מהו כור גרעיני ואיך מכבים אותו?
כדי להבין את הסכנה שנשקפת ליפן, כדאי לצלול אל מעמקי הכור הגרעיני ולפעילות הפיזיקלית שמתרחשת בו. איך מתבצע תהליך הייצור של אנרגיה גרעינית ומה קורה כשהוא משתבש?
איך פועל כור גרעיני?
רוב הכורים הגרעיניים, ובהם תחנת הכוח פוקושימה דאיצ'י ביפן, הם למעשה קומקומים משוכללים שמרתיחים מים ביעילות רבה כדי לייצר חשמל. הם מנצלים את האנרגיה הנפלטת מביקוע גרעיני: שבירה של אטום כבד לשני אטומים קטנים יותר.
התהליך פולט חום ונויטרונים חופשיים ואם אטום אחר קולט את אחד הנויטרונים האלה הוא נעשה בלתי יציב ועובר אף הוא ביקוע, המשחרר עוד חום ועוד נויטרונים. תגובת השרשרת הזאת מפרנסת את עצמה ומייצרת אספקה שוטפת ויציבה של חום להרתחת המים, המניעים טורבינות המייצרות חשמל.
כמה חשמל מייצרות תחנות הכוח הגרעיניות ביפן ובמקומות אחרים בעולם?
ביפן פועלים 54 כורים גרעיניים המייצרים 280 מיליארד קילווט-שעה בשנה. יפן היא יצרנית החשמל הגרעינית השלישית בעולם אחרי ארצות הברית וצרפת, כך קובעים נתוני הסוכנות הבין-לאומית לאנרגיה אטומית.
בתחת הכוח פוקושימה דאיצ'י שנפגעה באופן קשה ברעידת האדמה שפקדה את צפון יפן ב-11 במארס 2011 פועלים שישה מתוך 54 הכורים האלה. התחנה התחברה לרשת החשמל היפנית בשנות ה-70 של המאה שעברה.
כורים גרעיניים ברחבי העולם מייצרים כ-15% מן החשמל בעולם כולו. ביפן, 30% מן החשמל מגיע מתחנות הכוח הגרעיניות שלה. ארצות הברית מייצרת יותר חשמל גרעיני, אבל שיעורו בכלל מקורות האנרגיה של ארה"ב קטן יותר, כ-20%, אחרי פחם (45%) וגז טבעי (23%).
מהו הדלק של תחנת כוח גרעינית?
רוב הכורים הגרעיניים פועלים על אורניום שעבר "העשרה" באורניום 235, איזוטופ שעובר בקלות ביקוע (איזוטופים הם אטומים בעלי מסה אטומית שונה של יסוד מסוים, הם נבדלים זה מזה במספר הנויטרונים.)
האיזוטופ הנפוץ ביותר בטבע הוא אורניום 238 (92 פרוטונים ו-146 נויטרונים) אבל האיזוטופ הזה אינו בקיע, ולכן יצרני החשמל מעלים את ריכוז האורניום 235 (92 פרוטונים ורק 143 נויטרונים) לכמה אחוזים. די בריכוז הזה כדי לקיים ביקוע מתמשך וייצור חשמל סדיר.
את האורניום המועשר אורזים במוטות עגולים המצופים בשכבת מגן מתכתית, למשל של סגסוגת צירקוניום (Zr). בליבת הכור מוטות האורניום טבולים במים.
כור מספר 3 בפוקושימה דאיצ'י פועל על דלק הקרוי תחמוצת מעורבת (MOX) שבה מערבבים עם האורניום גם חומרים בקיעים אחרים, כמו פלוטוניום המיוצר מדלק גרעיני משומש או מפירוק פצצות גרעיניות.
כיצד מכבים כור גרעיני?
ביקוע גרעיני המתקיים ברציפות תלוי באספקה שוטפת של נויטרונים חופשיים העוברים מאטום לאטום: הנויטרונים המשתחררים בביקוע של אטום אחד מעוררים את ביקועו של אטום אחר. הדרך להפסיק שרשרת ביקוע גרעינית היא אפוא ליירט ולבלום את הנויטרונים החופשיים.
בכורים גרעיניים משתמשים במוטות בקרה העשויים מיסודות כגון קדמיום (Cd), בור (B) או הפניום (Hf) הידועים בכושרם לבלוע נויטרונים ביעילות. כשיש תקלה בכור, או כשהמפעילים רוצים לכבות אותו, הם מורידים בשלט-רחוק את מוטות הבקרה לעומק המים המצויים בליבת הכור כדי לספוג את הנויטרונים ולהפסיק את התגובה הגרעינית.
האם כור גרעיני יכול להינתך אפילו לאחר שהתגובה הגרעינית הופסקה?
גם אם מוטות הבקרה מילאו נאמנה את תפקידם והפסיקו את תגובת הביקוע, מוטות האורניום אוצרים בחובם חום רב. יותר מכך, תוצרי הביקוע, האטומים הקטנים יותר שנוצרו מפירוק גרעיני האורניום, הם רדיואקטיביים וההתפרקויות שלהם משחררות חום רב. ולכן, הכור ממשיך לייצר ולפלוט חום גם כשהביקוע נפסק.
אם שאר החלקים בכור פועלים באופן תקין, המשאבות ימשיכו להזרים נוזלי קירור (בדרך כלל מים) כדי לסלק את החום שהכור הכבוי פולט. ביפן, גרמו רעידת האדמה והצונמי שבא בעקבותיה להפסקות חשמל שניתקו את מערכות הקירור של הכור. לפי דיווחים לעיתונות, מחוללי הגיבוי (גנרטורים) של תחנות הכוח כשלו מיד לאחר מכן והשאירו את הכורים לא מקוררים ובסכנה גדולה של התחממות-יתר.
ללא אספקה שוטפת של נוזלי קירור, ליבת הכור הלוהטת עלולה להרתיח ולאדות את המים המצויים בליבה ולחשוף את מוטות האורניום. אם מוטות הדלק נשארים חשופים הם עלולים להינתך. כשזה קורה, דלק רדיואקטיבי חם מתחיל להצטבר בקרקעית האולם המכיל את הליבה.
בתרחיש הגרוע ביותר למקרה של התכה, עלולה שלולית הדלק הגרעיני הלוהט להתיך את הפלדה המחזיקה את המתקן ולחדור דרכה, ודרך מחסומים נוספים ולצאת החוצה. במקרה כזה עלולה להיפלט לסביבה כמות אדירה של קרינה רדיואקטיבית.
כיצד אפשר למנוע התכה של הכור?
מפעילי הכור ביפן ביצעו כמה ניסיונות לקרר את הכורים, ובהם שאיבת מי ים אל תוך הכור כדי להחליף את נוזלי הקירור האוזלים. חברת החשמל של טוקיו הזרימה לכורים גם חומצה בּוֹרית, חומר לספיגת נויטרונים.
האם האירוע הזה דומה לאירועים קודמים בצ'רנוביל ובאי שלושת המילין בארה"ב?
תקלות גרעיניות מדורגות בסולם בין לאומי של שבעה שלבים (סולם INES), והפקידים הרשמיים היפניים דרגו בתחילה את התקלה כתקלה ברמה 4, כלומר "תאונה בעלת השפעה מקומית". אבל הפיזיקאי פרנק פון היפל מאוניברסיטת פרינסטון אמר לניו יורק טיימס שהמצב בפוקושימה דאיצ'י "חמור הרבה יותר מזה שהיה באי שלושת המילין". התקלה בכור הזה, שהייתה החמורה ביותר בארה"ב, דורגה כתקלה ברמה 5, כלומר "תאונה בעלת השפעה רחבה יותר".
התאונה באי שלושת המילין בפנסילבניה, שאירעה ב-1979 נבעה משילוב של תקלה במערכת הקירור וטעות אנוש, והיא גרמה להתכה חלקית: כחצי מליבת הכור ניתכה ויצרה שלולית בקרקעית מֵכל הלחץ מפלדה. מכל הפלדה לא נפגע, אבל קרינה דלפה לסביבה.
הטרגדיה בצ'רנוביל (צילום: AFP)
התקלה בצ'רנוביל ב-1986 הייתה הרסנית הרבה יותר ודורגה ברמה 7, או "תאונה גדולה" בסולם INES. בתחנת הכוח בצ'רנוביל שבאוקראינה, שהייתה אז חלק מברית המועצות, גרמה קפיצת מתח לפיצוץ באחד הכורים שגרם לפליטה אדירה של קרינה לאוויר. שני עובדים מתו תוך כמה שעות, על פי דוח ועדת ביקורת אמריקנית. 28 עובדים מתו בחודשים שבאו אחר כך מהרעלת קרינה.
הנשורת מצ'רנוביל התפשטה על פני שטח גדול מאוד ולכן קשה מאוד לקבוע במדויק את השפעותיה על הבריאות. דוח ועדה מדעית של האו"ם קבע ש-6,000 בני אדם שהיו בעת הפיצוץ מתחת לגיל 18, ושהו באוקראינה, בבלרוס או ברוסיה, סבלו עד שנת 2006 מסרטן בבלוטת התריס, ושזהו חלק קטן מן האנשים שכנראה לקו במחלה בשל החשיפה לקרינה.
המאמר המלא יפרסם ב"סיינטיפיק אמריקן - ישראל " בהוצאת אורט.
לפנייה לכתב/ת 
