אנחנו חייבים להיות חיוביים, שוב מחקר ויישום מובילים לתוצאות קונקרטיות למרות גורעים רבים: בתחום האנרגיה בפעם השלישית, התוצאה החיובית השלישית חזרה על עצמה על ידי מתקן הצתה לאומי (NIF) במעבדה הלאומית לורנס ליברמור, קליפורניה, לא תוכנן כתחנת כוח אלא לשחזר וללמוד את התגובות המתרחשות במהלך פיצוצים תרמו-גרעיניים.
המעבדה חוקרת ומתכננת כיום מערכות לייצור אנרגיה גרעינית על ידי היתוך, טכנולוגיה עתידנית שמאמינים שהיא מסוגלת לפתור את רוב בעיות האנרגיה של כדור הארץ, לייצר כמויות כמעט בלתי מוגבלות של אנרגיה ללא פליטת גזי חממה עם ייצור זניח. בזבוז.
בעשורים האחרונים, חוקרי NIF לומדים להשיג את זה היתוך גרעיני, אחת המטרות המאתגרות ביותר של כל המדע היישומי בתחום האנרגיה. במציאות, הושגה תוצאה משמעותית ראשונה 5 דצמבר 2022, אם כי עם ייצור אנרגיה מוגבל. עדיין מעט מדי לניצול חסכוני אבל אבן דרך שהבהירה שאנחנו בדרך הנכונה.
בואו ניקח צעד קטן אחורה, הצתת היתוך מתרחשת כאשר הכוח התרמי של חלקיקי האלפא המיוצרים על ידי תגובות היתוך גרעיני עולה על השפעות הקירור של הפסדים הקשורים למשל לפליטת קרני רנטגן והתפשטות על ידי התפרצות. כאשר מספיק מהחלקיקים הללו נספגים בשכבת הדלק בצפיפות גבוהה, נוצר גל של תגובות היתוך ומתפשט לתוך הדלק הקר, תערובת של דאוטריום וטריטיום (שני איזוטופים של מימן) המקיפה את החום הנקודתי. כאשר שקיעת אנרגיה על ידי חלקיקים תורמת יותר מ-50% לחימום הדלק, נוצרת לולאת משוב מקיימת עצמית שגורמת להגברה נפיצה של ייצור האנרגיה.
במילים פשוטות, כור היתוך גרעיני פועל אפוא כמגבר אנרגיה והרווח המתקבל ניתן על ידי היחס בין האנרגיה המופקת מתגובת ההיתוך לבין זו הנספגת על ידי הדלק המופעל על ידי קרני לייזר ממוקדות באנרגיה גבוהה. גליל זהוב קטן, הנקרא הוהלרום, המכיל את כדור הדלק. שיטה זו, הנקראת עקיפה, מנצלת את קרני הרנטגן המופקות מהאינטראקציה בין הלייזר ל-הוהלרום כדי לדחוס את כדור הדלק, להבטיח סימטריית דחיסה טובה יותר מהגישה הישירה.
יש להבין שהקושי קשור גם לדלק המשמש שנמצא במצב פלזמה, במילים פשוטות: גז מיונן המורכב ממערכת של אלקטרונים ויונים וניטרלי גלובלי (כלומר שהמטען החשמלי הכולל שלו הוא אפס).
פלזמה נחשבת כ- המצב הרביעי של החומר, אשר לפיכך נבדל מהמצב המוצק, הנוזלי והגזי, בעוד שהמונח "מיונן" מציין שחלק גדול למדי של אלקטרונים מופשט מהאטומים המתאימים. הוא קיים גם בטבע על פני כדור הארץ אם כי נדיר יחסית (ברק ואורורה בוריאליס), אך ביקום הוא מהווה יותר מ-99% מהחומר הידוע (כוכבים הם בצורת פלזמה).
קושי נוסף הוא שהדלק להפקת אנרגיה חייב להישמר בצפיפות גבוהה מספיק ולאורך זמן מספיק.
התוצאה המרגשת הראשונה התקבלה עם הניסוי של 5 דצמבר 2022, כאשר ה-NIF עבר את סף ההצתה והפיק 3,15 מגה ג'ול (MJ) של אנרגיית היתוך תוך שימוש ב-2,05 MJ של אנרגיית לייזר.
כדי להבין את כוח ה"טריגר" של הלייזר, ה-NIF משתמש ב-192 קרני לייזר המסוגלות לשחרר על המטרה את אותו הספק מיידי הנדרש בממוצע על ידי רשת החשמל האמריקאית כולה.
למעשה, ה 30 יולי 2023, הלייזר NIF שהחיל תמיד 2,05 MJ של אנרגיה על המטרה, השיג 3,88 MJ של ייצור אנרגיה. הניסוי חזר על עצמו8 אוקטובר 2023 ובפעם השלישית ה-NIF השיג הצתה תוך שימוש בפחות אנרגיית לייזר (1,9 MJ) שהפיק תפוקה של פחות מ-2,4 MJ. כמה ימים לאחר מכן, ה 30 אוקטובר 2023, ה-NIF קבע שיא חדש, תוך שימוש בכמות גדולה יותר של אנרגיית הצתה בפעם הראשונה (2,2 MJ) והשגת 3,4 MJ של אנרגיית היתוך, ייצור הנייטרונים השני בגובהו שהושג אי פעם.
צעד חשוב קדימה, אך למרות שהושג רווח אנרגטי נטו, בניית תחנת כוח היתוך גרעיני עדיין תיקח זמן רב. אין ספק שההצלחות שהתרחשו ב-2023 התנערו מאלה שראו כי ניצול אנרגיה גרעינית באמצעות היתוך הוא כימרה; המלעיזים הסתמכו על ההנחה שאי אפשר יהיה להשיג את רמת הדיוק הדרושה בלייזרים כדי להצית את הדלק אשר בתורו היה צריך להישמר במצב הפיזי הדרוש.
התוצאות כעת מעודדות, ולמרות שעדיין ייקח כעשר שנים עד שנוכל להשתמש באנרגיה הנקייה ובת-הקיימא הזו - עלינו להמשיך ולהשקיע בהכשרת מהנדסים וחוקרים אשר, במחויבותם, יוכלו להבטיח עתיד טוב יותר לכולם.
(המאמר פורסם במקור ב- https://www.ocean4future.org)
תמונה: Lawrence Livermore National Laboratory / אינטרנט
