הגידול בצריכת האנרגיה גדל עם השנים ככל שהתפתחה מהפכת האנרגיה. גידול זה בצריכה הגלובלית מעורר את הצורך לחקור אפשרויות אנרגיה חדשות, יעילות ובת קיימא יותר. בהקשר זה, ה היתוך גרעיני הוא מוצג כאלטרנטיבה עם פוטנציאל עצום לייצור אנרגיה. עם זאת, הוא אינו קיים כיום ברמה התעשייתית עקב אתגרים טכניים גדולים. אחד המאמצים המתקדמים ביותר לפיתוח טכנולוגיה זו הוא פרויקט ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), תוכנית בינלאומית המבקשת להדגים את כדאיות היתוך גרעיני.
במאמר זה נסביר ממה מורכבת תוכנית ITER, מהי מטרתה העיקרית והחדשות האחרונות על פיתוחה.
מה זה ITER
El ITER זהו אחד הפרויקטים המדעיים הגדולים והמורכבים בעולם. זהו כור היתוך גרעיני ניסיוני המבקש לשכפל את התהליכים המתרחשים ב פנים השמש וכוכבים אחרים, שבו היתוך של אטומי מימן מייצר אנרגיה. בכור כמו ITER, תגובות היתוך מתרחשות בסביבה מבוקרת, עם חומרים וטמפרטורות קיצוניות המנסות לחקות את תנאי הליבה הסולארית, ומייצרות כמות ניכרת של אנרגיה.
היתוך גרעיני מורכב משילוב של שני אטומים קלים, בדרך כלל דאוטריום y טריטיום, כדי ליצור אחד כבד יותר (הליום) ולשחרר כמויות גדולות של אנרגיה בתהליך. אנרגיה זו גדולה בהרבה מזו המתקבלת באמצעות ביקוע גרעיני, שהוא התהליך המשמש כיום במפעלים גרעיניים קונבנציונליים. ITER משתמש במערכת כליאה מגנטית באמצעות מכשיר המכונה "טוקאמק". כור זה מעוצב כמו טורואיד (סופגנייה) ומשתמש במגנטים מוליכי-על רבי עוצמה כדי לרכז את הפלזמה החמה הדרושה לתגובות היתוך מבלי שהיא תבוא במגע עם קירות הכור.
אחד האתגרים הטכנולוגיים הגדולים של פרויקט ITER הוא להגיע לטמפרטורות של בערך 150 מיליון מעלות צלזיוס, בערך פי 10 יותר מאלו של ליבת השמש רמת טמפרטורה זו נחוצה כדי להתיך איזוטופים של מימן בתנאים מבוקרים. המטרה של ITER היא להוכיח שהיתוך גרעיני הוא לא רק אפשרי, אלא גם יכול להיות מקור אנרגיה בר-קיימא לעתיד.
האנרגיה שניתן להפיק באמצעות היתוך גרעיני יכולה להיות מעשית לֹא אַכזָב, שכן הדלקים העיקריים, דאוטריום וטריטיום, נמצאים בשפע יחסית. ניתן להפיק דאוטריום ממי ים, ואילו טריטיום ניתן לקבל מליתיום, חומר נפוץ גם על פני כדור הארץ.
ITER, Cadarache וספרד
ITER נבנה Cadarache, בדרום צרפת, מרכז מחקר עם היסטוריה ארוכה בלימודי גרעין. מאז הקמתו, היה לפרויקט הענק הזה שיתוף פעולה של 35 מדינות, כולל האיחוד האירופי, ארצות הברית, סין, הודו, יפן, רוסיה ודרום קוריאה.
התקציב הראשוני לבנייתו עמד על כ-5.000 מיליון יורו, אם כי נתונים אלו עשויים לעלות במידה ניכרת ככל שהפרויקט מתקדם. על פי ההערכות, הקמת ITER תימשך כ-10 שנים, והפעלתו תימשך לפחות 20 שנים נוספות. במהלך תקופה זו, המטרה העיקרית תהיה להוכיח כי ניתן ליצור א תחנת כוח היתוך בקנה מידה גדול, מסוגל לייצר יותר אנרגיה ממה שהיא צורכת.
ספרד גם משחקת תפקיד חשוב בפרויקט ITER. מאז 2007, ה מטה הסוכנות האירופית לפיוז'ן ממוקם בברצלונה, שם חלק ניכר מהמאמצים מתואמים בין המהנדסים, המדענים והמנהלים האירופים המעורבים בפרויקט. ספרד משתתפת באופן פעיל במחקר ופיתוח של חומרים מתקדמים עבור הכור, בנוסף לשיתוף פעולה בתכנון מערכות מניפולציה מרחוק ודיאגנוסטיקה מתקדמת לניטור ובקרה על פעולת הטוקאמק.
יתרונות היתוך גרעיני
לפיתוח היתוך גרעיני מספר יתרונות שהופכים אותו לאופציה אנרגיה אטרקטיבית מאוד:
- אפס פליטת גזי חממה: בניגוד לדלקים מאובנים, תחנות כוח היתוך אינן פולטות פחמן דו חמצני או מזהמים לאטמוספירה במהלך הפעילות.
- בטחון: היתוך גרעיני אינו מהווה סיכון זהה לביקוע גרעיני. במקרה של כשל בכור, התגובות ייפסקו באופן טבעי, ללא השלכות קטסטרופליות כמו אלו שעלולות להתרחש במפעל ביקוע.
- דלק בשפע: כאמור, ניתן להשיג דיוטריום בקלות ממי ים, וניתן לייצר טריטיום מליתיום, מה שמבטיח אספקה כמעט בלתי מוגבלת של דלק.
- פחות יצירת פסולת רדיואקטיבית: למרות שהיתוך גרעיני מייצר פסולת מסוימת, הוא הרבה יותר קטן ופחות מסוכן מזה שנוצר בביקוע. פסולת היתוך הופכת ללא מסוכנת תוך כמה עשורים, בעוד שפסולת ביקוע יכולה להישאר רדיואקטיבית במשך אלפי שנים.
החדשות האחרונות וההתקדמות הטכנולוגית
ITER הגיע לשלב מכריע בשנים האחרונות. ב-2012 התקבל רישיון הבנייה שלו מהרשויות הצרפתיות, ובשנת 2014 החלו העבודות להרכבת חלקי ומרכיבי המפתח של הכור. האספקה חולקה בין המדינות המשתתפות, בהתאם לתרומתן לפרויקט.
אחת מאבני הדרך החשובות ביותר בהיסטוריה האחרונה של ITER הייתה תחילת ההרכבה של ליבת מכונה בשנת 2020. הרכבה זו תימשך כחמש שנים, והפלזמה הראשונה - השלב בו הכור נכנס לפעולה - צפויה להתקבל ב- שנה 2025. למרות שהפלזמה הראשונה הזו תהיה קצרת מועד ומטרתה העיקרית תהיה להדגים שהמגנטים פועלים כהלכה, היא מסמנת צעד חיוני באימות הרעיון של היתוך בקנה מידה גדול.
אחד האתגרים העיקריים לפתרון הוא ניהול גז רדיואקטיבי טריטיום, אשר נוצר במהלך תגובות היתוך. ITER חוקר שיטות לשלוט בבטחה ולחסום את החומר הזה.
בנוסף להתקדמות בבניית הכור, מדענים וקבוצות מחקר ברחבי העולם עובדים על היבטים מרכזיים נוספים כדי להבטיח את הצלחת ITER. הם מתפתחים אבחון ונהלי הפעלה טובים יותר לשלוט על יציבות הפלזמה, כמו גם חומרים חדשים לדפנות הפנימיות של הכור שיכולים לעמוד בתנאים הקיצוניים הנוצרים בהיתוך.
ההיתכנות הטכנית והמסחרית של היתוך גרעיני תישאר בהערכה במשך שני העשורים הבאים, אך התוצאות הראשוניות מבטיחות. מומחים כבר מאמינים ש-ITER יכול להיות הצעד הראשון לקראת עתיד אנרגיה שנשלט על ידי היתוך גרעיני, וחלקם צופים כי הפקת אנרגיה מסחרית ממקור זה יתאפשר בסביבות שנת 2050.
ITER מייצג את התקווה הטובה ביותר לאנרגיית היתוך גרעיני כפתרון ארוך טווח לאתגרי האנרגיה והסביבה של העולם של היום.