פצצת אנרגיה: ביקוע על ידי מיזוג גרעיני

זה עשרות שנים שפיזיקאים ומהנדסים עמלים בניסיון לרתום לצרכינו את המיזוג הגרעיני, התהליך שמניע את השמש ומפוצץ פצצות מימן. חוקרים כבר יודעים כיצד לחולל תגובת מיזוג גרעיני: להטיח אטומי מימן זה בזה בעוצמה שדי בה כדי לגרום למיזוגם תוך שחרור נויטרונים ואנרגיה. אבל קשה לחולל אותה ביעילות, כלומר באופן שהאנרגיה המשתחררת תהיה רבה מן האנרגיה הדרושה להתחלת התהליך, תנאי הקרוי "הצתה". מן האנרגיה המשתחררת אפשר להפיק חשמל.

מדענים במתקן ההצתה הלאומי האמריקני בליוורמור שקליפורניה הגו אפוא שימוש מעניין אחר למיזוג הגרעיני: הפעלה של ביקוע גרעיני. ביקוע הוא פיצול של גרעין אטום לשניים, וזהו התהליך המתרחש בכורים גרעיניים רגילים. מנהל מתקן ההצתה, אדוארד מוזס, טוען שבתוך 20 שנה ייתכן שכבר יהיו מתקני אב טיפוס של תחנות כוח המבוססות על תהליך זה.

בשיטה שמפתחים בליוורמור, הבזקי לייזר גורמים לפיצוצי מיזוג במרכזו של תא תגובה. הנויטרונים המשתחררים גורמים לביקוע של אטומי אורניום או דלק גרעיני אחר המצויים במעטה העבה העוטף את התא. האנרגיה שתשתחרר בביקוע האטומים האלה תגדיל את תפוקת האנרגיה של התא פי ארבעה ויותר.

את הרעיון להשתמש במיזוג גרעיני לשם ביקוע לצורכי שלום העלה אנדריי סחרוב, אבי פצצת המימן הסובייטית, עוד בשנות ה-50 של המאה שעברה.

אבל אם מרבית האנרגיה מקורה בביקוע, מדוע לא להישאר עם תחנות הכוח הגרעיניות הרגילות? מדוע לטרוח ולפתח את הֶדֶק המיזוג? כורי ביקוע מבוססים על תגובת שרשרת שבה נויטרונים הנפלטים בתהליכי הביקוע גורמים לביקועים נוספים. כדי לשמור על תגובת השרשרת חייבים להשתמש בפלוטוניום או באורניום מועשר כדלק. שני חומרים שיכולים לשמש גם לכלי נשק גרעיניים.

בתחנת הכוח המשלבת מיזוג וביקוע, הנויטרונים הגורמים לביקוע מגיעים מפיצוצי המיזוג ואין צורך לקיים תגובת שרשרת לאורך זמן. המתכונת הזאת מאפשרת שימוש בדלקים נוספים ובהם אורניום בלתי מועשר, אורניום מדולדל (הנוצר בשפע כפסולת במהלך העשרת אורניום) ואפילו דלקים משומשים מִכּוּרים אחרים - פסולת שיש לאחסנה במשך אלפי שנים או לעבד אותה בתהליך מסובך ומסוכן כדי להכשירה מחדש לשימוש בכורי ביקוע.

יתרון אחר הוא מידת ההתכלות. בכור רגיל עוברים ביקוע רק כמה אחוזים מן האטומים הבקיעים שבדלק בטרם מוציאים את הדלק מכלל שימוש ומחליפים אותו. מוזס טוען שבתחנת המיזוג-ביקוע אפשר להגיע להתכלות של 90%, מה שמקטין את צריכת הדלק שלה לכאחד חלקי 20 מצריכתה של תחנה רגילה ממוצעת.

תוחלת חייה של התחנה המשולבת היא כ-50 שנה. העשור האחרון לפעילותה יהיה "שלב אִפרור" (incineration), ובו תפחת הפסולת לטווח ארוך שלו מ-2,500 ל-100 קילוגרמים בערך. אם כי בשלב זה הספק התחנה ילך ויקטן.

יעיל כמו מגנט

חוקרים בוחנים גם הצעות למיזוג-ביקוע המבוססות על מיזוג מגנטי. מדובר בשיטה מתחרה לשיטת הלייזר, שבה כולאים את תגובת המיזוג בתוך שדות מגנטיים חזקים.

ב-2009 הציגו מדענים מאוניברסיטת טקסס שבאוסטין תכנית לכור משולב בעל מנגנון הצתה מגנטי קטן מידות. חוקרים בסין מעריכים תכניות לייעול ייצור האנרגיה, הדגרת (breeding) דלקים לכורים רגילים ו"שרפה" של פסולת גרעינית.

כל הצעה לשימוש באנרגיה של מיזוג גרעיני היא הצעה מהפכנית. אפילו אם במתקן של מוזס ידגימו הצתה עוד השנה, יישארו מכשולים טכניים נכבדים לפני הגשמת החזון של תחנת כוח כזו.

יהיה צורך בייצור נרחב וזול של מטרות שהן כדוריות מיזוג זעירות ומתוכננות במדוקדק. תדירות ההצתה צריכה להיות 10 פעמים בשנייה. הדבר מצריך מערך טכנולוגי שטרם פותח (כיום נרשמת במתקן ההצתה הלאומי פגיעה במטרה רק כמה פעמים ביום, לכל היותר).

גישות משולבות מצריכות גם טכנולוגיות שאינן נחוצות לביקוע בשיטה הרגילה. ובפרט, מעטה הביקוע, המכיל דלקי ביקוע, יצטרך לעמוד בחום גבוה ובמטחי נויטרונים חזקים בהרבה מבכורים רגילים.

האפשרויות מגוונות; החל ב"חלוקים" מוצקים רב-שכבתיים וכלה בנוזלים המכילים אורניום, תוריום או פלוטוניום מומסים במלחים מותכים. האתגרים מרתיעים, ומוזס התווה נתיב נחרץ לעמידה בהם. אבל ראשית עליו, ועל המתקן שלו, להוכיח שמיזוג גרעיני באמצעות לייזר אכן יכול להצית כור.

הכתבה המלאה התפרסמה בגיליון אוגוסט-ספטמבר של המגזין "סיינטיפיק אמריקן - ישראל" בהוצאת אורט.