בדצמבר 2022 הצליחו מדענים במתקן ההצתה הלאומי של ארצות הברית (NIF) בקליפורניה להשיג פריצת דרך בחקר ההיתוך הגרעיני, הישג שעורר הד תקשורתי וציבורי כביר. לאחר שנים ארוכות של ניסיונות כושלים, הם הציתו לראשונה תהליך היתוך גרעיני מבוקר שפלט יותר אנרגיה מזו שיצרה אותו. ההישג תואר כאחת מפריצות הדרך המדעיות המרשימים של המאה, ונס הנדסי שלא ייאמן.
ההצלחה גם הציתה מחדש את העניין העולמי באפשרות להפיק חשמל בתהליך של היתוך מבוקר, המבטיחה לכאורה לייצר כמות אדירה של חשמל זול וזמין בלי פליטה של גזי חממה או חומרים מסוכנים. כארבעה חודשים לאחר ההצלחה, מתקן ההצתה נכשל בניסיונו לשחזר את ההישג, כשתנאי הניסוי לא היו מיטביים.
כעת, מדווחים ב-NIF כי הצליחו לייצר שוב אנרגיה גדולה ממה שהשקיעו. על פי הדיווח, בניסוי שבוצע ב-30 ביולי אף הצליחו להפיק מעט יותר אנרגיה מאשר בפעם הקודמת. פרטי הניסוי טרם פורסמו, וגם לא עברו ביקורת עמיתים, לכן מוקדם להבין את משמעותו המלאה.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
הטכניקה המדעית ששינתה את העולם
הנמטודות שחזרו מהכפור
מחלות ללא גבולות - אבעבועות הקוף נשארת
עם זאת, עצם שחזור ההישג מחזק את ההבנה הפיזיקלית שהצטברה אודות תהליך ההיתוך במתקן, ומאפשר להמשיך לחקור ולשפר אותו. עם זאת, מתקן ה-NIF לא תוכנן לייצור חשמל, אלא נבנה כדי לבדוק בניסויים את תקינות הנשק הגרעיני של ארצות הברית, ולביצוע מחקר מדעי בסיסי. התקווה היא כי התגליות המדעיות במתקן יקדמו טכנולוגיה להיתוך מעשי.
מרחק רב
היתוך מימן הוא התהליך האחראי לאנרגיה שפולטת השמש. ההצתה שלו דורשת תנאים קיצוניים של חום ולחץ, כמו אלו השוררים בליבתה. כדי לבצע את ההיתוך באופן מבוקר, מתקן ההצתה ממקד 192 אלומות של הלייזר החזק בעולם על גליל שמכיל מטרה בגודל של אפון, מלאה באיזוטופים של מימן בשם דאוטריום וטריטיום.
פגיעה מדויקת להפליא במטרה מעלה את הטמפרטורה בה ליותר משלושה מיליון מעלות צלזיוס למשך שבריר שנייה, וגורמת לגרעיני המימן להתמזג ליצירת גרעיני הליום, בתהליך שבו משתחררת הרבה מאוד אנרגיה.
המתקן שבו התבצע ההיתוך הגרעיני בקליפורניה
(צילום: רויטרס)
ההיתוך הגרעיני בניסוי האחרון פלט כ-3.5 מגה-ג'ול (MJ) של אנרגיה, לעומת כ-3.15 מגה-ג'ול בהצלחה הקודמת. לקרני הלייזר האימתניות שהציתו את התהליך הייתה אנרגיה של כ-2 מגה-ג'ול, כלומר הרבה פחות מכמות האנרגיה ששוחררה.
עם זאת, הפעלת מערך הלייזרים האדיר כרוכה באובדן רב של אנרגיה, כך שכדי למקד במטרה את הלייזרים הללו בעוצמה של 2 מגה-ג'ול, הצריכה הכוללת היא יותר מ-300 מגה-ג'ול. מערכת מעשית להפקת חשמל בהיתוך גרעיני תצטרך להיות יעילה בהרבה, להפיק מאות מגה-ג'ול מכל פיצוץ, ולפוצץ כעשר מטרות בכל שנייה.
הכנת מטרות דלק המימן תהיה גם היא אתגר משמעותי בדרך לטכנולוגיה מסחרית, שכן להצלחת הניסויים הקודמים נדרשו מטרות כדוריות ואחידות בצורה כמעט מושלמת. ההצלחה לשחזר את הניסוי מעודדת מאוד, אך צריך לקחת בחשבון שהדרך ליישומים מעשיים של ההיתוך הגרעיני המבוקר עדיין ארוכה מאוד.
ד"ר יובל רוזנברג, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
