפשרות להשתמש בעתיד במערכות היתוך גרעיני לצורך ייצור חשמל?
מהי אנרגיית היתוך?
תחנות הכוח הגרעיניות הקיימות כיום פועלות בשיטת הביקוע – פיצול אטומים כבדים ליצירת אנרגיה. בתהליך הביקוע ניטרון מתנגש באטום אורניום כבד, מפצל אותו לאטומים קלים יותר ומשחרר אנרגיה בצורת חום, המשמשת לייצור קיטור ולהנעת טורבינות.
היתוך, לעומת זאת, כרוך במעיכת שני אטומים יחד – לעיתים קרובות שני אטומי מימן – כדי ליצור יסוד חדש, לעיתים קרובות הליום. כך גם כוכבים מייצרים אנרגיה. בתהליך הזה שני האטומים המותכים לאטום חדש מאבדים מעט מסה, המומרת לאנרגיה לפי המשוואה המפורסמת של אלברט איינשטיין, שלפיה כמות זעירה של מסה יכולה לייצר המון אנרגיה.
כורי היתוך גרעיני כבר הצליחו בעבר למזג אטומים בהצלחה, אך כדי להשיג את התגובה הזאת נדרשה תמיד אנרגיה רבה יותר מזאת שהתקבלה כתוצאה מההיתוך. רווח נטו של אנרגיה היה הגביע הקדוש החמקמק של חקר ההיתוך.
כיצד הושג רווח באנרגיה?
החוקרים במעבדה הלאומית לורנס ליברמור בקליפורניה הודיעו שהשיגו רווח נטו באנרגיה כשעוררו את תגובת ההיתוך באמצעות ירי לייזרים לעבר אטומי מימן. 192 קרני לייזר דחסו את אטומי המימן עד פי 100 מהצפיפות של עופרת, וחיממו אותם לכ־100 מיליון מעלות צלזיוס. הצפיפות והטמפרטורות הגבוהות גרמו להתמזגות האטומים להליום. "זה היה רגע 'קיטי הוק', כמו זה של האחים רייט", אמרה מלאני וינדרידג', פיזיקאית פלזמה, "המטוס פתאום הצליח להמריא".
שיטות אחרות שנחקרות בינתיים כוללות שימוש במגנטים כדי לשלוט בפלזמה חמה במיוחד, שההיתוך יתחולל בתוכה.
האם טכנולוגיית ההיתוך מוכנה לשימוש?
מדענים מתייחסים לפריצת הדרך כ"רווח נטו מדעי" – כלומר, במסגרת הניסוי התקבלה יותר אנרגיה ממה שהזין הלייזר. זו אבן דרך חשובה שלא הושגה עד היום, אבל הרווח נרשם רק בשלב שבין הלייזר ובין ההיתוך. הלייזרים עצמם אינם יעילים כלל: לדברי טרוי קרטר, פיזיקאי פלזמה ב־UCLA, האנרגיה הדרושה להפעיל אותם גדולה פי 100 מהאנרגיה שהם מסוגלים להזרים לתוך מסגרת הניסוי. משמעות הדבר היא שיעילותם היא אחוז אחד.
החוקרים עדיין יצטרכו להגיע ל"רווח נטו הנדסי", שבו התהליך כולו לוקח פחות אנרגיה מאשר התגובה. החוקרים גם יצטרכו להבין איך להפוך את אנרגיית הפלט לחשמל שימושי. כמו בכור ביקוע, אפשר לעשות זאת על ידי המרת האנרגיה לחום, ואז חימום קיטור כדי לסובב טורבינה ולהפעיל גנרטור. גם לתהליך הזה יש גם מגבלות יעילוּת, שעלולות לפגוע ביכולת להשתמש בכור ההיתוך. לפיכך, ככל הנראה, כדי שההיתוך יהיה אפשרי מבחינה מסחרית יש צורך להשיג רווח אנרגיה גדול הרבה יותר.
החוקרים יכולים כרגע לערוך את הניסוי שלהם פעם אחת ביום, ובין הפעלה להפעלה עליהם להניח ללייזרים להתקרר ולהחליף את המטרה שהם מכוונים אליה, את דלק ההיתוך. מפעל בר־קיימא מבחינה מסחרית יצטרך להיות מסוגל לעשות זאת כמה פעמים בשנייה, לדברי דניס וייט, מנהל מרכז הפלזמה למדע והיתוך ב־MIT: "ברגע שיש כדאיות מדעית, צריך להבין איך משיגים כדאיות הנדסית".
מהם יתרונות ההיתוך?
הטכנולוגיה בטוחה הרבה יותר מביקוע גרעיני, שכן היתוך לא יכול ליצור תגובות אלימות והרסניות. הוא גם לא מייצר תוצרי לוואי רדיואקטיביים שצריך לאחסן או פליטת פחמן מזיקה. תוצרי הלוואי שלו הם הליום אינרטי, שהוא גז שימושי, וניטרון יחיד. מלבד זאת סביר להניח שלעולם לא ייגמר לנו הדלק: הדלק להיתוך הוא אטומי מימן כבדים, שאפשר למצוא במי ים.
מתי יוכל ההיתוך להיכנס לבתים שלנו?
חוקרים חזו בעבר שתחנות היתוך יהיו פעילות בשנות התשעים והאלפיים, ובעשור השני או השלישי של המאה. מומחי היתוך טוענים שזה לא עניין של זמן אלא עניין של רצון והשגת פריצות דרך: אם ממשלות ויזמים פרטיים יממנו היתוך באגרסיביות, הם אומרים, אב־טיפוס של תחנת כוח עשוי להיות זמין בעשור הקרוב.
